Chapter 13

セキュアストレージ — ITS と PS で小さな秘密を保存する

この章のゴール.

psa_its_set/get/get_info/remove の 4 関数と、Protected Storage との違いを理解し、 何を ITS に、何を PS に、何を PSA 鍵にすべきかを決められるようになること。 WRITE_ONCE フラグとリプレイ保護の意味を説明できること。

この章で使う既出の用語（定義は各リンク先）. PSA（01 章 1 節）、ビット（02 章 4 節）、type（03 章 11 節）、場所（03 章 7 節）、作成（04 章 1 節）、MAC（06 章 1 節）、AES（07 章 1 節）、カウンタ（08 章 4 節）、ノンス（08 章 1 節）、平文（08 章 1 節）、HKDF（10 章）、info（10 章 3 節）、パスワード（10 章 2 節）、容量（10 章 5 節）

1. 2 つのストレージ API

PSA Secure Storage API は、小さなデータを「UID」という番号で保存する、単純な鍵値ストアである。 ファイルシステムではない——ディレクトリもファイル名もなく、64 ビットの整数で 1 つのデータ塊を指す。

ITS の "Trusted" は「信頼できる場所にある」であって「暗号化されている」ではない。 ITS 自体は平文で書く（TF-M の既定）。 その代わり ITS のフラッシュ領域はセキュア側だけがアクセスでき、チップ外から読めない前提で使う。

PS はその前提が成り立たない場所（外部 SPI フラッシュなど）のためのもので、書く前に AEAD で暗号化し、ITS に保存した鍵とカウンタで改ざんとロールバック（古いデータを書き戻す攻撃）を検出する。

2. ITS の 4 関数

typedef uint64_t psa_storage_uid_t;
typedef uint32_t psa_storage_create_flags_t;

struct psa_storage_info_t {
    size_t capacity;                        /* 確保された容量 */
    size_t size;                            /* 実際のデータ長 */
    psa_storage_create_flags_t flags;       /* 作成時のフラグ */
};

psa_status_t psa_its_set(psa_storage_uid_t uid, size_t data_length, const void *p_data,
                         psa_storage_create_flags_t create_flags);
psa_status_t psa_its_get(psa_storage_uid_t uid, size_t data_offset, size_t data_size,
                         void *p_data, size_t *p_data_length);
psa_status_t psa_its_get_info(psa_storage_uid_t uid, struct psa_storage_info_t *p_info);
psa_status_t psa_its_remove(psa_storage_uid_t uid);

#define UID_BOOT_COUNT   ((psa_storage_uid_t)0x0000000100000001ULL)

psa_status_t bump_boot_count(uint32_t *count)
{
    size_t len;
    psa_status_t st = psa_its_get(UID_BOOT_COUNT, 0, sizeof *count, count, &len);
    if (st == PSA_ERROR_DOES_NOT_EXIST) { *count = 0; st = PSA_SUCCESS; }
    if (st != PSA_SUCCESS || (len != 0 && len != sizeof *count)) return st ? st : PSA_ERROR_DATA_CORRUPT;
    (*count)++;
    return psa_its_set(UID_BOOT_COUNT, sizeof *count, count, PSA_STORAGE_FLAG_NONE);
}

UID は 64 ビットで、0 は無効である。 鍵 ID と同じく、プロジェクトのヘッダで台帳を作る。 TF-M では、ITS の UID は呼び出したクライアント（パーティション）ごとに名前空間が分かれる——非セキュア側の UID 5 とセキュア側の Crypto パーティションの UID 5 は別物である。だから PSA 永続鍵のストレージと衝突する心配はない。

3. 作成フラグ

psa_its_set() の最後の引数は、最初に作るときだけ意味を持つフラグである（上書き時は無視される）。

後の 2 つは PS で意味を持つ。ITS はフラグを記録するだけで動作は変わらない（実装による）。

4. PS の関数

PS は ITS と同じ 4 関数（psa_ps_set/get/get_info/remove）に加え、次の拡張がある。

psa_status_t psa_ps_create(psa_storage_uid_t uid, size_t capacity, psa_storage_create_flags_t create_flags);
psa_status_t psa_ps_set_extended(psa_storage_uid_t uid, size_t data_offset, size_t data_length, const void *p_data);
uint32_t     psa_ps_get_support(void);

• psa_ps_create() + psa_ps_set_extended(): 容量を先に確保して、部分的に書く。大きなデータ（証明書チェーン、ログ）を少しずつ書くため。psa_ps_get_support() が PSA_STORAGE_SUPPORT_SET_EXTENDED を返す実装だけ対応
• 通常は psa_ps_set() / psa_ps_get() だけで足りる

PS の内部動作（TF-M の場合）を知っておくと、性能と安全性の限界が分かる。

1. データを AEAD（AES-GCM）で暗号化する。鍵はハードウェア固有鍵（HUK、Hardware Unique Key。チップごとに違う焼き込み済みの秘密）から HKDF で導出
2. 各オブジェクトにバージョン番号を付け、それを AD に含める
3. オブジェクト表（どの UID がどこにあるか）を ITS に保存する。これがリプレイ防止の根拠——外部フラッシュを丸ごと古い状態に戻しても、ITS 側の表と食い違う
4. フラッシュへの書き込みはセクタ単位なので、小さなデータの更新でも数 ms〜数十 ms かかる

5. 何をどこに置くか

原則: 鍵は鍵 API に、小さな不変データは ITS に、アプリケーションの秘密は PS に、大きなデータはセキュアストレージの外に。

「パスワードを ITS に入れればよいのでは」.

ITS は非セキュア側からも呼べる（TF-M の既定）ので、非セキュア側のコードが乗っ取られれば psa_its_get() で読める。 セキュアストレージは「物理的な読み出し」と「他のパーティションからのアクセス」を防ぐが、書いた本人からは読める。 だから「アプリケーションが読める必要のない秘密」は PSA 鍵にして、値を取り出せない形で持つのが正しい。 Wi-Fi パスワードのように、アプリケーションが平文で必要な秘密だけを PS に置く。

6. ITS の実装と設定（Mbed TLS / TF-M）

TF-M の ITS_MAX_ASSET_SIZE は初心者が必ず踏む制限である。 2048 ビットの RSA 鍵ペア（約 1200 バイト）を永続鍵にしようとして PSA_ERROR_INSUFFICIENT_STORAGE や INVALID_ARGUMENT が出たら、これを疑う。 ビルド時に -DITS_MAX_ASSET_SIZE=2048 のように広げる（フラッシュ領域も増える）。

7. 手を動かす

ITS を操作する

8. 仕様書に逃がす

この章のポイント

• ストレージ API は UID（64 ビット）で引く小さな鍵値ストア。set / get / get_info / remove の 4 関数
• ITS は「内部にあるから信頼」（平文、速い、小さい）。PS は「暗号化＋改ざん検出＋リプレイ防止」（外部フラッシュ可、遅い）
• 鍵は鍵 APIに。ITS/PS には鍵の値を自分で書かない
• WRITE_ONCE は工場データ用。テストで使うと消せない
• TF-M では ITS_MAX_ASSET_SIZE に注意。RSA 鍵ペアは既定値に入らない