專利名稱：多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種并行執(zhí)行多個(gè)任務(wù)的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，從個(gè)人使用的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)到提供電子商務(wù)(EC)等服務(wù)的服務(wù)器計(jì)算機(jī)，進(jìn)而還包括超級(jí)計(jì)算機(jī)在內(nèi)，事實(shí)上，所有的計(jì)算機(jī)都已成為提供多重任務(wù)環(huán)境的計(jì)算機(jī)。這里，所謂多重任務(wù)環(huán)境是指能夠同時(shí)執(zhí)行作為計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的單位的“任務(wù)”的環(huán)境。
人們期待在近期的將來(lái)，即使是像移動(dòng)電話這樣資源有限的平臺(tái)也實(shí)現(xiàn)該多重任務(wù)環(huán)境。
一般地，操作系統(tǒng)使用一種被叫做虛擬尋址的技術(shù)，通過(guò)對(duì)各個(gè)任務(wù)分配獨(dú)立的存儲(chǔ)器空間(各任務(wù)用存儲(chǔ)器空間)來(lái)提供防止各任務(wù)之間的干擾的功能。
但是，如同程序的調(diào)試那樣，由于存在某個(gè)任務(wù)必須訪問(wèn)其他任務(wù)用存儲(chǔ)器空間的情況，所以各個(gè)任務(wù)并不是完全獨(dú)立的。
因此，用于管理任務(wù)的必要數(shù)據(jù)等的重要信息，一般不存放在各任務(wù)用存儲(chǔ)器空間，而是存放在操作系統(tǒng)為自己分配的存儲(chǔ)器空間中(操作系統(tǒng)用存儲(chǔ)器空間)。
但是，操作系統(tǒng)用存儲(chǔ)器空間與各個(gè)任務(wù)用存儲(chǔ)器空間相比，不易進(jìn)行分頁(yè)(一種通過(guò)將存儲(chǔ)器空間上的數(shù)據(jù)暫時(shí)退回到硬盤(pán)等二次存儲(chǔ)裝置，從而能夠利用比安裝的存儲(chǔ)器容量還要大的存儲(chǔ)器空間的技術(shù))等，缺乏靈活性，在具有這樣性質(zhì)的操作系統(tǒng)用存儲(chǔ)區(qū)域上存放很多的信息，可能會(huì)帶來(lái)性能上的影響。
為了解決上述問(wèn)題，作為把上述重要信息安全地存放在各個(gè)任務(wù)用存儲(chǔ)器空間中的方法，目前被認(rèn)為是最有前途的方法是，通過(guò)把該重要信號(hào)加密來(lái)防止來(lái)自其他的任務(wù)的訪問(wèn)。
作為該方法之一，例如，在專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了下述技術(shù)在外部存儲(chǔ)及存儲(chǔ)器中，把數(shù)據(jù)及代碼以加密了的形式保存，通過(guò)在把該數(shù)據(jù)及代碼讀入到高速緩沖存儲(chǔ)器區(qū)域時(shí)將其譯碼，來(lái)排除來(lái)自其他任務(wù)的非法的訪問(wèn)，上述高速緩沖存儲(chǔ)器區(qū)域設(shè)置在中央處理器(CPU)內(nèi)的物理上安全的區(qū)域中。
該技術(shù)通過(guò)把用于對(duì)加密了的數(shù)據(jù)及代碼進(jìn)行譯碼的密鑰也同樣放置在物理上安全的區(qū)域，來(lái)排除來(lái)自其他任務(wù)的非法的訪問(wèn)。
另外，在該技術(shù)中將譯碼后的平文數(shù)據(jù)僅存放在位于物理上安全的區(qū)域中的高速緩沖存儲(chǔ)器區(qū)域，在通過(guò)CPU的高速緩沖存儲(chǔ)器·寫(xiě)回而寫(xiě)回至存儲(chǔ)器中時(shí)，通過(guò)自動(dòng)進(jìn)行加密來(lái)確保機(jī)密性。
另外，作為該方法之一，在專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了以下技術(shù)在把存儲(chǔ)器上的數(shù)據(jù)向高速緩沖存儲(chǔ)器進(jìn)行讀出時(shí)進(jìn)行譯碼處理，在向高速緩沖存儲(chǔ)器寫(xiě)入時(shí)進(jìn)行加密處理，之后在執(zhí)行被稱為“文脈切換”的操作系統(tǒng)的一個(gè)功能時(shí)，通過(guò)把執(zhí)行寄存器等任務(wù)的固有的信息也進(jìn)行加密，來(lái)防患利用調(diào)試程序的攻擊。
但是，由于上述現(xiàn)有技術(shù)基本上必須對(duì)每個(gè)任務(wù)使用不同的加密密鑰進(jìn)行加密處理，因此就需要與可同時(shí)工作的任務(wù)數(shù)量相同個(gè)數(shù)的保持密鑰的存儲(chǔ)器區(qū)域。
而且，在上述現(xiàn)有的技術(shù)中，作為加密算法，使用能夠高速執(zhí)行的共通密鑰加密算法，在作為共通密鑰加密算法而使用一般的“CBC(Cipher BlockChaining)模式”的情況下，需要被稱為“IV(Initializtion Vector)”的數(shù)據(jù)。
但是，有關(guān)密碼技術(shù)的最近的研究結(jié)果指出也要在稱為“IV”的數(shù)據(jù)中求得不可預(yù)測(cè)性(例如，參照非專利文獻(xiàn)1)，所以為了安全利用這樣的加密算法，要求更多的存儲(chǔ)器區(qū)域。
這樣的對(duì)于存儲(chǔ)器的要求，即使對(duì)于近來(lái)的PC或者服務(wù)器計(jì)算機(jī)或者超級(jí)計(jì)算機(jī)等具有充分的存儲(chǔ)器資源的平臺(tái)來(lái)說(shuō)不存在問(wèn)題，但對(duì)于像PDA或者移動(dòng)電話等那樣存儲(chǔ)器資源有限的平臺(tái)來(lái)說(shuō)就成為很大的問(wèn)題。
為了解決該問(wèn)題，在專利文獻(xiàn)3中公開(kāi)了下述技術(shù)在微處理器的復(fù)位處理時(shí)使用作為隨機(jī)數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的單一的密鑰，進(jìn)行文脈數(shù)據(jù)的加密處理，通過(guò)這樣來(lái)保護(hù)該文脈數(shù)據(jù)。
專利文獻(xiàn)1 美國(guó)專利第5,224,166號(hào)說(shuō)明書(shū)專利文獻(xiàn)2 特開(kāi)2001-318787號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 特開(kāi)2001-51819號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)1“SP 800-38A Recommendation for Block Cipher Modes ofOperation-Methods and Technique”，美國(guó)商務(wù)部技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)局，2001年12月發(fā)明內(nèi)容但是，如專利文獻(xiàn)3所公開(kāi)的技術(shù)那樣，作為保護(hù)各個(gè)任務(wù)中重要信息的方法而單純使用單一密鑰進(jìn)行加密處理的方式中存在下述缺點(diǎn)，存在在一般的多重任務(wù)環(huán)境下不可能安全的問(wèn)題。
即，在通過(guò)使用了單一密鑰的加密處理對(duì)任務(wù)上的重要信息進(jìn)行了保護(hù)的情況下，如圖11(a)和(b)所示，攻擊者通過(guò)使用2個(gè)任務(wù)B以及C進(jìn)行以下這樣的操作，能夠讀出攻擊對(duì)象的任務(wù)A的重要信息。
第1，正在執(zhí)行的任務(wù)B通過(guò)操作系統(tǒng)提供的接口，停止任務(wù)A及任務(wù)C的執(zhí)行。
第2，任務(wù)B把存儲(chǔ)有任務(wù)A的重要信息的保護(hù)區(qū)域(在該時(shí)刻已經(jīng)由操作系統(tǒng)完成了加密處理)復(fù)制(參照?qǐng)D11(a))到任務(wù)C的保護(hù)區(qū)域中(同樣，在該時(shí)刻已經(jīng)由操作系統(tǒng)完成了加密處理)。
第3，任務(wù)B重新開(kāi)始任務(wù)C的執(zhí)行，輸出存儲(chǔ)在任務(wù)C自身的保護(hù)區(qū)域的重要信息(參照?qǐng)D11(b))。由于在任務(wù)C下執(zhí)行該操作，所以存儲(chǔ)在保護(hù)區(qū)域的重要信息由操作系統(tǒng)進(jìn)行譯碼，其結(jié)果為輸出任務(wù)A的重要信息。
因此，本發(fā)明是鑒于上述各點(diǎn)而作出的，其目的在于提供一種多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)，在提供多重任務(wù)環(huán)境的現(xiàn)代化的操作系統(tǒng)中，能夠以較少的存儲(chǔ)器資源高效率地保護(hù)各個(gè)任務(wù)的重要信息。
本發(fā)明的第1特征在于，是一種并行執(zhí)行多個(gè)任務(wù)的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)，其要點(diǎn)在于具備以下加密處理功能使用比上述多個(gè)任務(wù)數(shù)量少的密鑰數(shù)據(jù)，用于識(shí)別各個(gè)任務(wù)的任務(wù)ID，和來(lái)自值不減少而是持續(xù)增加的單調(diào)增加計(jì)數(shù)器的各任務(wù)生成時(shí)的輸出值，對(duì)各任務(wù)產(chǎn)生唯一的密鑰流，使用生成的該密鑰流，對(duì)存儲(chǔ)在各任務(wù)用存儲(chǔ)器空間內(nèi)的保護(hù)區(qū)域中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
根據(jù)該發(fā)明，因?yàn)槟軌蚴褂帽榷鄠€(gè)任務(wù)數(shù)量少的密鑰數(shù)據(jù)對(duì)各任務(wù)產(chǎn)生唯一的密鑰流，所以即使特定的任務(wù)的重要信息被復(fù)制到其他任務(wù)中，在復(fù)制目的地的任務(wù)上也無(wú)法正確譯碼該重要信息，能夠以較少存儲(chǔ)資源高效率地保護(hù)各任務(wù)的重要信息。
在本發(fā)明的第1特征中，可以構(gòu)成上述加密功能以使其具備以下功能密鑰流產(chǎn)生功能，通過(guò)使用了上述密鑰數(shù)據(jù)的規(guī)定的加密方式將包括上述任務(wù)ID和上述輸出值的計(jì)數(shù)值進(jìn)行加密，生成上述密鑰流；數(shù)據(jù)塊化功能，把存儲(chǔ)在上述保護(hù)區(qū)域的數(shù)據(jù)分割為規(guī)定的數(shù)據(jù)塊；運(yùn)算功能，在產(chǎn)生的上述密鑰流的位串和分割的上述規(guī)定數(shù)據(jù)塊的位串之間運(yùn)算按位加，并將運(yùn)算出的按位加存儲(chǔ)在上述保護(hù)區(qū)域內(nèi)。
在本發(fā)明的第1特征中，具備在規(guī)定的定時(shí)使用上述密鑰流對(duì)存儲(chǔ)在上述保護(hù)區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼的譯碼處理功能，也可以構(gòu)成上述加密處理功能以使其對(duì)通過(guò)上述譯碼處理功能進(jìn)行譯碼的存儲(chǔ)在上述保護(hù)區(qū)域的數(shù)據(jù)，使用利用更新了的上述密鑰數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的上述密鑰流進(jìn)行加密。
在本發(fā)明的第1特征中，上述譯碼處理功能使用利用過(guò)了有效期的上述密鑰數(shù)據(jù)所生成的密鑰流對(duì)存儲(chǔ)在上述保護(hù)區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，也可以構(gòu)成上述加密處理功能以使其使用利用與過(guò)了有限期的上述密鑰數(shù)據(jù)不同的其他密鑰數(shù)據(jù)所生成的上述密鑰流，對(duì)由上述譯碼處理功能進(jìn)行譯碼的存儲(chǔ)在上述保護(hù)區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
在本發(fā)明的第1個(gè)特征中，來(lái)自上述單調(diào)增加計(jì)數(shù)器的輸出值是由操作系統(tǒng)所提供的時(shí)刻值，在上述操作系統(tǒng)中也可以如此地構(gòu)成，禁止將上述時(shí)刻值返回到過(guò)去那樣的操作。在本發(fā)明的第1特征中，也可以作為硬件提供上述單調(diào)增加計(jì)數(shù)器。
如以上說(shuō)明的那樣，根據(jù)本發(fā)明能夠提供一種多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)，在提供多重任務(wù)環(huán)境的現(xiàn)代化的操作系統(tǒng)中，以較少的存儲(chǔ)器資源高效率地保護(hù)各個(gè)任務(wù)的重要信息。


圖1是涉及本發(fā)明第1實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的功能框圖；圖2作為數(shù)據(jù)塊加密算法一種的CTR模式的概念的說(shuō)明圖；
圖3是涉及本發(fā)明第1實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的加密/譯碼處理功能的說(shuō)明圖；圖4是用于說(shuō)明在涉及本發(fā)明第1實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)中，對(duì)存儲(chǔ)在保護(hù)區(qū)域中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密的動(dòng)作的流程圖；圖5是用于說(shuō)明在涉及本發(fā)明第1實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)中，更新密鑰數(shù)據(jù)的動(dòng)作的流程圖；圖6是表示涉及本發(fā)明第2實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的加密/譯碼處理功能中的管理內(nèi)容的一個(gè)例子的圖；圖7表示涉及本發(fā)明的第2的實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的任務(wù)信息存儲(chǔ)功能中的管理內(nèi)容的一個(gè)例子的圖；圖8是用于說(shuō)明在涉及本發(fā)明第2實(shí)施方式的執(zhí)行系統(tǒng)中，更新密鑰數(shù)據(jù)的動(dòng)作的流程圖；圖9用于說(shuō)明涉及本發(fā)明的變更例1的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的圖；圖10用于說(shuō)明涉及本發(fā)明的變更例2的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的圖；圖11用于說(shuō)明涉及現(xiàn)有技術(shù)的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的問(wèn)題點(diǎn)的圖。
具體實(shí)施例方式
(實(shí)施方式1)參照?qǐng)D1至圖5，對(duì)于涉及本發(fā)明第1實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。
涉及本發(fā)明的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)是在能夠并行執(zhí)行多個(gè)任務(wù)的現(xiàn)代化的操作系統(tǒng)(OS)中安裝的系統(tǒng)，構(gòu)成該系統(tǒng)使其即使在存儲(chǔ)器資源有限的計(jì)算環(huán)境中，也能夠提供對(duì)于各個(gè)任務(wù)的重要信息的保護(hù)。
圖1表示涉及本實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)被載入操作系統(tǒng)用存儲(chǔ)器空間的狀態(tài)。
如圖1所示，涉及本實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)具備密鑰生成功能201、密鑰存儲(chǔ)功能202、單調(diào)增加計(jì)數(shù)器功能203、任務(wù)信息存儲(chǔ)功能204和加密/譯碼處理功能205。
密鑰生成功能201生成用于對(duì)存儲(chǔ)在各個(gè)任務(wù)的保護(hù)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)(重要信息)進(jìn)行加密的單一的密鑰數(shù)據(jù)。
例如，密鑰產(chǎn)生功能201使用硬件式的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器等安全的模擬隨機(jī)數(shù)生成功能，生成無(wú)法由攻擊者預(yù)測(cè)的密鑰數(shù)據(jù)(根據(jù)使用的算法不同而不同，但一般是128位-256位左右)。
另外，構(gòu)成密鑰生成功能201使其在規(guī)定的定時(shí)(例如從系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)或者密鑰數(shù)據(jù)生成時(shí)起經(jīng)過(guò)規(guī)定期間后等)更新上述的密鑰數(shù)據(jù)。
密鑰存儲(chǔ)功能202是保持由密鑰產(chǎn)生功能201所產(chǎn)生的單一的密鑰數(shù)據(jù)并管理利用狀況的功能。
單調(diào)增加計(jì)數(shù)器功能203是被設(shè)定為值不會(huì)被減少而是持續(xù)增加的計(jì)數(shù)器。
另外，也可以構(gòu)成來(lái)自單調(diào)增加計(jì)數(shù)器功能203的輸出值，使其為由操作系統(tǒng)所提供的時(shí)刻值。在該情況下，在操作系統(tǒng)的時(shí)刻調(diào)整功能中必須進(jìn)行如此的構(gòu)成，禁止如同將該時(shí)刻值返回到過(guò)去那樣的操作。
因此，在操作系統(tǒng)的對(duì)時(shí)功能中，當(dāng)需要在將時(shí)刻值返回到過(guò)去的方向上進(jìn)行對(duì)時(shí)的情況下，需要采取不變更時(shí)刻值自身，而是通過(guò)調(diào)整時(shí)刻間隔來(lái)漸進(jìn)地進(jìn)行對(duì)時(shí)的這種結(jié)構(gòu)。
另外，單調(diào)增加計(jì)數(shù)器功能203不限于安裝在操作系統(tǒng)內(nèi)，也可以作為硬件被提供。
還有，單調(diào)增加計(jì)數(shù)器功能203中的單調(diào)增加計(jì)數(shù)器值的增加間隔，如下所述，被維持在滿足攻擊者進(jìn)行的攻擊不會(huì)成功的條件。
任務(wù)信息存儲(chǔ)功能204將用于識(shí)別各任務(wù)的任務(wù)ID與來(lái)自各任務(wù)生成時(shí)的單調(diào)增加計(jì)數(shù)器功能203的輸出值(單調(diào)增加計(jì)數(shù)值)相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)。
加密/譯碼處理功能205在適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)，使用比同時(shí)工作著的多個(gè)任務(wù)數(shù)量少的密鑰數(shù)據(jù)和任務(wù)ID以及各任務(wù)生成時(shí)的單調(diào)增加計(jì)數(shù)器值，對(duì)各任務(wù)生成唯一的密鑰流，使用生成的該密鑰流，對(duì)存儲(chǔ)在各任務(wù)用的存儲(chǔ)器空間內(nèi)的保護(hù)區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
在本實(shí)施方式中，加密/譯碼處理功能205為了實(shí)現(xiàn)當(dāng)在一個(gè)任務(wù)用存儲(chǔ)器空間內(nèi)的保護(hù)區(qū)域里加密存儲(chǔ)的重要信息被復(fù)制到其他任務(wù)用存儲(chǔ)器空間內(nèi)的保護(hù)區(qū)域時(shí)，即使兩個(gè)保護(hù)區(qū)域中的加密處理所使用的密鑰數(shù)據(jù)相同，復(fù)制目的地的任務(wù)也無(wú)法正確地進(jìn)行譯碼的性質(zhì)，作為加密方式使用在上述非專利文獻(xiàn)中公開(kāi)的數(shù)據(jù)塊密碼的CTR(Counter)模式。
該CTR模式是近年來(lái)被倡導(dǎo)的數(shù)據(jù)塊密碼的操作模式中的一種。參照?qǐng)D2，對(duì)于該CTR模式進(jìn)行簡(jiǎn)單地說(shuō)明。
如圖2所示，第1，在CTR模式中，將維持為決不取同一值的計(jì)數(shù)器值301輸入給與利用的加密算法相對(duì)應(yīng)的加密處理器302。
第2，通過(guò)運(yùn)算出由加密處理器302進(jìn)行加密的各計(jì)數(shù)器值(密鑰流)的各位與構(gòu)成平文數(shù)據(jù)的各數(shù)據(jù)塊的各位之間的按位加，來(lái)進(jìn)行該平文數(shù)據(jù)的加密。
另外，在CTR模式中，通過(guò)算出密鑰流的各位和構(gòu)成密碼文數(shù)據(jù)的各數(shù)據(jù)塊的各位之間的按位加，可以對(duì)該加密數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼。
在圖2的例子中，把計(jì)數(shù)器值301的上位部分設(shè)為固定值，把計(jì)數(shù)器值301的下位部分設(shè)為變動(dòng)值X。變動(dòng)值X是與各數(shù)據(jù)塊對(duì)應(yīng)從0依次加一這樣的值。
在此，計(jì)數(shù)器值301如果保證每個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)塊不重復(fù)，對(duì)于下位部分使用什么變動(dòng)值都可以。
此外，如果所利用的加密算法是充分安全的，而且如果將對(duì)計(jì)數(shù)器值301進(jìn)行加密的密鑰流看作隨機(jī)的話，那么即使是在利用了相同的密鑰數(shù)據(jù)的情況下，只要計(jì)數(shù)器值的初始值不是完全一致的，通過(guò)CTR模式進(jìn)行的加密結(jié)果就會(huì)變得完全不同。
圖3表示利用了該CTR模式的加密/譯碼處理功能205的結(jié)構(gòu)。如圖3所示，該加密/譯碼處理功能205具備密鑰流生成功能205a、數(shù)據(jù)塊化功能205b、XOR運(yùn)算功能205c。
密鑰流生成功能205a以使用了密鑰數(shù)據(jù)的規(guī)定的加密方式對(duì)包括任務(wù)ID和該任務(wù)生成時(shí)的單調(diào)增加計(jì)數(shù)器值的計(jì)數(shù)器值301進(jìn)行加密，由此來(lái)生成密鑰流。
具體來(lái)說(shuō)，密鑰流生成功能205a使用任務(wù)ID及該任務(wù)生成時(shí)的單調(diào)增加計(jì)數(shù)器值作為上述CTR模式的計(jì)數(shù)器值301中的固定值。
有關(guān)具有由系統(tǒng)生成可能性的所有的任務(wù)為不同的值，如果可以這樣地運(yùn)用此處所使用的固定值，那么即使加密存儲(chǔ)在特定的任務(wù)用存儲(chǔ)器空間內(nèi)的保護(hù)區(qū)域中的重要信息，被復(fù)制到其他任務(wù)用存儲(chǔ)器空間內(nèi)的保護(hù)區(qū)域，也可使其他任務(wù)無(wú)法正確地對(duì)該重要信息進(jìn)行譯碼。
能夠像上述那樣運(yùn)用的條件為關(guān)于多個(gè)任務(wù)，任務(wù)ID及該任務(wù)生成時(shí)的單調(diào)增加計(jì)數(shù)器值雙方不一致。
一般地，作為任務(wù)ID，由于使用固定大小的值，在反復(fù)進(jìn)行多個(gè)任務(wù)的產(chǎn)生及消除的時(shí)候，特定的任務(wù)ID具有可以由不同的任務(wù)輪流使用的性質(zhì)。
因此，可知為了滿足上述的條件，在單調(diào)增加計(jì)數(shù)器值表示相同值的期間，同樣的任務(wù)ID不使用2次或者2次以上就可以 。
例如，在假設(shè)作為UNIX(注冊(cè)商標(biāo))系操作系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)即“15位整數(shù)(最大32768)的任務(wù)ID”及“作為每隔10微秒進(jìn)行更新的時(shí)刻值的單調(diào)增加計(jì)數(shù)器值”的情況下，攻擊者為了完成將對(duì)于系統(tǒng)相同的CTR模式的計(jì)數(shù)器值中的固定值分配給多個(gè)任務(wù)，就必須在單調(diào)增加計(jì)數(shù)器值維持相同值的10微秒之內(nèi)，生成或者消除30,000個(gè)左右的任務(wù)。
即，意味著只要不滿足該條件，攻擊者的攻擊就不會(huì)成功。
一般地，由于在任務(wù)的生成和消除中必須要有操作系統(tǒng)的介入，因此，像那樣高速地執(zhí)行足夠次數(shù)的任務(wù)生成處理以及消除處理，在目前一般的硬件環(huán)境下幾乎是不可能的。
數(shù)據(jù)塊化功能205b是將存儲(chǔ)在保護(hù)區(qū)域的數(shù)據(jù)(平文數(shù)據(jù)或者加密數(shù)據(jù))分割成規(guī)定數(shù)據(jù)塊的功能。
XOR運(yùn)算功能205c在生成的密鑰流的位串與分割的規(guī)定數(shù)據(jù)塊的位串之間運(yùn)算按位加(XOR)，并將運(yùn)算出的該按位加存儲(chǔ)在保護(hù)區(qū)域中。
另外，加密/譯碼處理功能205的結(jié)構(gòu)為在規(guī)定的定時(shí)(例如，在密鑰數(shù)據(jù)被更新等情況下)，使用上述的密鑰流對(duì)存儲(chǔ)在所有的任務(wù)用存儲(chǔ)器空間內(nèi)的保護(hù)區(qū)域中的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼。
這時(shí)，加密/譯碼處理功能205的結(jié)構(gòu)為使用利用更新的密鑰數(shù)據(jù)產(chǎn)生的密鑰流，對(duì)像上述那樣被譯碼的存儲(chǔ)在保護(hù)區(qū)域的數(shù)據(jù)再次進(jìn)行加密。
然后，參照?qǐng)D4及圖5對(duì)涉及本實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
第一，參照?qǐng)D4對(duì)在涉及本實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)中，對(duì)存儲(chǔ)在各個(gè)任務(wù)用存儲(chǔ)器空間內(nèi)的保護(hù)區(qū)域中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
如圖4所示，在步驟S101中，操作系統(tǒng)生成新的任務(wù)并對(duì)該任務(wù)分配任務(wù)用存儲(chǔ)器空間。在此，任務(wù)信息存儲(chǔ)功能204存儲(chǔ)有關(guān)該任務(wù)用存儲(chǔ)器空間內(nèi)的保護(hù)區(qū)域的信息、任務(wù)ID、和來(lái)自該任務(wù)生成時(shí)的單調(diào)增加計(jì)數(shù)器功能203的輸出值(單調(diào)增加計(jì)數(shù)器值)。
在步驟S102中，加密/譯碼處理功能205的密鑰流生成功能205a生成由存儲(chǔ)在任務(wù)信息存儲(chǔ)功能204中的任務(wù)ID和該任務(wù)生成時(shí)的單調(diào)增加計(jì)數(shù)器值以及變動(dòng)值X所構(gòu)成的計(jì)數(shù)器值301。
而且，密鑰流生成功能205a使用存儲(chǔ)在密鑰存儲(chǔ)功能202中的密鑰數(shù)據(jù)，以規(guī)定的加密方式通過(guò)對(duì)計(jì)數(shù)器值301進(jìn)行加密來(lái)生成密鑰流。
在此，密鑰流生成功能205a通過(guò)將變動(dòng)值X從0開(kāi)始依次加1，生成與存儲(chǔ)在上述保護(hù)區(qū)域的數(shù)據(jù)(平文數(shù)據(jù))被分割成規(guī)定的數(shù)據(jù)塊的數(shù)量相對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度的密鑰流。
在步驟S103中，XOR運(yùn)算功能205c在密鑰流的位串和平文數(shù)據(jù)的位串之間運(yùn)算按位加，并將運(yùn)算出的按位加作為加密數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在保護(hù)區(qū)域。
第2，參照?qǐng)D5對(duì)在涉及本實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)中，更新密鑰數(shù)據(jù)的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
一般地，在比較短的期間(1天以內(nèi)左右)在像進(jìn)行系統(tǒng)的重新啟動(dòng)這樣的運(yùn)行環(huán)境下，即使不更新單一密鑰而持續(xù)使用也不損害安全性。
這時(shí)，密鑰存儲(chǔ)功能202在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)和最初需要密鑰數(shù)據(jù)的時(shí)刻，可以只具有存儲(chǔ)由密鑰生成功能201所生成的密鑰數(shù)據(jù)的功能。
但是，在像服務(wù)器計(jì)算機(jī)那樣進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的運(yùn)用環(huán)境下，不更新單一密鑰而持續(xù)使用可能會(huì)帶來(lái)安全性的顯著下降，因此需要在適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)進(jìn)行所使用的密鑰數(shù)據(jù)的更新處理。
因此，在步驟S201中，加密/譯碼處理功能205在適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)，使用密鑰流對(duì)被加密的全部保護(hù)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，上述密鑰流是使用目前正在使用的密鑰數(shù)據(jù)而生成的。
在步驟S202中，密鑰生成功能201更新所使用的密鑰數(shù)據(jù)，密鑰存儲(chǔ)功能202存儲(chǔ)被更新的密鑰數(shù)據(jù)。
在步驟S203中，加密/譯碼處理功能205使用利用被更新的密鑰數(shù)據(jù)生成的密鑰流對(duì)全部保護(hù)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
根據(jù)涉及本實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)，因?yàn)榭梢允褂脝我坏拿荑€數(shù)據(jù)對(duì)各任務(wù)產(chǎn)生唯一的密鑰流，所以即使特定的任務(wù)的重要信息被復(fù)制到其他任務(wù)中，在復(fù)制目的地的任務(wù)上也無(wú)法對(duì)該重要信息正確地進(jìn)行譯碼，可以用較少的存儲(chǔ)器資源有效地保護(hù)各任務(wù)的重要信息。
即，根據(jù)涉及本實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)，因?yàn)榭梢允贡仨毞旁诓僮飨到y(tǒng)用存儲(chǔ)器空間中的數(shù)據(jù)為單一的密鑰數(shù)據(jù)等最小限度的數(shù)據(jù)，所以即使在PDA、移動(dòng)電話等存儲(chǔ)器資源有限的平臺(tái)中，也能夠?qū)崿F(xiàn)可保護(hù)各任務(wù)的重要信息的多重任務(wù)環(huán)境。
(實(shí)施方式2)參照?qǐng)D6至圖8對(duì)涉及本發(fā)明第2實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。以下，關(guān)于涉及本實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)，主要對(duì)與上述涉及第1實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。
一般地，在各任務(wù)持有多個(gè)重要信息的情況下，該重要信息的一部分可能退回到了硬盤(pán)等二次存儲(chǔ)裝置中。
因此，涉及本實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的目的在于，即使在該情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)高效的密鑰更新。
在本實(shí)施方式中，如圖6所示，密鑰存儲(chǔ)功能202存儲(chǔ)有多個(gè)密鑰數(shù)據(jù)。具體而言，密鑰存儲(chǔ)功能202對(duì)于各個(gè)密鑰數(shù)據(jù)，將用于識(shí)別該密鑰數(shù)據(jù)的密鑰號(hào)碼、該密鑰數(shù)據(jù)、該密鑰數(shù)據(jù)的生成時(shí)間、現(xiàn)行標(biāo)志、和參照數(shù)相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)。
在此，現(xiàn)行標(biāo)志是表示該密鑰數(shù)據(jù)是否為當(dāng)前密鑰數(shù)據(jù)的標(biāo)志。僅對(duì)多個(gè)密鑰數(shù)據(jù)中的一個(gè)進(jìn)行設(shè)定，使其為用于進(jìn)行新的加密處理而使用的現(xiàn)行密鑰數(shù)據(jù)。其他的密鑰數(shù)據(jù)具有“未使用”或者“現(xiàn)存有過(guò)去使用該密鑰數(shù)據(jù)進(jìn)行了加密的數(shù)據(jù)”中的一個(gè)屬性。
另外，參照數(shù)對(duì)于現(xiàn)行密鑰以及具有“現(xiàn)存有過(guò)去使用該密鑰數(shù)據(jù)進(jìn)行了加密的數(shù)據(jù)”的屬性的密鑰數(shù)據(jù)，表示該密鑰數(shù)據(jù)被用于對(duì)多少個(gè)保護(hù)區(qū)域進(jìn)行加密。
在此，具有“現(xiàn)存有過(guò)去使用該密鑰數(shù)據(jù)進(jìn)行了加密的數(shù)據(jù)”的屬性的密鑰數(shù)據(jù)，使用該密鑰數(shù)據(jù)對(duì)存儲(chǔ)在保護(hù)區(qū)域的重要信號(hào)進(jìn)行譯碼后結(jié)果是當(dāng)參照數(shù)變?yōu)?時(shí)成為未使用狀態(tài)。
另外，現(xiàn)行密鑰數(shù)據(jù)從生成時(shí)開(kāi)始在經(jīng)過(guò)了規(guī)定時(shí)間(例如1個(gè)小時(shí))的時(shí)刻變?yōu)闊o(wú)效。而且，然后在需要重要信息的加密處理時(shí)，密鑰存儲(chǔ)功能202對(duì)由密鑰生成功能201所生成的新密鑰數(shù)據(jù)作為現(xiàn)行密鑰數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定。
另外，本實(shí)施方式中，任務(wù)信息存儲(chǔ)功能204，如圖7所示，對(duì)于各保護(hù)區(qū)域，將識(shí)別該保護(hù)區(qū)域的保護(hù)區(qū)域號(hào)碼、該保護(hù)區(qū)域的各任務(wù)用地址空間內(nèi)的起始地址、該保護(hù)區(qū)域的大小、表示存儲(chǔ)在該保護(hù)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)(重要信息)是加密文還是平文的狀態(tài)信息、和識(shí)別在該保護(hù)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)(重要信息)的加密處理中所使用的密鑰數(shù)據(jù)的使用密鑰數(shù)據(jù)號(hào)碼相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)。
在此，參照?qǐng)D8對(duì)在涉及本實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)中更新密鑰數(shù)據(jù)的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
在步驟301中，加密/譯碼處理功能205判斷目前正在使用的密鑰數(shù)據(jù)是否超過(guò)了有效期。
在判斷為超過(guò)了有效期的情況下，在步驟S302中，加密/譯碼處理功能205使用利用超過(guò)了有效期的密鑰數(shù)據(jù)所生成的密鑰流，對(duì)被加密的存儲(chǔ)在全部保護(hù)區(qū)域中的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼。
在步驟S303中，密鑰存儲(chǔ)功能202從由密鑰生成功能201所生成的密鑰數(shù)據(jù)中，將所使用的密鑰數(shù)據(jù)作為現(xiàn)行密鑰數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定并存儲(chǔ)。
在步驟S304中，加密/譯碼處理功能205使用利用與超過(guò)了有效期的密鑰數(shù)據(jù)不同的密鑰數(shù)據(jù)(即，作為現(xiàn)行密鑰數(shù)據(jù)設(shè)定的密鑰數(shù)據(jù))所生成的密鑰流，對(duì)存儲(chǔ)在全部保護(hù)區(qū)域中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
根據(jù)涉及本實(shí)施方式的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)，通過(guò)將多個(gè)密鑰數(shù)據(jù)保存在密鑰存儲(chǔ)功能202中，可以使密鑰數(shù)據(jù)更新時(shí)所必須的處理最小化。
變更例1參照?qǐng)D9，對(duì)本發(fā)明的變更例1進(jìn)行說(shuō)明。
如圖9所示，在本變更例中，操作系統(tǒng)使用在操作系統(tǒng)用存儲(chǔ)器空間700中放置的單一的加密密鑰(密鑰數(shù)據(jù))701，對(duì)存儲(chǔ)在通過(guò)文脈開(kāi)關(guān)被中止的任務(wù)用存儲(chǔ)器空間702-1～702-N中的重要信息進(jìn)行加密。
另一方面，在本變更例中，操作系統(tǒng)使用在操作系統(tǒng)用存儲(chǔ)器空間700中放置的單一的加密密鑰(密鑰數(shù)據(jù))701，對(duì)存儲(chǔ)在通過(guò)文脈開(kāi)關(guān)被重新開(kāi)始執(zhí)行的任務(wù)用存儲(chǔ)器空間703中的重要信息進(jìn)行譯碼。
根據(jù)涉及本變更例的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)，作為加密方式，通過(guò)使用基于任務(wù)ID及該任務(wù)生成時(shí)的單調(diào)增加計(jì)數(shù)器值的CTR模式，安全地實(shí)現(xiàn)通過(guò)由單一的加密密鑰701對(duì)多個(gè)任務(wù)的重要信息進(jìn)行加密的保護(hù)。
另外，涉及本變更例的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)適用于比較頻繁地反復(fù)進(jìn)行停止、啟動(dòng)的運(yùn)行方式的系統(tǒng)。
變更例2參照?qǐng)D10，對(duì)于本發(fā)明的變更例2進(jìn)行說(shuō)明。在本變更例中，與上述的變更例1的情況不同，不是使用單一的加密密鑰，而是使用比所有任務(wù)的數(shù)量少的加密密鑰。
如圖10所示，在本變更例中，操作系統(tǒng)在操作系統(tǒng)用存儲(chǔ)器空間800中所放置的多個(gè)加密密鑰之中，使用現(xiàn)行的加密密鑰(現(xiàn)行密鑰數(shù)據(jù))801-3對(duì)通過(guò)文脈開(kāi)關(guān)被中止的任務(wù)用存儲(chǔ)器空間802-2～802-N中所存儲(chǔ)的重要信息進(jìn)行加密。
在此，正在中止的任務(wù)802-1在現(xiàn)行的加密密鑰變?yōu)橛行е霸诒患用艿臓顟B(tài)下被中斷執(zhí)行，所以操作系統(tǒng)在重新開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)802-1時(shí)，必須使用過(guò)去的加密密鑰801-1對(duì)存儲(chǔ)在該任務(wù)802-1用存儲(chǔ)器空間中的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼。
涉及本變更例的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)因?yàn)榭梢杂帽容^低的成本來(lái)實(shí)現(xiàn)加密密鑰的更新處理，所以即使在長(zhǎng)時(shí)期處于啟動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)行環(huán)境中也能適用。
權(quán)利要求
1.一種多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)，并行地執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，其特征在于，具備加密處理功能，使用比上述多個(gè)任務(wù)數(shù)量少的密鑰數(shù)據(jù)、用于識(shí)別各任務(wù)的任務(wù)ID、和來(lái)自值不減少而持續(xù)增加那樣構(gòu)成的單調(diào)增加計(jì)數(shù)器的各任務(wù)生成時(shí)的輸出值，對(duì)各任務(wù)生成唯一的密鑰流，使用生成的該密鑰流對(duì)存儲(chǔ)在各任務(wù)用存儲(chǔ)器空間內(nèi)的保護(hù)區(qū)域中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于，上述加密處理功能具備密鑰流生成功能，通過(guò)以使用了上述密鑰數(shù)據(jù)的規(guī)定的加密方式對(duì)包括上述任務(wù)ID和上述輸出值的計(jì)數(shù)器值進(jìn)行加密，來(lái)生成上述密鑰流；數(shù)據(jù)塊化功能，將存儲(chǔ)在上述保護(hù)區(qū)域中的數(shù)據(jù)分割成規(guī)定數(shù)據(jù)塊；和按位加運(yùn)算功能，在生成的上述密鑰流的位串和分割的上述規(guī)定數(shù)據(jù)塊的位串之間運(yùn)算按位加，并將運(yùn)算出的按位加存儲(chǔ)在上述保護(hù)區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于，具備譯碼處理功能，在照規(guī)定的定時(shí)使用上述密鑰流對(duì)存儲(chǔ)在上述保護(hù)區(qū)域中的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，上述加密處理功能使用利用更新的上述密鑰數(shù)據(jù)所生成的上述密鑰流，對(duì)由上述譯碼處理功能進(jìn)行了譯碼的存儲(chǔ)在上述保護(hù)區(qū)域中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于，上述譯碼處理功能使用利用超過(guò)了有效期的上述密鑰數(shù)據(jù)所生成的密鑰流，對(duì)存儲(chǔ)在上述保護(hù)區(qū)域中的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，上述加密處理功能使用利用與超過(guò)了有效期的上述密鑰數(shù)據(jù)不同的其他密鑰數(shù)據(jù)所生成的上述密鑰流，對(duì)由上述譯碼處理功能進(jìn)行了譯碼的存儲(chǔ)在上述保護(hù)區(qū)域中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于，來(lái)自上述單調(diào)增加計(jì)數(shù)器的輸出值是由操作系統(tǒng)所提供的時(shí)刻值，在上述操作系統(tǒng)中也可以如此地構(gòu)成，禁止將上述時(shí)刻值返回到過(guò)去那樣的操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于，上述單調(diào)增加計(jì)數(shù)器作為硬件被提供。
全文摘要
在提供多重任務(wù)環(huán)境的現(xiàn)代化的操作系統(tǒng)中，以較少的存儲(chǔ)器資源高效地保護(hù)各個(gè)任務(wù)的重要信息。涉及本發(fā)明的多重任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)具備加密處理功能(203)，該加密處理功能(203)使用比多個(gè)任務(wù)數(shù)量少的密鑰數(shù)據(jù)、用于識(shí)別各個(gè)任務(wù)的任務(wù)ID、和來(lái)自值不減少而持續(xù)增加那樣構(gòu)成的單調(diào)增加計(jì)數(shù)器的各任務(wù)生成時(shí)的輸出值，對(duì)各任務(wù)生成唯一的密鑰流，使用生成的該密鑰流對(duì)存儲(chǔ)在各任務(wù)用存儲(chǔ)器空間內(nèi)的保護(hù)區(qū)域中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
文檔編號(hào)G06F1/00GK1716220SQ20051008046
公開(kāi)日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2005年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月2日
發(fā)明者稻村雄, 江頭徹, 竹下敦 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Ntt都科摩