1. はじめに 定 した 業 界 標 準 の HDD が 備 える 機 能 を 利 用 し PC 盗 難 紛 失 に 対 する 情 報 漏 洩 の 基 本 的 な て 実 現 することを 提 案 する また 実 装 後 の 動 作 防 止 策 として データの 暗 号 化 暗 号 鍵 の 保 護 結

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1 自 己 消 去 を 可 能 にする HDD 認 証 強 化 二 村 和 明 矢 崎 孝 一 中 村 洋 介 郭 兆 功 山 田 勇 ( 株 ) 富 士 通 研 究 所 郵 便 川 崎 市 中 原 区 上 小 田 中 {kazuaki.nimura, yasaki.kouichi, nkmr, guo.zhaogong, yamada.isamu}@jp.fujitsu.com あらまし ハードディスク(HDD/SSD)のデータアクセスを 保 護 する 認 証 機 構 としてはパスワード が 用 いられる また PC のプリブート 認 証 において 生 体 認 証 など 高 度 なユーザ 認 証 を 行 う 場 合 には 認 証 結 果 が 正 しければ PC に 予 め 記 憶 しておいた 正 しい HDD パスワードを HDD に 送 り 込 み 認 証 結 果 が 正 しくなければ PC や HDD を 使 用 させない 仕 組 みが 用 意 されることが 多 い しかし HDD を 抜 き 取 られると 高 度 な 認 証 は 機 能 しない 本 稿 では HDD 単 独 で 動 作 する 認 証 強 化 方 式 について 業 界 標 準 の TCG HDD を 利 用 した 方 式 を 提 案 する Enhancement of hard drive authentication that enables self-wipe Kazuaki NIMURA Kouichi YASAKI Yousuke NAKAMURA Zhaogong GUO Isamu Yamada Fujitsu Laboratories Ltd. Kamikodanaka 4-1-1, Nakahara, Kawasaki, Kanagawa Japan {kazuaki.nimura, yasaki.kouichi, nkmr, guo.zhaogong, yamada.isamu}@jp.fujitsu.com Abstract It is fairly common to link a password for hard drive and result of PC user authentication like user password or fingerprint authentication. When the user authentication pass, PC set the password for hard drive which has stored in PC to hard drive, or when it fail, the hard drive and/or PC cannot be used. However if a hard drive removed from PC, because there is no link with user authentication anymore, and because hard drive authentication uses password protection, it will be only protected by the password for hard drive after all. In this paper, to solve the problem, we introduce an enhanced authentication method for hard drive or solid state drive which works by itself.

2 1. はじめに 定 した 業 界 標 準 の HDD が 備 える 機 能 を 利 用 し PC 盗 難 紛 失 に 対 する 情 報 漏 洩 の 基 本 的 な て 実 現 することを 提 案 する また 実 装 後 の 動 作 防 止 策 として データの 暗 号 化 暗 号 鍵 の 保 護 結 果 についても 報 告 する ユーザ 認 証 が 行 われている データの 暗 号 化 では ソフトウエアによるファイ 2. 課 題 と 対 策 の 検 討 ル フォルダの 暗 号 化 ディスク 全 体 の 暗 号 化 や 通 常 の 場 合 抜 き 取 られた HDD は HDD パス ハードウエアによってディスク 全 体 を 暗 号 化 する ワードとデータ 暗 号 化 によってのみ 守 られた 状 FDE(Full Disk Encryption) 対 応 HDD(Hard Disk 態 となる パスワードが 漏 洩 すると 他 のPCに 接 Drive)/SSD(Solid State Drive)が 利 用 されている 続 されてHDDが 解 析 されることもある これを 防 また データ 暗 号 化 に 使 用 する 暗 号 鍵 を 保 護 す ぐため どのPCに 接 続 しても そのホスト PC の るために TPM(Trusted Platform Module)など 耐 危 険 度 を 判 定 し 自 動 消 去 などの 情 報 漏 えい 対 タンパー 性 を 持 つハードウエアが 用 いられてい 策 機 構 が 動 作 するよう HDD に 認 証 機 構 を 内 蔵 る データと 異 なるデバイス 上 で 鍵 を 管 理 するこ する ここでいう PC の 危 険 度 とは 許 可 され とで ハードディスクを 抜 いて 別 PC でアクセスし ていない PC 不 正 ユーザが 操 作 する PC( 何 回 も ようとしても ディスク 上 に 暗 号 鍵 のヒントがなく パスワード 攻 撃 を 行 うPC)を 指 している 解 読 を 困 難 にすることができる 上 記 対 策 を 実 現 するために 必 要 な 構 成 要 素 ユーザ 認 証 では パスワードだけでなく 生 体 を 抽 出 すると 認 証 や IC カードなどが 用 いられている これは どの PC に 接 続 しても 情 報 漏 えい 対 策 機 構 PC 起 動 時 OS 起 動 時 に 実 行 され PC 起 動 /OS が 動 作 する (Always works) 起 動 の 実 行 権 がユーザにあるのかどうかを 確 認 危 険 度 の 判 定 結 果 後 情 報 漏 えいが 発 生 し し 不 正 ユーザを 排 除 している 前 者 PC 起 動 時 得 ないよう 自 動 消 去 を 行 う (Measure risks & におけるユー ザ 認 証 では その 認 証 結 果 が execute) BIOS(Basic Input Output System)パスワード となる これら 特 性 項 目 に 対 する 具 体 的 な 実 現 HDD パスワードとリンクして 用 いられている 場 合 方 法 について 以 下 で 検 討 を 行 う が 多 い すなわち ユーザ 認 証 の 結 果 が 正 しい 場 合 には PC 側 に 予 め 記 憶 しておいた HDD パ 2-1. Always works スワードを HDD に 設 定 し 認 証 結 果 が 正 しくな どの PC に 接 続 しても 情 報 漏 えい 対 策 機 構 い 場 合 には HDD パスワードの 設 定 は 行 わない ( 対 策 プログラム)が 動 作 するためには その 接 続 仕 組 みである 形 態 に 依 存 せず 対 策 機 能 ( 対 策 プログラム)が これらの 防 止 策 の 組 み 合 わせによって PC 盗 実 行 可 能 なように 配 置 される 必 要 がある HDD 難 紛 失 時 においても 情 報 漏 えいが 防 止 され の 接 続 形 態 には 以 下 の2 種 類 がある る しかし 上 記 防 止 策 のユーザ 認 証 機 構 は PC (1) ブートデバイス 側 にその 殆 どの 部 分 が 組 み 込 まれているため (2) 2 nd HDD としての 接 続 (e-sata/usb など) HDD を PC から 抜 き 取 ると 機 能 しなくなる 抜 き (1)の 利 用 形 態 においては MBR(Master Boot 取 られた HDD はパスワードが 漏 洩 すると 解 析 可 Reccord) 領 域 から 始 まり OS が 立 ち 上 がるまで 能 となる の 起 動 パスのどこかに 対 策 プログラムを 実 行 す 本 稿 では HDDが 抜 き 取 られた 状 態 でも 高 るタイミングを 設 けることで 実 現 できる (2)の 利 用 度 な 認 証 機 構 が 働 き 積 極 的 に 情 報 漏 洩 を 防 ぐ 形 態 においては 一 部 の USB メモリで 既 に 行 わ 対 策 を TCG (Trusted Computing Group)が 策 れているパスワード 認 証 を 通 過 した 後 に 記 憶 領

3 域 にアクセス 可 能 にする 方 式 を 適 用 することが 考 えられる 即 ち まず 対 策 プログラムが 置 かれ た 領 域 だけを PC 側 に 見 せ その 他 の 領 域 は PC 側 から 隠 蔽 し 対 策 プログラムの 認 証 結 果 に 応 3-1. TCG HDD 本 稿 で 略 記 する TCG HDD とは 国 際 標 準 化 団 体 TCG にて 策 定 されたストレージセキュリティ の 仕 様 である TCG Storage Architecture Core じて 見 せる/ 消 去 する (1),(2) 両 方 の 形 態 で 対 Specification[1] と Opal SSC(Opal Security 策 プログラムが 働 くための HDD 構 成 としては i) 1 つのパーティションを 暗 号 化 せず そのパ ーティション 上 に 対 策 プログラムを 実 装 する 構 成 ii) 上 述 のように 認 証 結 果 に 応 じて データ が 入 ったディスク 内 容 の 見 せる/ 隠 す 機 構 があるデバイスを 利 用 して 実 装 する 構 成 がある 本 稿 の 実 装 では ii)の 方 法 での 一 例 を 実 現 した Subsystem Class)[2]に 準 拠 した HDD/SSD を 指 している 以 下 では 認 証 暗 号 化 および 消 去 に 関 し て 従 来 技 術 と 比 較 しながら TCG HDD が 提 供 する 機 能 についてまとめる これまでの 認 証 では ATA Security feature set で 規 定 された Master/User の2 種 類 の HDD パスワードを 用 いて 行 われてきた TCG HDD に よる 認 証 では 同 じく ATA で 規 定 した Trusted Computing feature set の 中 の Trusted 2-2. Measure risks & execute 接 続 する PC の 危 険 度 の 高 さは 対 策 プログラムが 実 行 するユーザ 認 証 の 失 敗 回 数 対 策 プログラムが 記 憶 している 機 器 ID と 一 致 するかどうか で 判 定 する Send/Receive コマンドを 利 用 して[3] 複 数 のパ スワードを 用 いて 行 うことが 可 能 となる (Admin1 ~4/User1~8 のパスワード 設 定 が 可 能 )[1] 従 来 との 機 能 的 な 違 いは パスワード 入 力 回 数 に 制 限 を 設 け る 試 行 リ ミ ッ ト (Authentication Attempt Limits with C_PIN Objects)[1]を 有 して いる 点 である これは 予 め 指 定 されたパスワード PC の 危 険 度 が 高 い 場 合 には 消 去 を 実 行 する 試 行 の 失 敗 上 限 回 数 を 超 えると それ 以 降 のパ 消 去 は NIST(National Institute of Standards and Technology)で 定 められている 上 書 き 消 去 を 実 行 する 前 に 短 時 間 で 実 行 が 完 了 する 暗 号 鍵 消 去 を 実 行 し 情 報 漏 えいを 防 ぐ 消 去 する 暗 号 鍵 は 解 析 の 難 しさという 観 点 から 暗 号 鍵 の 再 設 定 を 行 うことができないハードウェアベー スのものが 最 適 である スワード 試 行 は 必 ず 失 敗 と 見 なす 仕 様 となって いる 上 限 回 数 に 達 するまでの 認 証 失 敗 は 電 源 が 切 られたらクリアする 方 法 と 電 源 が 切 られ てたとしても 累 積 カウントする 方 法 が 選 択 できる ようになっている 暗 号 化 に 関 しては ディスク 全 体 暗 号 (FDE)だ けでなく 部 分 暗 号 (LBA 値 によって 指 定 した 領 域 毎 に 暗 号 鍵 を 設 定 する) 機 能 を 備 えている 3. 対 策 の 実 装 以 下 では TCG によって 策 定 された HDD 仕 様 によって 前 述 した 対 策 が 実 現 できることを 示 す また 実 装 に 際 し て 使 用 した EFI(Extensible Firmware Interface)に 関 して そ の 概 要 を 示 す そして 実 装 の 動 作 フローにつ いて 説 明 を 行 う 消 去 に 関 しては ATA security Feature Set に Enhanced Secure Erase/Secure Erase コマンドが 規 定 されている これにより HDD の 上 書 き 消 去 FDE 対 応 HDD の 暗 号 鍵 の 消 去 を 行 うことができ る TCG HDD では Trusted Send/Recive コマン ドである genkey コマンドによって 暗 号 鍵 の 再 生 成 が 実 行 される

4 MBR shadowing と PBA Always works に 関 連 する TCG HDD の 特 徴 的 な 機 能 として MBR(Master Boot Record) shadowing と PBA(pre boot authentication) 用 に 用 意 された PBA 領 域 がある PBA 領 域 は 通 常 の OS やアプリをインストールするユーザ 領 域 と は 別 に 用 意 された HDD 領 域 ( 図 1 のイメージ 1 のことを 指 している PBA 領 域 は 認 証 されたユ ーザのみが 書 き 込 み 可 能 であり それ 以 外 のユ ーザは read only という 属 性 を 持 つ PBA 領 域 に 対 策 プログラムを 組 み 込 むことで パスワード 認 証 生 体 認 証 IC カード 認 証 といった 高 度 なユ ーザ 認 証 が 可 能 になる PBA 領 域 とユーザ 領 域 は 動 的 に 切 り 替 えられ 認 証 結 果 が 正 しかった 場 合 に TCG HDD に 切 り 替 えを 指 示 することによ って ユーザ 領 域 イメージにアクセスできるように なる この 切 替 を 行 うのが MBR shodowing 機 能 である MBR shadowing 機 能 が 一 度 Enable され ると 電 源 の 投 入 時 には PBA 領 域 のみが 見 え るように 機 能 し ユーザ 領 域 を 隠 蔽 するモードが デフォルト 設 定 になる そのため PC 起 動 時 に は PBA 領 域 に 記 録 された OS ブート 対 策 プログ ラムが 必 ず 実 行 されることになる 消 去 に 関 しては 鍵 の 再 生 成 を 瞬 時 に 行 う ことで 実 現 される[4] 暗 号 鍵 は TCG HDD 内 で 自 動 生 成 されるものであり 外 部 から 設 定 するイ ンタフェースを 持 たない また PBA 領 域 は 消 去 命 令 が 発 行 された 場 合 であっても 影 響 を 受 けず PBA 領 域 のイメージをそのまま 残 すことができる また TCG HDD は Trusted Send/Receive コ マンドのみでアクセス 可 能 な 1KB 以 上 のデータ ストレージ(DataStore)を 持 っている Datastore は 認 証 のリファレンス 値 ログなど PBA で 利 用 する 重 要 なデータを 格 納 するために 用 意 された 格 納 領 域 である 3-2. EFI TCG HDD にてプリブート 認 証 を 行 うためには PBA 領 域 への OS 搭 載 が 必 要 となる この OS 選 択 は 任 意 に 行 うことができるが 本 稿 では 以 下 の よ う な 好 ま し い 特 徴 を 備 え る EFI(Extensible Firmware Interface)を 利 用 することにした EFI は BIOS に 変 わるファームウエアとして 利 用 されており[5] 既 存 のプリブート 認 証 との 連 携 がとり 易 い 開 発 環 境 が 無 償 でオープンソースとして 提 供 されている[6] EFI では EFI Platform Initialization 上 で HDD Driver や 表 示 系 Driver といった 様 々なデバイ スを 司 る EFI Drivers を 動 作 させる 仕 組 みが 標 準 で 備 わっており またドライバも Linux 系 ドラ イバを 流 用 できることから 新 しいデバイスへの 対 応 が 容 易 ( 図 2) OS を CALL する 前 に EFI アプリを 動 作 させる 仕 組 みや 再 起 動 せずに EFI をサポートした OS だけでなく 通 常 の OS を 呼 び 出 す Legacy ブートをサポートしている 3-3. 実 装 の 構 成 対 策 プログラムを 配 置 している 場 所 は 図 1 の 通 り である TCG HDD がもつイメージ 切 替 機 構 を 利 用 し イメージ 1 を FAT32 でフォーマットして EFI OS 環 境 EFI 用 対 策 プログラム Windows 図 1. TCG HDD 図 2. EFI のレイヤ

5 用 対 策 プログラムを 配 置 している TCG HDD が ブートデバイスとして 接 続 されたときには EFI OS/EFI 上 で 動 作 する 対 策 プログラムが 実 行 され 2 nd HDD として 接 続 されたときには Windows 版 対 策 プログラムが 実 行 される 仕 組 みである また TCG HDD を 以 下 のように 構 成 する TCG HDD のイメージ 切 り 替 えを 行 うレジスタ (MBR_DONE)への 制 御 権 を User1,User2 に 付 与 する User1 のパスワード = hash( 機 器 ID ) User2 のパスワード = hash( ユーザパスワー ド ) ここで 機 器 ID としては PC の 不 揮 発 性 記 憶 領 域 (NVRAM) に 保 存 さ れ て い る BIOS UUID(Universally Unique Identifier) など その PC へのアクセス 権 がないユーザが 入 手 できない 固 有 の ID を 利 用 する 機 器 ID を 登 録 済 の PC を 登 録 PC 登 録 していない PC を 登 録 外 PC と 呼 ぶこととする 登 録 PC が 複 数 ある 場 合 には User3~User8 以 降 のパスワードとして 登 録 し その UserX に 対 して MBR_DONE へのアク セス 権 を 付 与 する 対 策 プログラムは 機 器 情 報 の 収 集 や ユーザパスワード 入 力 画 面 を 出 し 収 集 した 情 報 を 用 いて TCG HDD に 対 してパス ワード 認 証 を 試 みる その 結 果 登 録 外 PC であ ったり 不 正 ユーザによるパスワード 攻 撃 だと 判 定 すれば ユーザ 領 域 の 暗 号 鍵 消 去 を 実 行 す る また TCG HDD を PC に 接 続 したときの 構 成 を 図 3 に 示 している PBA 領 域 の 設 定 は PC 出 荷 前 や OS インストール 前 に 行 う 必 要 がなく そ の 必 要 性 が 生 じたときに ユーザ 領 域 の OS が 稼 働 している 状 態 で 設 定 を 行 うことができる そして 再 起 動 することで 認 証 機 構 が HDD 内 で 有 効 と なる PBA 領 域 からユーザ 領 域 へのイメージ 切 替 で は EFI の legacy OS loader, BIOS の Int13 命 令 を 利 用 して 対 策 プログラム 実 行 後 すぐにユー ザ 領 域 の OS が 立 ち 上 がるよう 実 装 し また 2nd Disk 接 続 形 態 では 認 証 OK 時 に 接 続 バスド ライバ( 例 えば USB バスドライバ)の 再 起 動 によっ て HDD を 再 接 続 することなく ディスクイメージ が 見 えるよう 実 装 した 3-4. 動 作 フロー 機 能 を 実 装 した TCG HDD/ 対 策 プログラムは 図 4 のようなユースケースにおいて 図 5 の 動 作 フローに 従 って 動 作 する 4. 評 価 図 3. 実 装 の 構 成 登 録 PC(PC1) と し て FMV-A8260(Intel Celeron CPU 1.86GHz, メモリ 2GB, BIOS は EFI 非 対 応 )を 使 用 した また 登 録 外 PC(PC2)として 他 社 製 PC(Intel Atom N270, 1.6GHz メモリ 1GB,BIOS は EFI 非 対 応 )を 使 用 した TCG HDD の PBA 領 域 に 搭 載 する EFI(OS)と 図 4. ユースケース

6 HDD 認 識 に 要 する 時 間 により 異 なる 2 nd HDD として USB 接 続 し 認 証 を 実 行 した 場 合 に 登 録 PC ではデータを 閲 覧 でき 登 録 外 PC では 消 去 が 実 行 されること 5. まとめ これまで HDD を 抜 き 取 られると 高 度 な 認 証 は 機 能 しなかった これを 解 決 するための HDD 単 独 で 動 作 する 新 しい 認 証 強 化 策 を 提 案 した ま た PC 業 界 でデファクトスタンダードとなる TCG Opal SSC 仕 様 の HDD に ソフトウエアを 追 加 実 装 することでその 認 証 強 化 策 が 実 現 できることを 示 した 図 5. 動 作 フロー 開 発 した 対 策 プログラムを 合 計 したイメージのサ イズは 1.1MByte 程 度 である 開 発 した 対 策 プロ グラムを 用 いて TCG HDD に PC1 の 機 器 ID を 登 録 し 以 下 の 動 作 を 確 認 した( 図 4) 登 録 PC に 対 策 プログラムを 搭 載 した TCG HDD を 接 続 して PC を 起 動 した 場 合 に 登 録 PC として 認 識 され その 後 従 来 通 りユーザ 領 域 の OS(Windows Vista, Windows XP, or Fedora Linux)が 起 動 すること PC の 通 常 BIOS/OS 起 動 時 間 に 加 えて EFI(OS)と 対 策 プ ログラム 実 行 に 要 する 時 間 は 2.2 秒 であった 登 録 外 PC に TCG HDD を 接 続 して PC を 起 動 した 場 合 に 登 録 PC とは 認 識 されず TCG HDD のユーザ 領 域 全 体 が 消 去 されること こ の 時 通 常 の BIOS 起 動 時 間 に 加 えて EFI(OS)と 対 策 プログラム 実 行 に 要 する 時 間 は minimun 2.2 秒 であった この 時 間 は 個 々の PC の BIOS 実 装 に 依 存 し BIOS によって 参 考 文 献 [1]TCG Storage Architecture Core Specification, Specification Version 2.00 Final, Revision 1.00, 20 April, page_files/b d addafc1 8E3A87CB2/Storage_Architecture_Core_Spe c_v2_r1-final.pdf [2]TCG Storage Security Subsystem Class: Opal, Specification Version 1.0, Revision 2.00, April 20, storage/specifications [3]AT Attachment 8 ATA/ATAPI Command Set (ATA8-ACS), Revision 6, June 25, 2008 [4]Jason Cox, Trusted Computing Group Truseted Storage Specification, Education /presentations/tuesday/coxjason_tcg_trus ted_storage_specification.pdf [5]Unified Extensible Firmware Interface Specification, Version 2.3, May, [6]EFI and Framework Open Source Community