TW200303135A - Key management device and method for the encrypted storage of digital data words - Google Patents

Description

0) 0)200303135 玟、發明說明 (發明5兒明應敘明.發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 技術領域 本發明係關於一種用於電子記憶體之主要管理裝置及電 子記憶體中數位資料字之加密儲存之方法。 先前技術 電子3己憶體基本上區分為兩種不同類型的記憶體。首先 係揮發性ό己憶體’如隨機存取記憶體和具有短存取時間的 記憶體，其常用作緩衝記憶體，如快取記憶體；其次係非 揮發性記憶體，如ROM(唯讀記憶體）或EEPROM(電子可抹 除可程式化唯讀記憶體）。所有這些記憶體的共同之處為： 其構造結構規則有序，因而易於分析或操作。 因此，在安全臨界應用中，係藉由適當的密瑪加密方法 保護電性儲存在該等記憶體中的資料，亦即以加密之方式 儲存資料。 由於將資料讀入該記憶體中時，必須將其加密；而且從 該記憶體中讀取資料之時，又必須將其解密，故存取該記 憶體中的加密資訊就不可避免地伴隨著較長時間地存取該 資料。此狀況在諸如智慧卡之類的外部儲存媒體中是不可 避免的，並且是可以接受的。然而，具有緩衝儲存資料， 並能再次快速獲取该4資料之任務的記憶體，如緩衝記情 體、快取ά己憶體或類似物’因其任務’而不能使用複雜耗 時的加密方法。 已公佈之專利申請案WO 01/54083Α1和WO 0 1/5393 1Α3 為此類記憶體申請案提出了臨時有效關鍵字，藉此可利用 200303135

(2) 簡單的方法對所有資料字進行加密，以此方式即可在上述 記憶體中，以加密之方式儲存所有資料字。在此狀況下， 依據个同的安全要求，使用較高或較低頻率來改變或更新 該關鍵字。 一關鍵字更新以後，位於該記憶體中且使用先前的關鍵 子加密之資料内容將無法解密。為避免此種情況，在改變 該關鍵字時，必須對該記憶體内容重新進行加密，並再次 _ 載入到该記憶體中。若安全要求高，並為此要經常改變該 關鍵子，則這將導致性能明顯降低。因此，結果是安全性 與性能之間存在著衝突。 發明内容 ’ 本發明基於以下目的：即使在頻繁改變關鍵字的情況之 · 下，考慮到一高安全要求，也能確保一高性能以及相關的 較短資料存取時間。 實施方式 藉申請專利範圍第1和8項提出的方法，可以達到此目 參 的。 在此情況下，可以同時獲得大量關鍵字用於加密敏感性 資料。當一資料字讀入一記憶體中時，一關鍵字選擇裝置 可依據一預定演算法從一關鍵字記憶體中，選擇一活動穷 鑰。然後，上述關鍵字具有一明確標記，如一資料字使^ 上述關鍵字進行加密。該資料位元係藉由加密裝置予以加 密，並儲存在該記憶體中。該標記和該加密資料字係平行 儲存。在此種情形下’該標記可在加密資料字與：二 200303135

(3) 字建立_明確連結。 因而，可以選擇一不同的關鍵字，以供其他的各儲存操 作使用。此方法之優點是··可以選擇一新的關鍵字，以供 每一次健存操作使用，從而獲得一最大有利的頻率，以供 關鍵子更新使用。 若希望讀出一特定資料字，則一第一比較裝置可利用該 加密資料字之標記，以判定該關鍵字記憶體中的適合關鍵 字，並且將該關鍵字供給一解密裝置。此狀況的結果是： 在每一種情況下使用不同關鍵字加密該記憶體内容，並且 在一解密操作之時，總可以獲得該關鍵字。在一關鍵字已 更新時，整個記憶體不必重新讀入並加密，而是一直保持 可解密狀態。 實施個別關鍵字的有效期構成了本發明的一有利延伸， 申請專利範圍第8項說明了該實施。在此情況下，該關鍵字 記憶體中已準備好一規定時間的關鍵字，不再供新的加密 操作使用。只有當使用這些關鍵字加密的所有資料字已從 該記憶體中讀取或移除時，才能抹除這些關鍵字β 在本發明之優點的進一步詳細說明中，該加密單元和該 解雄單元係組合以形成一共同加密解密單元。 而且，最好係藉由一雙向資料匯流排實現該主要管理裝 置之輸入以及該主要管理裝置之輸出。 本發明之一進一步有利改進提供另一或第二比較裝置， 以Τ一緩衝記憶體使用，該緩衝記憶體内容對應中^記憶 體早兀。該比較裝置檢查該緩衝記憶體之該記憶内容中是 (4) 200303135

等關鍵字已從池 ’則從該緩衝記 否存在具有關1建字標記的力π密資料字，該 (pool)中移除。若確定存在此種加密資料^ 憶體中將其移除。 本叙明之-進一步有利改進可使該緩衝記憶體的所有該 等加密資料字寫回到該主記憶體中，並且在此情況中（其中 在該加密資料字之標記指出新的加密操作不再使用的關鍵 字’且在該關鍵字記憶體m不能獲得所有那些加密資 料字進行解密之情泥中）予以再次加密。此狀況之優點是： 僅藉由關鍵字的未檢錄除，該緩衝記憶體之内容即木會 失去其有效性。 -關鍵字記憶體1&含所有可用的關鍵字η%。經由一 第二輸入11可確保將新的關鍵字供給該關鍵字記憶體卜 在一儲存操作過程中，一密鑰選擇裝置2從位於該關鍵字 記憶體1中的關鍵字池中，選擇一活動密鑰，因此，在該加 密單元5中使用該密鑰以加密該資料字q在此狀況中，在一 中央記憶體單元4中使用其密鑰儲存一加密資料字。在此狀 況中，在_第二記憶體單元中儲存該加密資料字，並且在 該中央記憶體單元4的一第一記憶體單元中儲存該加密資 料字的標記。使用一定址單元3來定址該記憶體單元。 以相反方式完成該記憶體的讀出操作。在此情況下，從 該中央記憶體單元4之第一記憶體單元9中讀取該加密資料 字之標記，並且一第一比較裝置12確定來自該關鍵字記憶 體的該匹配關鍵字。然後，一解密單元6使用所選擇的該關 鍵字解密該儲存的資訊。 (5) (5)200303135

另一範例說明了本發明應用於緩衝記憶體中，即所謂的 、己it It纟⑼速$憶體中，必須從—記憶體中移除所 有加密資料字，該記憶體之標記指出不再用於解密的一密 錄為實現此操作，可實施一抹除機制，其將已輸入該快 取迟憶體中的該等加密資料字標記無效。$ 了實現此種抹 除機制，健存有加密資料字之標記的記憶體陣列係設計成 内合可定址汜憶體。在一關鍵字從該關鍵字記憶體中抹 除之則，在該内容可定址記憶體中查找該密鑰之標記。在 此情況下，一電路確保具有該密鑰之標記的每一個資料字 均標記無效。 該快取記憶體中的該資料項目也可能寫回到下面的主記 憶體中，因此，可確保快取記憶體與主記憶體之間的一致 性。 搜尋最好以適當方式設計標記之搜尋，使得在該搜尋過 程中，查找已發現的該標記和該相關加密資料字，且只有 當一相關資料字不再出現於該快取記憶體中之時，才將該 密鑰從該關鍵字記憶體中抹除。 為了控制所述之序列，依據本發明可將一暫存器連接到 該主要管理裝置上，該暫存器包含各個別操作所需的資訊 。該資訊包含； a) 比較或搜尋一特定關鍵字之一特定標記， b) 在本發明使用一快取記憶體的情形中，使具有不再 有效之關鍵字標記的加密資料字無效， c) 一函數，其能初始化從該快取記憶體寫回到該主記 200303135 ⑹ 憶體之操作。 d) 一指示，即是否存在（若有，則存在多少）具有無效或 不再有效之標δ己（即關鍵子）的加密資料字’以及 e) 提供必要的資訊，用於從快取記憶體的寫回操作。 圖式簡單說明 上文已參考附圖並使用一示範性具體實施例詳細說明本 發明。 該圖為依據本發明之電子記憶體的主要管理裝置，其係 使用該電子記憶體之各組件及其I連作簡要說明。 圖式代表符號說明 1 關鍵字記憶體 2 密鑰選擇裝置 3 定址單元 4 中央記憶體單元 5 加密單元 6 解密單元 7 輸入 8 輸出 9 第一記憶體單元 10 第二記憶體單元 Π 第二輸入 12 第一比較裝置 13 第二比較裝置 14 緩衝記憶體 200303135

⑺ 15 第三記憶體單元 16 雙向資料匯流排 11 . . . tn 關鍵字

Claims (1)

1. 200303135 拾、申請專利範圍 1· -種用於電子記憶體之主要管理裝置，其包括： 關鍵η憶體⑴’其可同時儲存複數個之數位 關鍵字（l)(t^tn), --密鑰選擇裝置(2)，其係連接到該關鍵字記憶體 ⑴上， ——令央記憶體單元(4)，其包括用於儲存標記之第 -記憶體單元（9)和用於健存加密資料字之第二記憶體 單元（10)， 定址單元（3)，其可定址一中央記憶體單元（4) 之該等記憶體單元， - 加在、單元（5)，其係連接到該等記憶體單元（1 〇) 和該關鍵字記憶體（1)上， -一解密單元（6)，其係連接到該等記憶體單元（1 0) 和該關鍵字記憶體（1)上， 泫密鑰選擇裝置（2)在儲存於該關鍵字記憶體（丨）之一 關鍵字和使用該關鍵字加密之該等資料字之間產生一 指定。 2 ·如申請專利範圍第1項之主要管理裝置，其中欲儲存的 該等資料字之一輸入係連接到該加密單元（5)上，且 欲讀出的該等資料字之一輸出係連接到該解密單元 (6)上’且經由一第二輸入，該數位關鍵字供應給該 關鍵字記憶體（1)。 3 ·如申請專利範圍第1項之主要管理裝置，其中該加密單 200303135

   一（5)和遒％•在單元（6)係結合以形成—共同加密解密單 元。 4.如_ a，弓專利犯圍第丨，2或3項之主要管理裝置，其中該輸 •入（7)和該輸出（8)係藉由一雙向資料匯流排（丨6)實現。 )· :口申仴專利範圍第丨，2或3項之主要管理裝置，其中一 第比較政置（1 2)係連接到該關鍵字記憶體（i )和該中 央記憶體單元⑷之該第一記憶體單元⑺上，並且比較 該等關鍵字之標記和該等加密資料字之該等储存的標 記。 6·如申請專利範圍第或3項之主要管理裝置，其中該中 央記憶體單元⑷係連接到一緩衝記憶則⑷上，且該等 二記憶體之内容係對應的。 7 ·如申凊專利範圍第1，2或3項之主要管理裝置，其中一第 比τχ裝置（1 3)係連接到該關鍵字記憶體（1)、_緩衝記 憶體（14)以及位於其中的該第三記憶體單元（15)上，並 且比較該等關鍵字之該等標記和該等加密資料字之該 等儲存的標記。 8. 種在電子5己憶體中加密健存數位資料字之方法， 其中欲儲存之每一資料字都使用一數位關鍵字進行 加密， 其可能不同於所儲存的另一資料字之另一數位關鍵 字， 對於每一加密操作，依據一預定方式，從一數位關鍵 字池中’選擇一數位關鍵字， 200303135 每一 標記， 以及 數位關鍵字和以其加密之每一 该標記明確連結該數位資料字和

   資料字都具有一 一數位關鍵字， 該等數位關鍵字係與該等加定 存 山貝料干間隔分離地儀 〇 9. 如申請專利範圍第8項之方法，A由 ^ , χ .. 其中一規定有效期消失 之後，不再為加密選擇一 關鍵子’且其中從該池中 矛夕除所另數位關鍵字，#用在

   工用新的數位關鍵字替代，該等 新的數位關鍵字有效性消本 ^ ㈣失，且揲加密資料字標記指出 5亥#新的數位關鍵字。 10. 如申請專利範圍第9項 貝之方法，其中平行儲存於連接的 電子緩衝記憶體中之加贫資 — + 山貝枓子恶效，其標記指出已從 5亥池中移除的關鍵字。 11·如申請專利範圍第10項 + 方法，其中平行儲存於連接的 电子緩衝記憶體中之力口宓 ^^ &貝枓子係寫回到該中央記憶 體早兀（4)中，豆標記抬山‘ …， 曰出有效性消失但尚未從該池中移 除的關鍵字。 夕