CN1855806A

CN1855806A - 通信设备和通信方法

Info

Publication number: CN1855806A
Application number: CNA2006100733281A
Authority: CN
Inventors: 井上淳; 石山政浩
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: US20060248583A1; US7937748B2; JP2006309438A; JP4427483B2; CN1855806B

Abstract

一种通信设备包括用于存储在相对各方的通信设备之间被交换的安全联盟的存储装置，在用于节能操作的睡眠模式开始之前更新存储在存储装置中的安全联盟的更新装置，以及将由更新装置更新安全联盟的信息通知相对方的通信设备的通知装置。

Description

通信设备和通信方法

技术领域

本发明涉及一种通过使用限时安全参数在由通信各方所使用的设备之间设置安全联盟(SA：security association)来进行诸如IPsec等安全通信的通信设备，尤其涉及一种具有节能操作模式的通信设备。

背景技术

用于大楼自动化(BA)网络、工厂自动化(FA)网络及类似网络的控制网络技术已经随着因特网的发展而稳定发展；但是大多数这些技术的发展都有根据诸如成本限制等条件的唯一性。因此，这些控制网络技术都利用基于区别于因特网所使用的协议层面的唯一的协议层面的技术。

由于因特网技术现在被广泛使用并且已经获得作为社会基础结构的一部分的地位，因此控制网络技术已经采用诸如TCP和UDP等的因特网技术作为数据传送的方法。例如，作为典型实例，控制网络技术包括大楼自动化和控制网络(BACnet)和MODBUS TCP/IP。这些控制网络技术下文被称为“处理到IP中的控制网络”。

一些使用称为IPsec的技术的处理到IP中的控制网络被提出以保护安全。IPsec在通信设备中预先交换表明诸如加密密钥以及验证和加密算法的相关参数的SA，随后开始通信。每个SA都是从安全的观点出发定义规定的有效期的限时参数，并且在过了有效期后需要通过再次启动密钥交换协议以进行重置。

一些构成控制网络的通信设备只进行很少的通信。恒定通电以准备通信将造成电能的无用消耗，因此一些通信设备具有节能功能。当节能功能被启动时，通信设备的操作模式转换到睡眠(休眠或备用状态)模式。从睡眠开始的固定时间周期的过去或由外部触发器导致的唤醒解除该睡眠模式。

具有这种节能功能的通信设备有时使有关IPsec的SA的有效期过期。在这种情况下，唤醒不能使通信设备进入通信。为了重置SA，就需要重新启动诸如因特网密钥交换(IKE)的密钥交换协议来与之协商，因为SA的重置需要相对长的计算时间。因此，产生了通信设备不能立即开始通信的问题。

在日本专利申请公开公报号2000-112850中揭示了连接到网络的将通信参数设定到终端等的设备。该公报揭示了一种技术，通过该技术通信设备可以为终端等选择性地指定启动模式，并在网络配置没有变化时基于通信参数的变化控制信息的传输/接收，因此设备为每个终端等设置通信参数的初始值是充分的。

发明内容

根据本发明的一个实施例的通信设备包括用于存储在和相对的通信方的通信设备之间交换的安全联盟(SA)的存储装置；配置成更新存储在存储装置中的SA的更新装置；以及配置成将SA已被更新装置更新的信息通知相对方的通信设备的通知装置。

附图说明

图1是显示关于本发明的实施例的通信设备的示范框图；

图2是显示IPsec的数据包输出处理过程的示范示意图；

图3是安全联盟(SA)表、安全策略数据库(SPD)和安全参数表的示范图；

图4是根据第一方法在通信节点A和通信节点B之间的通信期间从通信节点A的睡眠模式开始到其唤醒操作通信节点A和通信节点B的操作流程的示范顺序图；

图5是根据第二方法在通信节点A和通信节点B之间的通信期间从通信节点A的睡眠模式开始到其唤醒操作通信节点A和通信节点B的操作流程的示范顺序图。

具体实施方式

下文将参考附图说明本发明的实施例。图1是显示关于本发明的实施例的通信设备的示范框图。该通信设备包括多个以分散方式设置在诸如BA网络和FA网络的典型网络上的装备(在下文中称作通信节点)。每个通信节点通过IPsec进行加密通信。如图1所示，每个通信节点包括IPsec处理器1，SA表2，SPD 3和安全参数表4。

通信处理器5由具有例如MPU、主存储装置和非易失性存储装置的计算机构成。IPsec处理器1通过通信处理器5从应用程序7受到控制。通信处理器5具有应用程序7之外的IPsec密钥管理数据自适应鉴定监视器(IPsec key management daemon)6来管理IPsec通信中使用的密钥。

IPsec提供有关包括验证和隐蔽性能(加密)的安全的服务群并被定义在RFC 2401中。IPsec被根据一些协议执行，诸如验证头(AH)、加密有效载荷(ESP)和加密密钥管理。SA是在IPsec的执行中最基本的参数。“SA”涉及在两个通信节点之间能够相互进行安全通信的关系，并描述在其中由相互之间的协定使用的安全服务。SA由安全参数索引(SPI)、目的IP地址和安全协议(AH或ESP)唯一指定。每个通信节点为每一个现在正在通信中的相对方的节点或者已经与其进行通信的相对方的节点保持SA。在预定时间过去后变为无效的有效期被分别设置在每个SA中。为了在通信节点之间在IPsec中开始通信，SA必须在通信节点之间交换。

对于在IPsec中的通信中使用的密钥交换协议，可以使用基于Kerberos的KINK协议，也可以使用IKE。在本发明的实施例中，假设通信节点经由因特网实现IPsec通信并使用IKE。

图2是显示IPsec中数据包输出处理过程的示范示意图。IPsec处理器1接收从应用程序7传送的数据以构建数据包10，然后基于传送源地址和目的地址检索用于从SPD 3传送数据包10的安全策略(SP检索)。接着，IPsec处理器1在安全策略的检索结果和传送起始和目的地址的基础上从SA表2中检索SA以获得用于IPsec通信的密钥和安全参数(SA检索)。密钥和安全参数的使用使IPsec应用到被传送数据包的传送输出。

图3是显示SA表、SPD和安全参数表的示范图。SA表2存储与通信相对方的节点的每个通信中产生的SA的项目。每个SA包括目的地址(目的IP-addr)、安全协议(IPsec协议)和SPI 20。将在SA中设置的安全协议对应于预先存储在SPD 3中的几个安全协议中的任何一个协议。SPI 20通过安全参数表4指定对应于SA的安全参数。安全参数包括指示SA的有效期的域41和指示通信相对方的节点是否在睡眠模式中的域42。当通信相对方的节点在睡眠模式中时，指示该事实的值被设置在域42中。

通信处理器5具有节能操作模式，通过暂时切断通信处理器5的电源使该通信节点进入睡眠模式，并通过唤醒该通信节点来解除睡眠模式，以及具有不进行这样的节能操作的正常操作模式。当转换到节能操作模式以使通信节点进入睡眠模式时，通信处理器5必须在该时间点去除关于SA的参数，以将其存储并保持在非易失性存储装置中。

这里，通信节点的睡眠模式相对于唤醒方法包括例如两种类型的模式：

睡眠模式1：在预定睡眠时间过去后唤醒。在这种情况下可以估计睡眠时间。

睡眠模式2：已经由来自非指定的相对方的节点的数据包接收到中断(trap)，然后由数据包上的唤醒激发进行唤醒。在这种情况下不可以估计睡眠时间。

在节能操作模式中重复睡眠和唤醒的通信节点中，在通信中使用诸如SA的限时参数的情况下，通信节点最好能够在唤醒后立即开始通信。因此，关于本发明的实施例的通信节点以下述方式控制对于睡眠模式的开始的SA更新或其有效期的设置。下面的控制实例取决于上述睡眠模式的区别而相互不同。

【第一方法：在更新SA后睡眠】

图4是根据第一方法在通信节点A和通信节点B之间的通信期间从通信节点A的睡眠模式开始到其唤醒操作通信节点A和通信节点B的操作流程的示范顺序图。第一方法仅在通信节点A的睡眠开始之前在步骤S1中将诸如SA的参数更新到最近的一个参数。该更新使新的有效期被设置到最近更新的SA。在步骤S2中，通信节点A就SA已更新的事实与作为通信相对方的通信节点B通信。

如果通信节点A的SA在其被更新前仍然具有初始的有效期L1，如图4所示，则一种情况被考虑，其中通信节点A不能立即开始通信，因为有效期L在从通信节点A开始睡眠的步骤S3到通信节点A唤醒的步骤S4的时间周期之内到达终点，并且SA必须被更新。相反，在进入睡眠之前SA已经被更新的第一方法的情况下，由于有效期在从通信节点A在步骤S3的时间点睡眠开始到通信节点A在步骤S4的时间点唤醒的时间之内预先被更新，因此通信节点A具有比初始有效期L1长的时间。因此，通过避免参数被更新，通信节点A可以在步骤S4唤醒之后SA未更新时使用SA并立即开始通信。该第一方法适用于具有相对短的睡眠时间的通信节点。

(在通信相对方一侧的处理)

当通过在通信节点A一侧上更新SA来固定新的有效期时，通信节点A在步骤S2中将该事实通知作为通信相对方的通信节点B。这时，通信节点B将记号放置到对应的SA表2的项目上。由于该有记号的SA项目，用于诸如IPsec的密钥更新和完全同级检测(DPD：dead peer detection)的通信管理的数据包传送被停止一段固定的时间周期(S5)。因此，通信节点B实现数据包传送并能够防止正处于睡眠的通信节点A由于不小心数据包被设置到通信节点A而被唤醒。

【第二方法：在睡眠模式1的情况下】

图5是根据第二方法在通信节点A和通信节点B之间的通信期间从通信节点A的睡眠模式开始以后直到其唤醒操作通信节点A和通信节点B的操作流程的示范顺序图。第二方法仅在通信节点A的睡眠开始之前考虑到步骤S1中的睡眠时间调节SA的有效期的值。与上述的第一方法不同，通信节点A自己不更新SA。在前述的睡眠模式1中，睡眠时间可以被估计。因此，通过将估计的睡眠时间的值添加到当前SA的有效期L1获得调节后的有效期L2。在步骤S2中，调节后的有效期L2被通知作为通信相对方的通信节点B。调节后的有效期L2的值被设置在相对应的通信节点A的安全参数表4中，并且另一方面，有效期L2的值也被设置在作为通信相对方的通信节点B的安全参数表4中。

如从图5中可以理解，可以想像，对于没有任何调节的原始有效期L1不可能立即开始通信，因为有效期L1在从通信节点A开始睡眠的步骤S3中的时间点到通信节点A唤醒的步骤S4中的时间点的时间周期内到达终点，并且SA必须在步骤S4中唤醒之后被更新。相反，在第二方法的睡眠前调节SA的有效期的情况下，由于在从通信节点A开始睡眠的步骤S3中的时间点到通信节点A唤醒的步骤S4中的时间点的时间周期内有效期延长以被调节为有效期L2，因此通信节点A具有比原始有效期L1长的时间。因此，通信节点A可以在步骤S4中的唤醒之后SA没有被更新时通过使用SA立即开始通信。

(在通信相对方一侧的处理)

如果在通信节点A一侧上调节之后的有效期是固定的，那么如上述第一方法，通信节点A在步骤S2中将该事实通知作为通信相对方的通信节点B。这时，通信节点B将记号添加到对应的SA表2的项目上。由于该有记号的SA项目，用于诸如IPsec的密钥更新和完全同级检测(DPD)的通信管理的数据包传送被停止一段固定的时间周期(S5)。因此，通信节点B实现将数据包传送到通信节点A并能够防止正处于睡眠模式的通信节点A由于数据包不小心被设置到通信节点A而被唤醒。

【第三方法：在睡眠模式2的情况下】

第三模式是睡眠模式为上述睡眠模式2的情况。在睡眠模式2中，睡眠时间是不确定的并且不可能被估计。因此，在第三方法中，通信节点A通过使用上述第一方法将诸如SA的通信参数更新到最近的一个参数，并且还取决于在先通信的日志将固定的时间周期添加到有效期以转换到睡眠模式。被添加到有效期的固定的时间周期可以从通信节点A的在先通信的日志中计算，并且也可以是由通信节点A的类型或特性产生的值。例如，在空调器的传感器节点的情况下，添加时间期间被设置为“三十分钟”；但是在很少使用的节点的情况下，添加时间期间被设置为“一个月”。

根据上述本发明的实施例，当应用在其中保存的关于IPsec等通信的限时参数实现通信，并在任何时间重复睡眠和唤醒来实施节能时，在控制网络中的每个通信设备可以避免限时参数的重置并在唤醒后立即开始通信。因此，每个通信设备可以有效地利用通信节点的节能操作模式，并且还可以提供立即通信，从而能够通过避免例如通信参数的更新的步骤而被应用到更广泛的领域。

其他的优点和修改对于本领域的熟练技术人员来说是很容易实现的。因此，本发明在其广阔的各个方面并不限于本文显示和描述的具体细节和代表性实施例。所以，可以有各种各样的修改和变化而不背离由附后的权利要求及其等同内容定义的本发明的精神和范围。

Claims

1.一种通信设备，其特征在于，包括：

用于存储安全联盟的存储装置，所述安全联盟在和相对方的通信设备之间被交换，并在规定的有效期内有效；

配置成在起动用于节能操作的睡眠模式之前更新存储在存储装置中的安全联盟的更新装置；和

配置成将安全联盟已经由更新装置更新的信息通知相对方的通信设备的通知装置。

2.如权利要求1所述的通信设备，其特征在于，每个所述安全联盟包括关于IPsec的限时参数。

3.一种通信设备，其特征在于，包括：

配置成在起动用于节能操作的睡眠模式之前调节存储在存储装置中的每个安全联盟的有效期的调节装置；和

配置成将由调节装置调节的有效期通知相对方的通信设备的通知装置。

4.如权利要求3所述的通信设备，其特征在于，

所述调节装置被配置成将预定的睡眠时间加到存储在所述存储装置中的每个安全联盟的有效期中。

5.如权利要求3所述的通信设备，其特征在于，

所述调节装置被配置成将基于在先通信的日志的固定的时间周期加到存储在所述存储装置中的安全联盟的有效期中。

6.如权利要求3所述的通信设备，其特征在于，

每个所述安全联盟包括关于IPsec的限时参数。

7.一种通信方法，其特征在于，包括：

在和相对方的通信设备之间交换安全联盟；

在存储装置中存储交换后的安全联盟；

在起动用于节能操作的睡眠模式之前更新存储在存储装置中的安全联盟；和

将更新安全联盟的信息通知相对方的通信设备。

8.如权利要求7所述的通信方法，其特征在于，

每个所述安全联盟包括关于IPsec通信的限时参数。

9.一种通信方法，其特征在于，包括：

交换在和相对方的通信设备之间被交换并具有有效期的安全联盟；

在存储装置中存储交换后的安全联盟；

在起动节能操作的睡眠模式之前调节存储在存储装置中的安全联盟的有效期；和

将调节后的有效期通知相对方的通信设备。

10.如权利要求9所述的通信方法，其特征在于，

所述调节包括将预定的睡眠时间加到存储在所述存储装置中的安全联盟的有效期中。

11.如权利要求9所述的通信方法，其特征在于，

所述调节包括将基于在先通信的日志的固定时间周期加到存储在所述存储装置中的安全联盟的有效期中。

12.如权利要求9所述的通信方法，其特征在于，

每个所述安全联盟包括关于IPsec通信的限时参数。