JP2016167692A - 情報通信システム及び情報通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リアルタイム性を要求される制御システムであっても、入出力情報を迅速に暗号化及び復号化することができる情報通信システム等を提供する。
【解決手段】制御システム６で入出力情報を通信する情報通信システム１において、外部ネットワーク１０に接続されるネットワーク通信アダプタ１２と、ネットワーク通信アダプタ１２に接続される通信バス１３と、通信バス１３に接続されるリング型ネットワーク１４とを備え、リング型ネットワーク１４は、通信バス１３に接続されるバスＩＯ通信部２１ａと、入出力装置８に接続される装置ＩＯ通信部２１ｂとを含む複数のＩＯ通信部２１でリング状のネットワークを形成し、ＩＯ通信部２１は、暗号キーを生成して管理すると共に、管理された暗号キーに基づいて入出力情報を暗号化及び復号化する暗号復号処理回路を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、機器を制御する制御システムで入出力情報を通信するための情報通信システムに関するものである。

従来、鍵管理装置と、業務アプリケーション装置と、暗号復号化装置と、クライアントアプリケーション装置とを有する暗号処理システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この暗号処理システムにおいて、鍵管理装置は、業務アプリケーション装置で暗号処理に使用される鍵を管理している。業務アプリケーション装置は、取得したパスワードを用いて、鍵管理装置に対して鍵の取得を要求し、鍵管理装置から取得した鍵を、暗号復号化装置に渡す。暗号復号化装置は、業務アプリケーション装置から取得した鍵を用いて、情報の暗号化及び復号化の処理を行う。

特開２０１２−１７５１８７号公報

ところで、機器を制御する制御システムでは、機器に対して応答性の高い制御が要求されることから、制御システムで通信される入出力情報の暗号化処理を行うにあたって、リアルタイム性が要求される。ここで、特許文献１に記載の暗号処理システムでは、リアルタイム性が要求されていないことから、情報の暗号化処理及び復号化処理を行うにあたって、暗号化処理及び復号化処理に伴う負荷が増大する場合、処理を遅延させればよく、暗号化処理及び復号化処理に伴う負荷を抑制することが可能であるが、一方で、リアルタイムに暗号化処理及び復号化処理を行うことは困難となる。

そこで、本発明は、リアルタイム性を要求される制御システムであっても、入出力情報を迅速に暗号化及び復号化することができる情報通信システム及び情報通信方法を提供することを課題とする。

本発明の情報通信システムは、入出力装置に接続された機器を制御する制御システムで、入出力情報を通信するための情報通信システムにおいて、外部ネットワークに接続されるネットワーク通信部と、前記ネットワーク通信部に接続される通信バスと、前記通信バスに接続される内部ネットワークと、を備え、前記内部ネットワークは、前記通信バスに接続されるバスＩＯ通信部と、前記入出力装置に接続される装置ＩＯ通信部とを含む複数のＩＯ通信部の間において双方向通信可能なネットワークを形成し、前記ＩＯ通信部は、暗号キーを生成して管理する暗号キー生成管理部と、管理された前記暗号キーに基づいて前記入出力情報を暗号化して暗号化情報を生成すると共に、管理された前記暗号キーに基づいて前記暗号化情報を復号化して前記入出力情報を生成する暗号復号処理部と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、ＩＯ通信部で暗号キーを生成して管理することができる。このため、ＩＯ通信部以外の機器、例えば、通信バスに接続される制御部等で暗号キーが管理されることを抑制できることから、制御部からの暗号キーの漏えいを抑制することができる。このため、入出力情報の漏えい及び改ざん等を抑制することができ、耐タンパ性の向上を図ることができる。さらに、複数のＩＯ通信部において、暗号化及び復号化を行うことができるため、暗号復号処理を分散して実行することができ、処理負荷の軽減を図ることができることから、リアルタイム性を要求される制御システムであっても、入出力情報を迅速に暗号化及び復号化することができる。

また、前記ＩＯ通信部は、前記暗号キー生成管理部で生成する前記暗号キーを、予め設定された更新時間ごとに更新することが、好ましい。

この構成によれば、ＩＯ通信部の暗号キー生成管理部で暗号キーを容易に更新できることから、暗号キーが漏えいした場合であっても、漏えいした暗号キーとは異なる暗号キーとすることができ、耐タンパ性の向上を図ることができる。

また、複数の前記ＩＯ通信部は、マスターとなる前記ＩＯ通信部と、スレーブとなる前記ＩＯ通信部とを含み、マスターとなる前記ＩＯ通信部は、前記暗号キー生成管理部で共通の前記暗号キーを生成し、生成した共通の前記暗号キーを、スレーブとなる前記ＩＯ通信部に送信することが、好ましい。

この構成によれば、リング型ネットワーク内の複数のＩＯ通信部は、共通の暗号キーを用いて暗号化及び復号化を行うことができる。つまり、いずれのＩＯ通信部で暗号化した暗号化情報を、いずれのＩＯ通信部で復号化して入出力情報を生成することができる。このため、所定のＩＯ通信部が故障等により機能不全となっても、共通の暗号キーを用いて、リング型ネットワーク内の他のＩＯ通信部で暗号化及び復号化を行うことができるため、冗長性を担保することができ、信頼性を確保することができる。このため、暗号化及び復号化のエラーに伴う入出力情報の通信障害を抑制することができ、入出力情報の通信に関する稼働率を高い構成とすることができる。

また、複数の前記ＩＯ通信部は、それぞれの前記暗号キー生成管理部において異なる前記暗号キーを生成し、生成した前記暗号キーを、他の前記ＩＯ通信部に送信することが、好ましい。

この構成によれば、複数のＩＯ通信部が管理する暗号キーを異なるものにすることができる。このため、暗号キーに多様性を与えることができ、耐タンパ性の向上を図ることができる。ここで、生成した暗号キーは、他のＩＯ通信部に送信されることから、所定のＩＯ通信部が故障等により機能不全となっても、リング型ネットワーク内の他のＩＯ通信部で、送信された暗号キーを用いて暗号化及び復号化を行うことができるため、冗長性を担保することができ、信頼性を確保することができる。

また、前記入出力情報は、前記制御部で実行される制御ロジックを含み、前記制御部に前記制御ロジックがダウンロードされる場合、前記ネットワーク通信部は、前記外部ネットワークから前記制御ロジックを受信すると、前記制御ロジックを前記ＩＯ通信部に送信し、前記ＩＯ通信部は、前記ネットワーク通信部から前記制御ロジックを受信すると、前記暗号キー生成管理部で管理された前記暗号キーに基づいて、前記制御ロジックを暗号化して暗号化制御ロジックを生成し、生成した前記暗号化制御ロジックを前記制御部に送信し、前記制御部は、前記暗号化制御ロジックを保存することが、好ましい。

この構成によれば、制御部は、ＩＯ通信部において暗号化された暗号化制御ロジックを保存する。このため、制御ロジックが実行されないときには、暗号化制御ロジックの状態で保存されることから、制御ロジックの漏えい及び改ざん等を抑制することができ、耐タンパ性の向上を図ることができる。

また、前記制御部で前記制御ロジックを実行する場合、前記制御部は、保存された前記暗号化制御ロジックを前記ＩＯ通信部に送信し、前記ＩＯ通信部は、前記制御部から前記暗号化制御ロジックを受信すると、前記暗号キー生成管理部で管理された前記暗号キーに基づいて、前記暗号化制御ロジックを復号化して前記制御ロジックを生成し、生成した前記制御ロジックを前記制御部に送信することが、好ましい。

この構成によれば、制御部は、制御ロジックを実行する場合、ＩＯ通信部において暗号化制御ロジックを復号化して制御ロジックとし、ＩＯ通信部から送信された制御ロジックを受信して実行することができる。

また、前記入出力情報は、前記制御部と前記入出力装置との間で通信される制御データを含み、前記ＩＯ通信部は、前記暗号キー生成管理部で前記暗号キーを生成し、生成した前記暗号キーを、前記制御部及び前記入出力装置に送信し、前記制御部及び前記入出力装置は、前記ＩＯ通信部から送信された前記暗号キーを管理すると共に、前記暗号キーに基づいて、前記制御データを暗号化して暗号化制御データを生成すると共に、生成された前記暗号化制御データを復号化して前記制御データを生成することが、好ましい。

この構成によれば、制御データを暗号化し、暗号化した暗号化制御データを、制御部と入出力装置との間で通信することができるため、制御データの漏えい及び改ざん等を抑制することができ、耐タンパ性の向上を図ることができる。

また、前記入出力情報は、前記制御部と前記入出力装置との間で通信される制御データを含み、前記制御部または前記入出力装置は、前記制御部と前記入出力装置との間のコネクションに対応するコネクション用の前記暗号キーの生成を要求するキー生成要求信号を、前記ＩＯ通信部に送信し、前記ＩＯ通信部は、前記制御部または前記入出力装置から前記キー生成要求信号を受信すると、前記暗号キー生成管理部でコネクション用の前記暗号キーを生成し、生成したコネクション用の前記暗号キーを、前記コネクションに対応する前記制御部及び前記入出力装置に送信し、前記制御部及び前記入出力装置は、前記制御部と前記入出力装置との間のコネクションが解除されると、コネクション用の前記暗号キーを破棄することが、好ましい。

この構成によれば、制御部と入出力装置との間のコネクションに対応するコネクション用の暗号キーを用いて、制御データを暗号化し、暗号化した暗号化制御データを、制御部と入出力装置との間で通信することができる。また、コネクションが解除されると、コネクション用の暗号キーが破棄されることから、暗号キーを用いた制御データの漏えい及び改ざん等をさらに抑制することができ、耐タンパ性の向上をより好適に図ることができる。

本発明の情報通信方法は、上記の情報通信システムを用いて、前記入出力情報の暗号化及び復号化を行う情報通信方法であって、前記ＩＯ通信部の前記暗号キー生成管理部で、前記暗号キーを生成して管理する暗号キー生成工程と、前記ＩＯ通信部の暗号化処理部で、管理された前記暗号キーを用いて前記入出力情報を暗号化して暗号化情報を生成すると共に、管理された前記暗号キーを用いて前記暗号化情報を復号化して前記入出力情報を生成する暗号復号処理工程と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、ＩＯ通信部で暗号キーを生成して管理することができる。このため、制御部で暗号キーが管理されることを抑制できることから、制御部からの暗号キーの漏えいを抑制することができる。このため、入出力情報の漏えい及び改ざん等を抑制することができ、耐タンパ性の向上を図ることができる。さらに、複数のＩＯ通信部において、暗号化及び復号化を行うことができるため、暗号復号処理を分散して実行することができ、処理負荷の軽減を図ることができることから、リアルタイム性を要求される制御システムであっても、入出力情報を迅速に暗号化及び復号化することができる。

図１は、実施形態１に係る情報通信システムを模式的に表した構成図である。 図２は、ＩＯ通信部を模式的に表した構成図である。 図３は、制御部で展開される制御ロジックに関する説明図である。 図４は、実施形態１に係る情報通信システムにおける、制御ロジックのダウンロード時における暗号化処理のフローチャートである。 図５は、実施形態１に係る情報通信システムにおける、制御ロジックの実行時における復号化処理のフローチャートである。 図６は、実施形態３に係る情報通信システムにおける、制御データの通信時における暗号化処理のフローチャートである。 図７は、実施形態４に係る情報通信システムにおける、制御データの通信時における暗号化処理のフローチャートである。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る情報通信システムを模式的に表した構成図である。図１に示すように、実施形態１に係る情報通信システム１は、機器５を制御する制御システム６において、入出力情報を通信するために用いられるシステムとなっている。ここで、情報通信システム１の説明に先立ち、制御システム６について説明する。

制御システム６は、例えば、電力発電プラントに設けられる弁及びモータ等の機器５を制御するシステムである。制御システム６は、制御部７と、複数の機器５にそれぞれ接続される複数の入出力装置８とを有している。制御部７は、複数の制御装置を用いた分散型の制御装置であってもよく、特に限定されない。この制御システム６は、制御部７で生成した制御データを入出力装置８へ向けて送信したり、入出力装置８から出力された制御データを制御部７へ向けて送信したりする。このため、情報通信システム１は、制御部７と入出力装置８との間で通信される入出力情報として、制御データを通信する。

また、情報通信システム１は、外部ネットワーク１０に接続されることから、制御システム６は、制御システム６の制御で使用される制御ロジックを、外部ネットワーク１０を介して制御部７にダウンロードすることが可能となっている。このため、情報通信システム１は、制御部７にダウンロードされる入出力情報として、制御ロジックを通信する。

ここで、制御システム６において通信される入出力情報は、機器５に対して応答性の高い制御を行うために、リアルタイムな通信が要求される。また、情報通信システム１は、外部ネットワーク１０に接続されることから、外部への情報漏えいを抑制すべく、制御システム６で通信される入出力情報を暗号化している。

次に、図１を参照して、情報通信システム１について説明する。図１に示すように、情報通信システム１は、ファイアーウォール部１１と、ネットワーク通信アダプタ（ネットワーク通信部）１２と、通信バス１３と、リング型ネットワーク１４と、を備えている。また、情報通信システム１は、外部ネットワーク１０に接続されている。

外部ネットワーク１０は、例えば、インターネットであり、外部からのアクセスを許容する汎用的な通信方式となるネットワークとなっている。この外部ネットワーク１０には、情報通信システム１の他、メンテナンス装置１７及びオペレータ装置１８等が接続されている。

メンテナンス装置１７は、制御システム６の制御で使用される下記する制御ロジックＭｉを更新したり、更新した制御ロジックＭｉを、外部ネットワーク１０及び情報通信システム１を介して、制御システム６の制御部７に配信したりする。オペレータ装置１８は、制御システム６の制御を、外部ネットワーク１０及び情報通信システム１を介してコントロールする。

ファイアーウォール部１１は、外部ネットワーク１０に接続され、外部ネットワーク１０との間で双方向の情報通信を行っている。ファイアーウォール部１１は、外部ネットワーク１０から入力される入出力情報を含む各種情報を選定している。選定された各種情報は、情報通信システム１内のネットワークにおいて通信される。

ネットワーク通信アダプタ１２は、ファイアーウォール部１１に接続され、ファイアーウォール部１１との間で双方向の情報通信を行っている。また、ネットワーク通信アダプタ１２は、通信バス１３に接続され、通信バス１３との間で双方向の情報通信を行っている。

通信バス１３は、入出力情報を含む各種情報が伝送される。この通信バス１３は、特定の通信規格で通信を行うカスタム通信方式となっており、例えば、ＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signaling）が用いられている。この通信バス１３には、上記のネットワーク通信アダプタ１２の他、制御システム６の制御部７と、リング型ネットワーク１４とが接続されている。

リング型ネットワーク１４は、リング状に形成される通信ネットワークであり、例えば、イーサネット・リング（登録商標）が用いられている。具体的に、リング型ネットワーク１４は、複数のＩＯ通信部２１を含み、複数のＩＯ通信部２１同士を、伝送ケーブルを用いてリング状に接続することで形成される。

複数のＩＯ通信部２１は、通信バス１３に接続されるバスＩＯ通信部２１ａと、入出力装置８に接続される装置ＩＯ通信部２１ｂと有している。バスＩＯ通信部２１ａは、スキャナ機能を有するＩＯ通信スキャナが適用され、通信バス１３とリング型ネットワーク１４との間で双方向の情報通信を行っている。装置ＩＯ通信部２１ｂは、ＩＯ通信アダプタが適用され、隣接するバスＩＯ通信部２１ａ、または隣接する他の装置ＩＯ通信部２１ｂから入力される入出力情報を取得して入出力装置８に出力する。また、装置ＩＯ通信部２１ｂは、入出力装置８から入力される入出力情報を、隣接するバスＩＯ通信部２１ａ、または隣接する他の装置ＩＯ通信部２１ｂに出力する。なお、図１では、簡単のため、装置ＩＯ通信部２１ｂに接続される入出力装置８を１つとしているが、通常、１つの装置ＩＯ通信部２１ｂには、複数の入出力装置８が接続される。

このように構成される情報通信システム１は、外部ネットワーク１０と制御部７との間で入出力情報としての制御ロジックを通信したり、制御部７と入出力装置８との間で入出力情報としての制御データを通信したりする。ここで、入出力情報の暗号化は、上記の複数のＩＯ通信部２１で実行されている。

次に、図２を参照して、ＩＯ通信部２１について説明する。図２は、ＩＯ通信部を模式的に表した構成図である。情報通信システム１は、入出力情報の暗号復号処理をＩＯ通信部２１で実行している。

ＩＯ通信部２１は、全二重通信の構成となっており、２つのインプット物理層３１、２つのアウトプット物理層３２と、２つの送信回路３３と、２つの受信回路３４と、バッファ部３５と、第１アドレスデコーダ３６と、第２アドレスデコーダ３７と、入出力回路３８と、フレームバッファ部３９と、暗号復号処理回路４０とを有している。

各インプット物理層３１は、リング型ネットワーク１４上において伝送される電気信号をビット列となるデータに変換するものである。各アウトプット物理層３２は、ビット列となるデータを、電気信号に変換して、ネットワーク上に伝送するものである。

各送信回路３３は、第１アドレスデコーダ３６及びバッファ部３５から入力された入出力情報を、アウトプット物理層３２へ出力する。各受信回路３４は、インプット物理層３１から入力された入出力情報を、第１アドレスデコーダ３６へ出力する。

バッファ部３５は、第１アドレスデコーダ３６から入力される入出力情報を、一時的に格納すると共に、格納した入出力情報を、各送信回路３３へ出力する。第１アドレスデコーダ３６は、各受信回路３４から入力される入出力情報を取得し、取得した入出力情報に含まれる第１アドレス情報に基づいて、第２アドレスデコーダ３７に入出力情報を出力したり、送信回路３３またはバッファ部３５に入出力情報を出力したりする。

第２アドレスデコーダ３７は、第１アドレスデコーダ３６から入力される入出力情報を取得し、取得した入出力情報に含まれる第２アドレス情報に基づいて、入出力回路３８、フレームバッファ部３９、または暗号復号処理回路４０に入出力情報を出力する。

入出力回路３８は、第２アドレスデコーダ３７及びフレームバッファ部３９から入力される入出力情報を、入出力装置８に出力する。また、入出力回路３８は、入出力装置８から入力される入出力情報を、フレームバッファ部３９に出力する。

フレームバッファ部３９は、第２アドレスデコーダ３７及び入出力回路３８から入力される入出力情報を、一時的に格納し、格納した入出力情報を、入出力回路３８または送信回路３３に出力する。

暗号復号処理回路４０は、第２アドレスデコーダ３７から入力される入出力情報に対し、暗号化処理または復号化処理を行う。ここで、暗号復号処理回路４０は、暗号キー生成管理部４０ａとしての機能と、暗号復号処理部４０ｂとしての機能とを有している。暗号キー生成管理部４０ａは、乱数を用いて、暗号キーを生成し、管理している。暗号復号処理部４０ｂは、管理された暗号キーに基づいて入出力情報を暗号化して暗号化情報を生成すると共に、管理された暗号キーに基づいて暗号化情報を復号化して入出力情報を生成している。

ここで、実施形態１の複数のＩＯ通信部２１は、マスターとなるＩＯ通信部（以下、マスターＩＯ通信部という）２１と、スレーブとなるＩＯ通信部（以下、スレーブＩＯ通信部という）２１とを含んでおり、マスターＩＯ通信部２１で生成された共通の暗号キーを用いて、暗号復号処理を行っている。なお、マスターＩＯ通信部２１は、予め設定された選定プロセスに従って選定される。

以下、マスターＩＯ通信部２１及びスレーブＩＯ通信部２１による暗号キーの生成及び管理に関する処理について説明する。マスターＩＯ通信部２１は、暗号復号処理回路４０において、共通の暗号キーを生成し、生成した共通の暗号キーを管理する（暗号キー生成工程）。また、マスターＩＯ通信部２１は、暗号復号処理回路４０で生成した共通の暗号キーを、スレーブ通信部２１に送信する。スレーブ通信部２１は、共通の暗号キーを取得すると、暗号復号処理回路４０において、共通の暗号キーを管理する。よって、複数のＩＯ通信部２１は、暗号復号処理回路４０において、共通の暗号キーを管理する。

また、マスターＩＯ通信部２１は、予め設定された更新時間ごとに、共通の暗号キーを更新している。マスターＩＯ通信部２１は、例えば、次回の更新時刻をＴｎとし、直近の更新時刻をＴｃとし、更新周期をＴｕとすると、次回の更新時刻Ｔｎを、「Ｔｎ＝Ｔｃ＋Ｔｕ」に設定する。

次に、図３から図５を参照して、情報通信システム１において、暗号化処理及び復号化処理する動作フローについて説明する。図３は、制御部で展開される制御ロジックに関する説明図である。図４は、実施形態１に係る情報通信システムにおける、制御ロジックのダウンロード時における暗号化処理のフローチャートである。図５は、実施形態１に係る情報通信システムにおける、制御ロジックの実行時における復号化処理のフローチャートである。

なお、図４に示す動作フローでは、ＩＯ通信部２１が、共通の暗号キーを用いて暗号化処理を実行すると共に、メンテナンス装置１７から配信される入出力情報としての制御ロジックを、外部ネットワーク１０を介して制御部７にダウンロードする場合について説明する。

図３に示すように、制御部７は、例えば、ＣＰＵを用いて構成され、ＣＰＵに設けられるメモリには、暗号化された制御ロジックである暗号化制御ロジックを格納する暗号化データ格納領域Ｅ１と、復号化された制御ロジックを格納する復号化データ格納領域Ｅ２と、制御ロジックを展開して実行するための制御ロジック実行領域Ｅ３とを含んで構成されている。

図４に示すように、メンテナンス装置１７から、外部ネットワーク１０を介して、ネットワーク通信アダプタ１２に、制御ロジックが送信される（ステップＳ１）。すると、ネットワーク通信アダプタ１２は、制御ロジックを取得し、取得した制御ロジックを、所定のＩＯ通信部２１に送信する（ステップＳ２）。ＩＯ通信部２１は、制御ロジックを取得し、取得した制御ロジックを、暗号復号処理回路４０において、共通の暗号キーを用いて暗号化処理を実行し、暗号化制御ロジックを生成する（ステップＳ３：暗号復号処理工程）。ＩＯ通信部２１は、生成した暗号化制御ロジックを、制御部７に送信する（ステップＳ４）。制御部７は、取得した暗号化制御ロジックを、暗号化データ格納領域Ｅ１に格納（保存）する。

次に、図５に示す動作フローについて説明する。図５に示す動作フローでは、ＩＯ通信部２１が、共通の暗号キーを用いて復号化処理を実行すると共に、制御部７において制御ロジックを実行する場合について説明する。

図５に示すように、制御部７は、暗号化データ格納領域Ｅ１に格納された暗号化制御ロジックを、所定のＩＯ通信部２１に送信する（ステップＳ１１）。ＩＯ通信部２１は、暗号化制御ロジックを取得し、取得した暗号化制御ロジックを、暗号復号処理回路４０において、共通の暗号キーを用いて復号化処理を実行し、制御ロジックを生成する（ステップＳ１２：暗号復号処理工程）。ＩＯ通信部２１は、生成した制御ロジックを、制御部７に送信する（ステップＳ１３）。制御部７は、取得した制御ロジックを、復号化データ格納領域Ｅ２に格納すると共に、制御ロジック実行領域Ｅ３に展開して、制御ロジックを実行する（ステップＳ１４）。

以上のように、実施形態１によれば、ＩＯ通信部２１で暗号キーを生成して管理することができる。このため、制御部７で暗号キーが管理されることを抑制できることから、制御部７からの暗号キーの漏えいを抑制することができる。このため、入出力情報としての制御ロジックの漏えい及び改ざん等を抑制することができ、耐タンパ性の向上を図ることができる。さらに、複数のＩＯ通信部２１において、暗号化及び復号化を行うことができるため、暗号復号処理を分散して実行することができ、処理負荷の軽減を図ることができることから、リアルタイム性を要求される制御システム６であっても、入出力情報を迅速に暗号化及び復号化することができる。

また、実施形態１によれば、ＩＯ通信部２１の暗号キー生成管理部４０ａで暗号キーを容易に更新できることから、暗号キーが漏えいした場合であっても、漏えいした暗号キーとは異なる暗号キーとすることができ、耐タンパ性の向上を図ることができる。

また、実施形態１によれば、リング型ネットワーク１４内の複数のＩＯ通信部２１は、共通の暗号キーを用いて暗号化及び復号化を行うことができる。このため、いずれのＩＯ通信部２１で暗号化した暗号化情報を、いずれのＩＯ通信部２１で復号化して入出力情報を生成することができる。このため、所定のＩＯ通信部２１が故障等により機能不全となっても、共通の暗号キーを用いて、リング型ネットワーク１４内の他のＩＯ通信部２１で暗号化及び復号化を行うことができるため、冗長性を担保することができ、信頼性を確保することができる。このため、暗号化及び復号化のエラーに伴う入出力情報の通信障害を抑制することができ、入出力情報の通信に関する情報通信システム１の稼働率を高い構成とすることができる。

また、実施形態１によれば、制御部７は、ＩＯ通信部２１において暗号化された暗号化制御ロジックを保存する。このため、制御ロジックが実行されないときには、暗号化制御ロジックの状態で保存されることから、制御ロジックの漏えい及び改ざん等を抑制することができ、耐タンパ性の向上を図ることができる。

また、実施形態１によれば、制御部７は、制御ロジックを実行する場合、ＩＯ通信部２１において暗号化制御ロジックを復号化して制御ロジックとし、ＩＯ通信部２１から送信された制御ロジックを受信して実行することができる。

［実施形態２］
次に、実施形態２に係る情報通信システム１について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。

実施形態１に係る情報通信システム１では、共通の暗号キーを用いて、暗号復号処理回路４０で、暗号復号処理を実行していたが、実施形態２に係る情報通信システム１では、異なる暗号キーを用いて、暗号復号処理回路４０で、暗号復号処理を実行している。なお、情報通信システム１のシステム構成は、実施形態１と同様であるため、説明を省略する。以下、複数のＩＯ通信部２１による暗号キーの生成及び管理に関する処理について説明する。

複数のＩＯ通信部２１は、それぞれの暗号復号処理回路４０において、異なる暗号キーを生成し、生成した暗号キーを管理する。また、各ＩＯ通信部２１は、暗号復号処理回路４０で生成した暗号キーを、リング型ネットワーク１４において隣接する両隣のＩＯ通信部２１に送信する。両隣のＩＯ通信部２１は、暗号キーを取得すると、暗号復号処理回路４０において、暗号キーを管理する。よって、各ＩＯ通信部２１は、自機で生成した暗号キーと、他のＩＯ通信部２１で生成した暗号キーとを、暗号復号処理回路４０において管理する。また、複数のＩＯ通信部２１は、実施形態１と同様に、予め設定された更新時間ごとに、それぞれの暗号キーを更新している。

以上のように、実施形態２によれば、複数のＩＯ通信部２１が管理する暗号キーを異なるものにすることができる。このため、暗号キーに多様性を与えることができ、耐タンパ性の向上を図ることができる。ここで、生成した暗号キーは、両隣のＩＯ通信部２１に送信されることから、所定のＩＯ通信部２１が故障等により機能不全となっても、両隣のＩＯ通信部２１で、送信された暗号キーを用いて暗号化及び復号化を行うことができるため、冗長性を担保することができ、信頼性を確保することができる。

なお、実施形態２では、所定のＩＯ通信部２１が生成した暗号キーを、両隣のＩＯ通信部２１に送信したが、いずれのＩＯ通信部２１に送信してもよく、特に限定されない。

［実施形態３］
次に、図６を参照して、実施形態３に係る情報通信システム１について説明する。図６は、実施形態３に係る情報通信システムにおける、制御データの通信時における暗号化処理のフローチャートである。なお、実施形態３でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１及び２と異なる部分について説明し、実施形態１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。

実施形態１及び２に係る情報通信システム１では、入出力情報である制御ロジックの暗号復号処理を、暗号復号処理回路４０で実行していた。実施形態３に係る情報通信システム１では、入出力情報として、制御部７と入出力装置８との間で通信される制御データの暗号復号処理を、制御部７及び入出力装置８で実行している。また、実施形態３において、複数のＩＯ通信部２１は、実施形態１と同様に、共通の暗号キーを生成し管理している。

以下、図６を参照して、情報通信システム１において、暗号化処理及び復号化処理する動作フローについて説明する。なお、図６では、制御部７で制御データを暗号化し、入出力装置８で制御データを復号化する場合について説明するが、入出力装置８で制御データを暗号化し、制御部７で制御データを復号化する場合についても同様である。

図６に示すように、所定のＩＯ通信部２１は、管理する共通の暗号キーを、制御部７及び入出力装置８に送信する（ステップＳ２１）。制御部７は、暗号キーを取得すると、入出力装置８へ向けて出力する制御データを、取得した暗号キーを用いて暗号化処理を実行し、暗号化制御データを生成する（ステップＳ２２）。制御部７は、生成した暗号化制御データを、情報通信システム１を介して、入出力装置８へ向けて送信する（ステップＳ２３）。入出力装置８は、暗号化制御データを取得すると、取得した暗号化制御データを、ＩＯ通信部２１から送信され取得した暗号キーを用いて復号化処理を実行し、制御データを生成する（ステップＳ２４）。

以上のように、実施形態３によれば、制御データを暗号化し、暗号化した暗号化制御データを、制御部７と入出力装置８との間で通信することができる。つまり、情報通信システム１において、暗号化制御データを通信することから、制御データの漏えい及び改ざん等を抑制することができ、耐タンパ性の向上を図ることができる。

［実施形態４］
次に、図７を参照して、実施形態４に係る情報通信システム１について説明する。図７は、実施形態４に係る情報通信システムにおける、制御データの通信時における暗号化処理のフローチャートである。なお、実施形態４でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１から３と異なる部分について説明し、実施形態１から３と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。

実施形態３に係る情報通信システム１では、共通の暗号キーを用いて、入出力情報としての制御データの暗号復号処理を、制御部７及び入出力装置８で実行していた。実施形態４に係る情報通信システム１では、制御部７と入出力装置８とのコネクションに対応する暗号キーを用いて、入出力情報としての制御データの暗号復号処理を、制御部７及び入出力装置８で実行している。

以下、図７を参照して、情報通信システム１において、暗号化処理及び復号化処理する動作フローについて説明する。なお、図７では、制御部７で制御データを暗号化し、入出力装置８で制御データを復号化する場合について説明するが、入出力装置８で制御データを暗号化し、制御部７で制御データを復号化する場合についても同様である。

図７に示すように、制御部７は、制御データを送信する入出力装置８との間で、コネクションを確立する（ステップＳ３１）。制御部７は、入出力装置８との間のコネクションが確立すると、コネクションに対応するコネクション用の暗号キーの生成を要求するキー生成要求信号を、所定のＩＯ通信部２１に送信する（ステップＳ３２）。ＩＯ通信部２１は、キー生成要求信号を取得すると、取得したキー生成要求信号に基づいて、暗号復号処理回路４０で暗号キーを生成し管理する（ステップＳ３３）。ＩＯ通信部２１は、生成した暗号キーを、制御部７及び入出力装置８に送信する（ステップＳ３４）。制御部７は、暗号キーを取得すると、入出力装置８へ向けて出力する制御データを、取得したコネクション用の暗号キーを用いて暗号化処理を実行し、暗号化制御データを生成する（ステップＳ３５）。制御部７は、生成した暗号化制御データを、情報通信システム１を介して、入出力装置８へ向けて送信する（ステップＳ３６）。入出力装置８は、暗号化制御データを取得すると、取得した暗号化制御データを、ＩＯ通信部２１から送信され取得したコネクション用の暗号キーを用いて復号化処理を実行し、制御データを生成する（ステップＳ３７）。この後、制御部７は、入出力装置８とのコネクションを解除するか否かを判定する（ステップＳ３８）。制御部７は、コネクションを解除する（ステップＳ３８：Ｙｅｓ）場合、制御部７及び入出力装置８で用いられたコネクション用の暗号キーを破棄する（ステップＳ３９）。一方で、制御部７は、コネクションを解除しない（ステップＳ３８：Ｎｏ）場合、再び、ステップＳ３５に進む。

以上のように、実施形態４によれば、制御部７と入出力装置８とのコネクションに対応するコネクション用の暗号キーを用いて、制御データを暗号化し、暗号化した暗号化制御データを、制御部７と入出力装置８との間で通信することができる。また、コネクションが解除されると、コネクション用の暗号キーが破棄されることから、暗号キーを用いた制御データの漏えい及び改ざん等を抑制することができ、耐タンパ性の向上をより好適に図ることができる。

１ 情報通信システム
５ 機器
６ 制御システム
７ 制御部
８ 入出力装置
１０ 外部ネットワーク
１１ ファイアーウォール部
１２ ネットワーク通信アダプタ
１３ 通信バス
１４ リング型ネットワーク
１７ メンテナンス装置
１８ オペレータ装置
２１ ＩＯ通信部
２１ａ バスＩＯ通信部
２１ｂ 装置ＩＯ通信部
３１ インプット物理層
３２ アウトプット物理層
３３ 送信回路
３４ 受信回路
３５ バッファ部
３６ 第１アドレスデコーダ
３７ 第２アドレスデコーダ
３８ 入出力回路
３９ フレームバッファ部
４０ 暗号復号処理回路
４０ａ 暗号キー生成管理部
４０ｂ 暗号復号処理部
Ｅ１ 暗号化データ格納領域
Ｅ２ 復号化データ格納領域
Ｅ３ 制御ロジック実行領域

Claims (10)

1. 入出力装置に接続された機器を制御する制御システムで、入出力情報を通信するための情報通信システムにおいて、
   外部ネットワークに接続されるネットワーク通信部と、
   前記ネットワーク通信部に接続される通信バスと、
   前記通信バスに接続される内部ネットワークと、を備え、
   前記内部ネットワークは、前記通信バスに接続されるバスＩＯ通信部と、前記入出力装置に接続される装置ＩＯ通信部とを含む複数のＩＯ通信部の間において双方向通信可能なネットワークを形成し、
   前記ＩＯ通信部は、暗号キーを生成して管理する暗号キー生成管理部と、管理された前記暗号キーに基づいて前記入出力情報を暗号化して暗号化情報を生成すると共に、管理された前記暗号キーに基づいて前記暗号化情報を復号化して前記入出力情報を生成する暗号復号処理部と、を有することを特徴とする情報通信システム。
2. 前記ＩＯ通信部は、前記暗号キー生成管理部で生成する前記暗号キーを、予め設定された更新時間ごとに更新することを特徴とする請求項１に記載の情報通信システム。
3. 前記内部ネットワークは、複数の前記ＩＯ通信部によって、リング状のネットワークを形成するリング型ネットワークであることを特徴とする請求項１または２に記載の情報通信システム。
4. 複数の前記ＩＯ通信部は、マスターとなる前記ＩＯ通信部と、スレーブとなる前記ＩＯ通信部とを含み、
   マスターとなる前記ＩＯ通信部は、前記暗号キー生成管理部で共通の前記暗号キーを生成し、生成した共通の前記暗号キーを、スレーブとなる前記ＩＯ通信部に送信することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の情報通信システム。
5. 複数の前記ＩＯ通信部は、それぞれの前記暗号キー生成管理部において異なる前記暗号キーを生成し、生成した前記暗号キーを、他の前記ＩＯ通信部に送信することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の情報通信システム。
6. 前記入出力情報は、前記通信バスに接続される制御部で実行される制御ロジックを含み、
   前記制御部に前記制御ロジックをダウンロードする場合、
   前記ネットワーク通信部は、前記外部ネットワークから前記制御ロジックを受信すると、前記制御ロジックを前記ＩＯ通信部に送信し、
   前記ＩＯ通信部は、前記ネットワーク通信部から前記制御ロジックを受信すると、前記暗号キー生成管理部で管理された前記暗号キーに基づいて、前記制御ロジックを暗号化して暗号化制御ロジックを生成し、生成した前記暗号化制御ロジックを前記制御部に送信し、
   前記制御部は、前記暗号化制御ロジックを保存することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の情報通信システム。
7. 前記制御部で前記制御ロジックを実行する場合、
   前記制御部は、保存された前記暗号化制御ロジックを前記ＩＯ通信部に送信し、
   前記ＩＯ通信部は、前記制御部から前記暗号化制御ロジックを受信すると、前記暗号キー生成管理部で管理された前記暗号キーに基づいて、前記暗号化制御ロジックを復号化して前記制御ロジックを生成し、生成した前記制御ロジックを前記制御部に送信することを特徴とする請求項６に記載の情報通信システム。
8. 前記入出力情報は、前記通信バスに接続される制御部と前記入出力装置との間で通信される制御データを含み、
   前記ＩＯ通信部は、前記暗号キー生成管理部で前記暗号キーを生成し、生成した前記暗号キーを、前記制御部及び前記入出力装置に送信し、
   前記制御部及び前記入出力装置は、前記ＩＯ通信部から送信された前記暗号キーを管理すると共に、前記暗号キーに基づいて、前記制御データを暗号化して暗号化制御データを生成すると共に、生成された前記暗号化制御データを復号化して前記制御データを生成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の情報通信システム。
9. 前記入出力情報は、前記通信バスに接続される制御部と前記入出力装置との間で通信される制御データを含み、
   前記制御部または前記入出力装置は、前記制御部と前記入出力装置との間のコネクションに対応するコネクション用の前記暗号キーの生成を要求するキー生成要求信号を、前記ＩＯ通信部に送信し、
   前記ＩＯ通信部は、前記制御部または前記入出力装置から前記キー生成要求信号を受信すると、前記暗号キー生成管理部でコネクション用の前記暗号キーを生成し、生成したコネクション用の前記暗号キーを、前記コネクションに対応する前記制御部及び前記入出力装置に送信し、
   前記制御部及び前記入出力装置は、前記制御部と前記入出力装置との間のコネクションが解除されると、コネクション用の前記暗号キーを破棄することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の情報通信システム。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の情報通信システムを用いて、前記入出力情報の暗号化及び復号化を行う情報通信方法であって、
    前記ＩＯ通信部の前記暗号キー生成管理部で、前記暗号キーを生成して管理する暗号キー生成工程と、
    前記ＩＯ通信部の暗号化処理部で、管理された前記暗号キーを用いて前記入出力情報を暗号化して暗号化情報を生成すると共に、管理された前記暗号キーを用いて前記暗号化情報を復号化して前記入出力情報を生成する暗号復号処理工程と、を備えることを特徴とする情報通信方法。

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