JP4784044B2

JP4784044B2 - 通信方法および通信装置

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Publication number: JP4784044B2
Application number: JP2004072250A
Authority: JP
Inventors: 公二川口
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2024-03-15
Also published as: JP2005260788A

Description

本発明は、共通鍵更新方法、通信方法、通信装置に関し、特に、共通鍵を用いて情報ネットワークを介した暗号通信を行う技術等に適用して有効な技術に関する。

安全性の保証されない情報ネットワークを経由した情報通信では、通信の秘匿性を確保するために、通信データの暗号化を行なう方法がある。たとえば、インターネットの世界で知られている暗号化技術としてＩＰｓｅｃ（IP Security Protocol）がある。ＩＰｓｅｃの特徴は、通信するお互いが秘密の共通鍵を持ち、その共通鍵で暗号化・復号化を行っている。

しかし、同じ共通鍵を使用し続けていると、鍵が解読される可能性が高くなる。そこで、一定時間あるいは一定データ数の転送後に、共通鍵を更新する仕組みがある。この共通鍵を交換する方式として、ＩＫＥ（Internet Key Exchange）が知られている。

ＩＫＥによる鍵の共有には、Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ鍵共有アルゴリズムを用い、鍵を交換する相手の認証にデジタル署名や公開鍵暗号などを用いて実現している。
しかしながら、上記処理には共通鍵暗号方式に比較してはるかに時間がかかることや、デジタル署名などを行うには認証サーバーの設置が別途必要となるなど、小型で安価な産業用制御機器間で適用するには、ハードウエアのコストアップやソフトウェアの増大による処理速度の遅延が発生し、使用することが困難であるという問題があった。

たとえば、プログラマブルコントローラ等の小型で安価な産業用制御機器の分野では、遠隔地に分散配置されたこれらの産業用制御機器を、インターネット等の広域通信網を介して管理端末から遠隔監視および遠隔制御を行いたいという要求があり、この場合、産業機密の維持や遠隔制御の安全性確保等の観点から制御データの秘匿通信が必須となるが、産業用制御機器は、通常、製造コスト上の制約が大きく、またプロセッサ等の情報処理能力も比較的低いため上述のＩＫＥ等のような大がかりな仕組みを採用することはコスト的に困難である。

なお、共通鍵暗号通信に関しては、特許文献１に開示された共通鍵暗号通信方法が知られている。すなわち、暗号通信を行う通信装置のそれぞれが、暗号化された通信データが伝送される伝送路上の信号に基づいて、秘密鍵の更新を行うべき共通の更新タイミングを表す同期信号を生成すると共に、その同期信号に従って通信装置間で同一の新たな秘密鍵を順次生成する、という技術である。しかし、この特許文献１の技術でも、依然として、通信装置間で、通信データが伝送される伝送路上で同期信号のやり取りをするための煩雑な仕組みが必要であるとともに、処理速度も低くなることが懸念されることには変わりがない。
特開２００３−１９８５３１号公報

本発明の目的は、ネットワークを経由した外部との情報の授受を必要とすることなく、個々の通信装置の内部で共通鍵の更新を実現することが可能な共通鍵更新技術および通信技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、ネットワークを介した煩雑で高コストの共通鍵交換の仕組みを必要とすることなく、低コストでしかも簡素な構成にて高速に、個々の通信装置の内部で共通鍵の更新を実現することが可能な共通鍵更新技術および通信技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、産業用制御機器等の通信装置に、低コストにて高速な共通鍵更新の仕組みを実装することが可能な技術を提供することにある。

本発明は、共通鍵を用いる暗号化および復号化により、情報ネットワークを経由して他の通信装置と通信情報を授受する暗号通信手段を備えた通信装置であって、
他の通信装置と共通に持つ暗証コードが格納される第１の記憶手段と、時刻情報を生成する計時機能と、前記暗証コードと所定の開始時刻から一定間隔で計時された複数の前記時刻情報とに基づいて時系列に３世代の前記共通鍵を生成して更新する共通鍵生成手段と、前記共通鍵生成手段によって生成および更新される３世代の前記共通鍵が格納される第２の記憶手段と、を備え、
前記暗号通信手段は、前記３世代のうちの真中の世代の前記共通鍵を選択して、送信する前記通信情報の暗号化を行う機能と、
受信した前記通信情報の復号化を行うに際して、送信側と前記時刻情報が同一の前記共通鍵を選択して用いる機能と、
を備え、
前記情報ネットワークを介して接続された複数の通信装置のうち、一方の前記通信装置は産業用制御装置であり、他方の前記通信装置は前記産業用制御装置の操作および監視を行う管理端末である通信装置を提供する。

上述のように本発明では、たとえば、各通信装置に共通に持たせた暗証コード等の第１の情報と、個々の通信装置が一般的に備えているカレンダ機能等の計時機能から得られる時刻情報等の第２の情報とから共通鍵の生成を行う。このため、各通信装置間で共通鍵の生成に用いる時刻情報の開始時刻と当該時刻の更新間隔、すなわち共通鍵の更新タイミングとを揃えておくだけで、各々の通信装置内で独立に共通鍵の生成／更新が可能であり、ネットワークを経由した他の通信装置や外部との情報の授受は全く必要としない。

また、時系列に複数世代の共通鍵を生成し、その中の一つを送信側および受信側で用いることで、個々の通信装置の内部に備えられた計時機能における計時精度を必要以上に高くすることなく、共通鍵を用いた暗号通信が可能になる。

このため、たとえばＩＫＥ等のネットワークを介した共通鍵更新等のように外部に認証サーバを設置する等の煩雑で大掛かりな仕組みは全く不要であり、簡便かつ低コストにて、高速に共通鍵の更新を行うことができる。

また、個々の通信装置に通常備わっているカレンダ機能等の経時機能から得られる時刻情報と暗証コードとから共通鍵の更新を行うので、上述の特許文献１のような同期信号の検出機構や疑似乱数の発生機構等の複雑な構成は不要であり、低コストで簡素な構成にて通信装置に共通鍵更新の仕組みを実装可能となる。したがって、コスト的な制約の大きな産業用制御機器等の通信装置に容易に実装することが可能になる。

本発明によれば、ネットワークを経由した外部との情報の授受を必要とすることなく、個々の通信装置の内部で共通鍵の更新を実現することが可能となる。
また、ネットワークを介した煩雑で高コストの共通鍵交換の仕組みを必要とすることなく、低コストでしかも簡素な構成にて高速に、個々の通信装置の内部で共通鍵の更新を実現することが可能となる。

また、産業用制御機器等の通信装置に、低コストにて高速な共通鍵更新の仕組みを実装することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である共通鍵更新方法および通信方法を実施する通信システムの構成の一例を示す概念図である。

本実施の形態の通信システムは、一例として、インターネット１０にルータ２２を介して接続された一つまたは複数の産業用制御装置３０（通信装置）と、ルータ２１を介してインターネット１０に接続された一つまたは複数の管理端末４０（通信装置）で構成されている。

産業用制御装置３０は、たとえばプログラマブルコントローラ等の比較的小型かつ安価で小規模の産業用制御機器で構成されている。また、管理端末４０は、たとえばパーソナルコンピュータ等で構成され、インターネット１０を介したＴＣＰ／ＩＰ等の情報通信により、産業用制御装置３０の遠隔制御および遠隔監視を行う構成となっている。

インターネット１０は、そのままでは、通信データの安全性が保証されない。そこで、遠隔監視データの保護や確実な遠隔制御を実現するため、インターネット１０を介して接続された産業用制御装置３０と管理端末４０の間では、後述のような共通鍵を用いた暗号通信により安全性を実現する。

すなわち、図１に示すように、管理端末４０からの通信データはルータ２１からインターネット１０を経由してルータ２２へ至り、ルータ２２から産業用制御装置３０にて受信される。逆に、産業用制御装置３０からの通信データは、ルータ２２からインターネット１０を経由してルータ２１に至り、管理端末４０に受信される。このような通信時、管理端末４０で暗号化されたデータは産業用制御装置３０で復号化され、逆に産業用制御装置３０で暗号化されたデータは管理端末４０で復号化される。

図２は、本実施の形態における産業用制御装置３０および管理端末４０の構成の一例を示すブロック図である。
図に示すように、本実施の形態の産業用制御装置３０は、制御装置本体３１、通信処理制御部３２、ＩＰｓｅｃ制御部３３、共通鍵管理部３４、外部ＩＦ部３５からなる。また、本実施の形態の管理端末４０は、端末装置本体４１、通信処理制御部４２、ＩＰｓｅｃ制御部４３、共通鍵管理部４４、外部ＩＦ部４５よりなる。

産業用制御装置３０および管理端末４０は、暗号化／復号化については同様の機能を有するので、以下の説明では、主として産業用制御装置３０に着目して構成の説明を進めるが、両者において同一の名称を有する各構成要素は、等価な機能を有する。

産業用制御装置３０の通信処理制御部３２は、インターネット１０を介したＴＣＰ／ＩＰ通信を行うため、制御装置本体３１から受け取った送信用のデータを必要に応じて分断し、個々の断片にＩＰｖ４ヘッダ６１やＴＣＰヘッダ６２を付加して、図５に例示されるＩＰパケット６０を生成したり、逆に、ＩＰｓｅｃ制御部３３から受け取ったＩＰパケット６０からＩＰｖ４ヘッダ６１およびＴＣＰヘッダ６２を除去し、断片の到着順序等を整えて元のデータに復元して制御装置本体３１に渡す動作を行う。

ＩＰｓｅｃ制御部３３は、送信時には、通信処理制御部３２から受け取ったＩＰパケット６０のＴＣＰヘッダ６２およびデータ６３の部分を、共通鍵管理部３４から後述のようにして得た共通鍵Ｋを用いて、暗号化後ＴＣＰヘッダ６２ａおよび暗号化後データ６３ａに暗号化するとともに、共通鍵Ｋに関する情報を含むＥＳＰヘッダ６４および暗号化されたＥＳＰトレーラ６５、さらにはＥＳＰ認証ヘッダ６６を付加してＩＰｓｅｃパケット６０ａを構成し、外部ＩＦ部３５の側に送出する。また受信時には、逆の動作を行う。

図６は、暗号化後のＩＰｓｅｃパケット６０ａにおけるＥＳＰヘッダ６４以降の構成の一例を示す概念図である。ＥＳＰヘッダ６４は、ＴＣＰヘッダ６２およびデータ６３の暗号化に用いた共通鍵Ｋの送信側および受信側での取り扱いに関する情報が設定されるＳＰＩ（セキュリティパラメータインデックス）６４ａ、シーケンス番号６４ｂ、暗号化後データ６３ａおよびＥＳＰトレーラ６５からなるペイロードデータ、ＥＳＰ認証ヘッダ６６からなる。ペイロードデータは可変長であり、ＥＳＰトレーラ６５には、ペイロードデータの長さを調整するためのパディングデータ（調整バイト）と、パディングデータのバイト数を示すパディング長、次ヘッダ番号、等の情報が含まれている。

図３は、本実施の形態の産業用制御装置３０および管理端末４０の各々における共通鍵管理部３４および共通鍵管理部４４の構成の一例を示す概念図である。この共通鍵管理部３４、共通鍵管理部４４で、共通鍵Ｋの生成や送受信時の共通鍵取得処理を行なっている。

すなわち、産業用制御装置３０の共通鍵管理部３４は、管理端末４０と共通に設定された暗証コードCが格納される暗証コード格納部３４ａ、計時機能を有するカレンダＩＣ等で構成され時刻情報Ｔを出力する時刻情報生成部３４ｂ、暗証コードＣと時刻情報Ｔから共通鍵Ｋを生成する共通鍵生成制御部３４ｃ、生成された共通鍵Ｋが更新可能に格納される共通鍵格納部３４ｄ、共通鍵格納部３４ｄからの共通鍵Ｋの取り出し処理を行う共通鍵取得処理部３４ｅ、等で構成されている。

同様に、管理端末４０の共通鍵管理部４４は、産業用制御装置３０と共通に設定された暗証コードＣが格納される暗証コード格納部４４ａ、計時機能を有するカレンダＩＣ等で構成され時刻情報Ｔを出力する時刻情報生成部４４ｂ、暗証コードＣと時刻情報Ｔから共通鍵Ｋを生成する共通鍵生成制御部４４ｃ、生成された共通鍵Ｋが更新可能に格納される共通鍵格納部４４ｄ、共通鍵格納部４４ｄからの共通鍵Ｋの取り出し処理を行う共通鍵取得処理部４４ｅ、等で構成されている。

図４に例示されるように、共通鍵格納部３４ｄは、複数の共通鍵格納領域０、共通鍵格納領域１、共通鍵格納領域２、からなる共通鍵格納領域５０と、共通鍵格納領域０〜共通鍵格納領域２のうち、生成された共通鍵Ｋの次の格納位置を指し示すポインタとして機能する次格納領域番号５１ａが格納されるポインタ格納領域５１を備えている。

そして、共通鍵生成の生成処理では、時刻情報生成部３４ｂから時刻情報Ｔが共通鍵生成制御部３４ｃに送られ、暗証コード格納部３４ａから読み出された暗証コードＣとの組み合わせで共通鍵Ｋを生成する。

共通鍵Ｋの生成に用いる時刻情報Ｔとしては、所定の開始時刻からの経過時間を示す時刻情報を３２ｂｉｔの秒単位で表したものを使用する。また、上述のＩＰｓｅｃパケット６０ａにおけるＥＳＰヘッダ６４のＳＰＩ６４ａに設定するＳＰＩ値としては、この３２ｂｉｔの時刻情報Ｔを使用する。

共通鍵Ｋとその生成に用いられた時刻情報Ｔ（ＳＰＩ値）はペアにして共通鍵格納領域５０に格納される。上述のように共通鍵格納領域５０には、共通鍵格納領域０〜共通鍵格納領域２の３つの領域があり、これらがリング構造に循環使用されることでＳＰＩ値と共通鍵Ｋの複数ペアが時系列に３世代分が格納され、次格納領域番号５１ａには、次に格納する領域番号０〜２を設定する。

図７のフローチャートに、この複数の共通鍵Ｋの生成処理の一例を示す。
この共通鍵生成処理は、所定の開始時刻からｎ分（たとえば１０分）毎に起動される。すなわち、共通鍵生成制御部３４ｃは、たとえば時刻情報生成部３４ｂをタイマとして用いることで、所定の開始時刻からｎ分経過する毎に、当該時刻情報生成部３４ｂから時刻情報Ｔを読み出し（ステップ１０１）、さらに暗証コード格納部３４ａから暗証コードＣを読み出して（ステップ１０２）、当該時刻情報Ｔと暗証コードＣから新たな共通鍵Ｋを生成し（ステップ１０３）、次格納領域番号５１ａが指す共通鍵格納領域０〜領域番号２の一つに共通鍵Ｋと時刻情報Ｔ（ＳＰＩ値）のペアを格納する（ステップ１０４）。

その後、次格納領域番号５１ａ≧２か否かを判別し（ステップ１０５）、次格納領域番号５１ａ≧２の場合には、次格納領域番号５１ａの値を０にセットし（ステップ１０７）、次格納領域番号５１ａ＜２の場合には、次格納領域番号５１ａの値を＋１する（ステップ１０６）。

これにより、共通鍵格納領域５０の共通鍵格納領域０〜領域番号２には、時系列に３世代分の共通鍵Ｋと時刻情報Ｔ（ＳＰＩ値）のペアが、所定の時間間隔で更新されつつ格納される。

この共通鍵Ｋの生成動作は、管理端末４０の共通鍵管理部４４の側でも並行して行われている。
次に、図８のフローチャートを参照して、たとえば、産業用制御装置３０から管理端末４０にデータを送信する動作について説明する。

産業用制御装置３０から送信するときは、送信データは通信処理制御部３２に渡されてＩＰパケット６０が構成され、通信処理制御部３２はＩＰｓｅｃ制御部３３にＩＰパケット６０を渡す。

ＩＰｓｅｃ制御部３３はＩＰパケット６０を暗号化するために共通鍵要求を共通鍵管理部３４に依頼する。
共通鍵管理部３４の共通鍵取得処理部３４ｅは、共通鍵格納部３４ｄのポインタ格納領域５１から次格納領域番号５１ａを読み出し（ステップ２０１）、その値が０ならば（ステップ２０２）、読み出し領域の番号を１にし（ステップ２０８）、その値が１ならば（ステップ２０３）、読み出し領域の番号を２にし（ステップ２０９）、それ以外、すなわち２の場合には、読み出し領域の番号を０にする（ステップ２０４）。

すなわち、共通鍵管理部３４は次格納領域番号５１ａに格納された値から２つ前の共通鍵格納領域（すなわち、経時的に順次更新される３世代の共通鍵Ｋの真ん中の世代）を判定し、そこに格納されているＳＰＩと共通鍵Ｋを獲得する。

そして、決定した番号に対応する共通鍵格納領域０〜領域番号２の一つから、ＳＰＩ値と共通鍵Ｋを読み出し（ステップ２０５）、ＩＰｓｅｃパケット６０ａのＥＳＰヘッダ６４のＳＰＩ６４ａに当該ＳＰＩ値をセットするとともに（ステップ２０６）、当該共通鍵ＫでＴＣＰヘッダ６２、データ６３、ＥＳＰトレーラ６５を暗号化し、ＩＰｓｅｃパケット６０ａにセットする（ステップ２０７）。

そして、このＩＰｓｅｃパケット６０ａは外部ＩＦ部３５、ルータ２２を経由してインターネット１０に送出され、ルータ２１を経由して管理端末４０に到達する。
一方、受信時は、図９のフローチャートに例示されるように、ＩＰｓｅｃ制御部３３は、受信したＩＰｓｅｃパケット６０ａのＥＳＰヘッダ６４からＳＰＩ値を取り出して（ステップ３０１）、共通鍵管理部３４に共通鍵格納領域にセットされているＳＰＩ値と一致する共通鍵Ｋの有無を問い合わせる。

共通鍵管理部３４の共通鍵取得処理部３４ｅは、共通鍵格納領域５０の共通鍵格納領域０〜領域番号２の中で、そのＳＰＩ値が問い合わせられたＳＰＩ値と一致するか判別し（ステップ３０２）、一致している場合は、その共通鍵格納領域から共通鍵Ｋを取り出して（ステップ３０３）、当該共通鍵Ｋを用いてＩＰｓｅｃ処理を行って、暗号化後ＴＣＰヘッダ６２ａ、暗号化後データ６３ａ、ＥＳＰトレーラ６５を復号化し、元のＩＰパケット６０に復元する（ステップ３０４）。ステップ３０２で一致したものがない場合はその受信データを廃棄する（ステップ３０５）。

上述の送受信における暗号化／復号化の動作は、管理端末４０の側でも同様に行われる。これにより、産業用制御装置３０の側でＩＰｓｅｃ制御部３３および共通鍵管理部３４にて共通鍵Ｋを用いて暗号化されたＩＰｓｅｃパケット６０ａをインターネット１０を経由して管理端末４０に送信し、このＩＰｓｅｃパケット６０ａを受け取った管理端末４０では、ＩＰｓｅｃ制御部４３および共通鍵管理部４４にて、ＥＳＰヘッダ６４のＳＰＩ６４ａに設定されたＳＰＩ値に基づいて自装置内の共通鍵格納部４４ｄの共通鍵格納領域５０から対応する共通鍵Ｋを選択して復号化し、ＩＰパケット６０に戻して通信処理制御部４２にて処理し、元のデータ６３を端末装置本体４１に受け渡すことが可能になる。

本実施の形態では、産業用制御装置３０および管理端末４０の各々において共通鍵Ｋを時刻情報Ｔから生成する場合に、お互いの時刻情報生成部３４ｂおよび時刻情報生成部４４ｂで生成される時刻情報Ｔの一致精度がそれほどよくなくても良い。

その理由を説明する。管理端末４０および産業用制御装置３０は、一定の時刻経過ごとに互いに独立に共通鍵Ｋの生成を行なっている。送信側は、上述の図７のフローチャートのように、最新の共通鍵Ｋより１世代前（真中の世代）の共通鍵Ｋを使ってＩＰｓｅｃパケット６０ａの生成を行なうことにより、受信側は３世代分の共通鍵Ｋのいずれかと一致することになる。

例えば、送信側の時計が受信側より進んでいた場合は、受信側の真中の世代もしくは最も古い世代の共通鍵Ｋと一致することになり、逆に送信側の時計が受信側より遅れていた場合は、受信側の真中の世代もしくは最新の世代の共通鍵Ｋと一致することになる。

したがって、送信側と受信側の各々の時刻の一致精度は要求されない。共通鍵更間隔のほぼｌ／２以下であれば十分である。つまり、１０分間隔の更新であれば、５分程度のズレがあっても全く問題はない。

具体的には、１０分間隔で共通鍵Ｋを生成する場合、たとえば、ｎ時（ｎ＝０時〜２３時）の０分、１０分、２０分、・・・５０分、ｎ＋１時の０分、１０分、２０分、・・・５０分、というように、１０分間隔でＳＰＩ値を生成する。つまり、送信側と受信側は内部に持っているカレンダＩＣ等の時刻情報生成部３４ｂ、４４ｂから、１０分間隔で共通鍵Ｋを生成する処理が起動されるので、ＳＰＩ値は送信側も受信側も１０分間隔の値のみを取ることになる。

ただし、ここで問題となるのは時計が完全に一致していないと（仮に一致していたとしても）、ＳＰＩが１種類では送信のときと受信時では時間が経過しているので、受信側が新しい共通鍵Ｋを生成してしまい送信側と一致しないことが考えられる。そこで、本実施の形態では、上述のように時系列に３世代の共通鍵情報を持つことで、この課題を解決している。

例えば、時刻がｎ時の３０分になったとする。そうすると、時計から共通鍵生成処理が起動される。これにより、共通鍵格納領域にはｎ時：３０分の最新の鍵情報（時刻情報Ｔと共通鍵Ｋのペア）が格納される。

そして、ｎ時：０分の共通鍵Ｋは捨てられ、ｎ時：１０分、ｎ時：２０分、ｎ時：３０分の３世代の鍵情報が格納されることになる。ここで、送信処理が起動されると、送信側は一つ前の世代の鍵情報（ｎ時：２０分の鍵情報）を使って暗号化を行って送信する。

受信側でも同様に時計から１０分おきに鍵生成処理が起動されているので、同様にｎ時：１０分、ｎ時：２０分、ｎ時：３０分の３世代の鍵情報が格納されており、上記のメッセージを受信するとＳＰＩ値からｎ時：２０分の鍵情報と判断でき、その共通鍵Ｋを使って通信データを復号化する。

すなわち、時計（時刻情報生成部３４ｂ、４４ｂ）を送信側と受信側で完全に一致させることは困難なので、受信側で３世代の鍵情報を持つことで、それを救っている。
例えば、受信側の時計が数分進んでいた場合は、受信側が先にｎ時：４０分になると、ｎ時：４０分の鍵情報を生成するので、ｎ時：１０分の鍵情報が捨てられる。つまり、ｎ時：２０分、３０分、４０分の鍵情報がある。したがって、送信側がｎ時：２０分の鍵で暗号化していても、その鍵情報は受信側の一番旧い世代に存在することになる。

逆に、受信側の時計が数分遅れていた場合は、受信側は、まだｎ時：３０分になっていないため、ｎ時：３０分の鍵生成処理が起動されない。つまり、受信側には、ｎ時：０分、１０分、２０分の鍵情報がある。したがって、送信側がｎ時：２０分の鍵で暗号化していても、その鍵情報は受信側の一番新しい世代に存在することになる。

なお、時刻情報生成部３４ｂ、４４ｂを構成するカレンダＩＣの精度は一般的なレベルで１秒／日程度の誤差があり、月に３０秒程度のズレが発生するが、この場合、予想される誤差の二倍以上（１分以上）の間隔で共通鍵Ｋの生成を行えば問題ない。

本発明の実施の形態によれば、インターネット１０を経由した外部との情報の授受を必要とすることなく、個々の産業用制御装置３０および管理端末４０の内部で共通鍵Ｋの更新を実現することが可能となる。

また、インターネット１０を介した煩雑で高コストのＩＫＥ等の共通鍵交換の仕組みを必要とすることなく、低コストでしかも簡素な構成にて高速に、個々の産業用制御装置３０および管理端末４０の内部で共通鍵Ｋの更新を実現することが可能となる。

これにより、インターネット１０を介して管理端末４０から産業用制御装置３０を安全に操作および、監視するために共通鍵Ｋでデータの暗号化を行なう場合に、共通鍵Ｋの更新を、高速にしかも安価な構成で行なうことができるという効果がある。

なお、上述の説明では、通信方法の一例として産業用制御装置３０と管理端末４０との間のＴＣＰ／ＩＰ通信に適用した場合を例にとって説明したが、ＵＤＰ／ＩＰ通信等に適用してもよいことはいうまでもない。

また、通信装置の一例として産業用制御装置３０および管理端末４０を例示したが、これに限らず、情報ネットワークを介して共通鍵方式による暗号通信を行う一般の情報処理機器にも広く適用できる。

本発明の一実施の形態である共通鍵更新方法および通信方法を実施する通信システムの構成の一例を示す概念図である。本発明の一実施の形態における産業用制御装置および管理端末の構成の一例を示すブロック図である。本発明の一実施の形態である産業用制御装置および管理端末の各々における共通鍵管理部および共通鍵管理部の構成の一例を示す概念図である。本発明の一実施の形態である産業用制御装置および管理端末の各々における共通鍵格納部の構成の一例を示す概念図である。本発明の一実施の形態である産業用制御装置および管理端末の間で授受されるＩＰｓｅｃ適用前後のパケットの構成の一例を示す概念図である。暗号化後のＩＰｓｅｃパケットにおけるＥＳＰヘッダ以降の構成の一例を示す概念図である。産業用制御装置および管理端末の各々における複数の共通鍵の生成処理の一例を示すフローチャートである。産業用制御装置および管理端末の各々における送信時の共通鍵を用いた暗号化処理の一例を示すフローチャートである。産業用制御装置および管理端末の各々における受信時の共通鍵を用いた復号化処理の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０インターネット
２１ルータ
２２ルータ
３０産業用制御装置
３１制御装置本体
３２通信処理制御部
３３ＩＰｓｅｃ制御部
３４共通鍵管理部
３４ａ暗証コード格納部
３４ｂ時刻情報生成部
３４ｃ共通鍵生成制御部
３４ｄ共通鍵格納部
３４ｅ共通鍵取得処理部
３５外部ＩＦ部
４０管理端末
４１端末装置本体
４２通信処理制御部
４３ＩＰｓｅｃ制御部
４４共通鍵管理部
４４ａ暗証コード格納部
４４ｂ時刻情報生成部
４４ｃ共通鍵生成制御部
４４ｄ共通鍵格納部
４４ｅ共通鍵取得処理部
４５外部ＩＦ部
５０共通鍵格納領域
５１ポインタ格納領域
５１ａ次格納領域番号
６０ＩＰパケット
６０ａＩＰｓｅｃパケット
６１ＩＰｖ４ヘッダ
６２ＴＣＰヘッダ
６２ａ暗号化後ＴＣＰヘッダ
６３データ
６３ａ暗号化後データ
６４ＥＳＰヘッダ
６４ｂシーケンス番号
６５ＥＳＰトレーラ
６６ＥＳＰ認証ヘッダ
Ｃ暗証コード
Ｋ共通鍵
Ｔ時刻情報

Claims

共通鍵を用いる暗号化および復号化により、情報ネットワークを経由して他の通信装置と通信情報を授受する暗号通信手段を備えた通信装置であって、
他の通信装置と共通に持つ暗証コードが格納される第１の記憶手段と、時刻情報を生成する計時機能と、前記暗証コードと所定の開始時刻から一定間隔で計時された複数の前記時刻情報とに基づいて時系列に３世代の前記共通鍵を生成して更新する共通鍵生成手段と、前記共通鍵生成手段によって生成および更新される３世代の前記共通鍵が格納される第２の記憶手段と、を備え、
前記暗号通信手段は、前記３世代のうちの真中の世代の前記共通鍵を選択して、送信する前記通信情報の暗号化を行う機能と、
受信した前記通信情報の復号化を行うに際して、送信側と前記時刻情報が同一の前記共通鍵を選択して用いる機能と、
を備え、
前記情報ネットワークを介して接続された複数の通信装置のうち、一方の前記通信装置は産業用制御装置であり、他方の前記通信装置は前記産業用制御装置の操作および監視を行う管理端末であることを特徴とする通信装置。
前記情報ネットワークはインターネットであり、前記暗号通信手段は、ＩＰｓｅｃ通信において、送信時は、暗号化ヘッダ内に前記通信情報の暗号化に用いた前記共通鍵に対応する前記時刻情報を設定し、受信時は、前記暗号化ヘッダ内から前記時刻情報を読み出して、復号に用いる前記共通鍵の特定を行う機能をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。