JP2007150879A - 端末装置および情報通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】端末間でのセキュリティが確保されたデータ通信を可能にする情報通信システムを提供する。
【解決手段】情報通信システムの一態様であるＦＡシステム１０は、工場に配置されたＦＡ制御端末８００と、データセンタ２０に配置されたアプリケーションサーバ２１０、インストールサーバ２２０、設定変更サーバ２３０、監視サーバ２４０、クライアントデータベース２５０と、オフィス４０に配置されたアプリケーションサーバ４１とを備える。アプリケーションサーバ２１０とＦＡ制御端末８００とは、インターネット１１に構築されたＶＰＮによってエンド・ツー・エンドに接続されている。ＦＡ制御端末８００とアプリケーションサーバ２１０とは、ＯＳＩ参照モデルにおけるトランスポート層においてデータの暗号化と復号化とを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は機器を制御する端末装置および情報通信システムに関し、より特定的には、機器の情報通信のセキュリティを確保できる端末装置および情報通信システムに関する。

ファクトリーオートメーションと称される自動化に関し、操業が自動化される設備の制御あるいは監視等は、企業内ＬＡＮ（Local Area Network）その他の専用の通信回線を用いて行なわれている場合が多い。インターネットのような公衆回線が情報を通信する手段として用いられることもあるが、設備の稼動状態その他の情報の通信において、セキュリティを確保するために、たとえば、ＶＰＮ（Virtual Private Network）のような保護機能を有する通信技術も合わせて用いられていることが多い。

従来のインターネットを用いたＶＰＮは、セグメント単位で構築されていた。具体的には、たとえば、ＯＳＩ（Open Systems Interconnection）参照モデルにおける７階層のうち、第５層（セッション層）に対してＳＳＬ（Security Socket Layer）技術が導入され、第３層（ネットワーク層）に対してＩＰｓｅｃ（Internet Protocol Security Protocol）等のプロトコルが導入されている。この場合、ゲートウェイとしてのルータ間においてセキュリティ等の通信の品質が確保される。通信の品質を確保するための技術は、たとえば、特開２０００−３２０５６号公報（特許文献１）に開示されている。

また、従来、トランスポート層において使用されているＴＣＰ（Transmission Control Protocol）に加えて、新たなプロトコル（ＴＣＰ２）が開示されている（たとえば、非特許文献１参照）。また、ＴＣＰ２を用いたネットワークの構築、システムの導入も進められている（たとえば、非特許文献２，３参照）。
特開２０００−３２０５６号公報 ティティティ株式会社、"ＴＣＰ２、新セキュリティプロトコル"、［ｏｎｌｉｎｅ］、ホームページ、［平成１７年１１月２５日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.tttnet.ne.jp/tcp2-01.html＞ 大橋久美子 他３名、"ＴＣＰ２を利用した医療セキュアネットワークの構築"、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１７年１１月２５日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.cs-oto.com/jcmi2004/paper/jcmi24/paper/x10162/p10162.html＞ 株式会社ＨＩＴ、"保健指導用教材・ソフト・システムの企画・開発"、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１７年１１月２８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.hokenjoho.co.jp/hits/outline/outline_02.html＞

上記のＩＰｓｅｃは、ＯＳＩ標準における第３層（ネットワーク層）での暗号化技術であり、当該暗号化は、上位層のプロトコルによる影響を受けることなく可能である。

しかしながら、ネットワーク層におけるＩＰレベルの認証あるいは暗号化が行なわれるため、暗号化されたパケットデータの欠落やエラーを監視するトランスポート層のＴＣＰ（Transmission Control Protocol）プロトコルが当該欠落やエラーを認識した場合には、送信先からの再送要求に対して、前回に使用された復号鍵と異なった鍵による復号化が相手方のネットワーク層において行なわれる。この場合、鍵が異なることから復号化が正確に行なわれず、通信が切断される可能性があるという問題がある。

また、たとえば、従来のネットワークセキュリティは、通常は、ゲートウェイ間において確保される。したがって、各ゲートウェイにそれぞれ接続される端末間におけるセキュリティは、ゲートウェイにおけるセキュリテイに依存することになる。しかしながら、各端末ごとのセキュリティが求められている。

たとえば、ファクトリーオートメーションの一形態として、異なる企業向けの部品を生産するための各設備が同一の工場内に設置されている場合もある。各設備が工場のネットワークに接続されている場合、そのネットワークに対して設定された通信のためのセキュリティレベルが各設備にも適用されることになる。このようなネットワーク構成であっても、各企業ごとの設備のセキュリティが求められる。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その第１の目的は、暗号化されたパケットデータの欠落やエラーが発生しても通信を継続できる端末装置を提供することである。

本発明の第２の目的は、通信する端末レベルのセキュリティが確保される端末装置を提供することである。

本発明の第３の目的は、暗号化されたパケットデータの欠落やエラーが発生しても通信を継続できる情報通信システムを提供することである。

本発明の第４の目的は、通信する端末レベルのセキュリティが確保された情報通信システムを提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明のある局面に従うと、ネットワークを介して情報通信装置と通信する端末装置が提供される。この端末装置は、データの入力を受け付ける入力手段と、データ通信の信頼性を確保するための処理が通信路に依存することなく実現される通信プロトコル層に規定されるプロトコルに従って、入力されたデータの暗号化を行なう暗号化手段と、暗号化により生成された暗号化データの復号化を行なうための復号鍵を生成する生成手段と、ネットワークを介して、情報通信装置に対して、暗号化データと復号鍵とを送信する送信手段とを備える。

好ましくは、通信プロトコル層は、ＯＳＩ参照モデルにおいて規定されているトランスポート層である。プロトコルは、トランスポート層における圧縮処理と暗号化処理と認証処理とを行なうためのプロトコルを含む。

好ましくは、端末装置は、情報通信装置から送信された情報に基づいて、情報通信装置に送信されたデータの再送の要求を検出する検出手段をさらに備える。暗号化手段は、再送の要求に応答して、再送が要求されたデータの暗号化をプロトコルに従って行なう。送信手段は、情報通信装置に対して、再送の要求に応答して暗号化が行なわれたデータと、復号鍵とを送信する。

好ましくは、暗号化手段は、ＴＣＰに従うデータおよびＵＤＰ（User Datagram Protocol）に従うデータを暗号化する。

好ましくは、端末装置は、トランスポート層においてプロトコルに従う暗号化処理を実現するためのセキュリティプロトコルスタックを格納する記憶手段をさらに備える。暗号化手段は、セキュリティプロトコルスタックを実行することによりデータを暗号化する。

好ましくは、情報通信装置は、セキュリティプロトコルスタックに基づいて暗号化処理を実行してデータを通信する。送信手段は、情報通信装置に対して、セキュリティプロトコルスタックの実行に基づいて暗号化されたデータを送信する。

好ましくは、入力手段は、端末装置からの指令に基づいて作動する制御対象機器から制御対象機器の状態を表わす状態データの入力を受け付ける。暗号化手段は、状態データを暗号化する。送信手段は、暗号化された状態データを情報通信装置に送信する。

この発明の他の局面に従うと、ネットワークに接続される情報通信装置と、ネットワークを介して情報通信装置と通信する端末装置とを備える情報通信システムが提供される。端末装置は、データの入力を受け付ける入力手段と、データ通信の信頼性を確保するための処理が通信路に依存することなく実現される通信プロトコル層に規定されるプロトコルに従って、入力されたデータの暗号化を行なう暗号化手段と、暗号化により生成された暗号化データの復号化を行なうための復号鍵を生成する生成手段と、ネットワークを介して、情報通信装置に対して、暗号化データと復号鍵とを送信する送信手段とを備える。情報通信装置は、暗号化データと復号鍵とを受信する受信手段と、復号鍵を用いて暗号化データを復号化する復号化手段とを備える。

好ましくは、通信プロトコル層は、ＯＳＩ参照モデルに従うトランスポート層である。プロトコルは、トランスポート層における圧縮処理と暗号化処理と認証処理とを行なうためのプロトコルを含む。

好ましくは、情報通信装置は、端末装置によって送信された送信データの誤りを検出する誤り検出手段と、誤りが検出されたことに基づいて、送信データの再送要求を送信する再送要求手段とをさらに備える。端末装置は、情報通信装置からの情報に基づいて、再送要求を検出する検出手段をさらに備える。暗号化手段は、再送要求に応答して、送信データの暗号化をプロトコルに従って再度行なう。生成手段は、暗号化が行なわれた送信データの復号鍵を生成する。送信手段は、情報通信装置に対して、暗号化が行なわれた送信データと、復号鍵とを送信する。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

図１および図２を参照して、本発明の実施の形態に係る情報通信システムの一態様であるＦＡ（Factory Automation）システム１０について説明する。図１は、ＦＡシステム１０のシステム構成を表わす図である。ＦＡシステム１０は、データセンタ２０と、工場３０と、オフィス４０とを備える。

データセンタ２０は、サービスアプリケーションサーバ２１０−１，２１０−２（以下、総称する時は、アプリケーションサーバ２１０と表わす。）と、インストールサーバ２２０と、設定変更サーバ２３０と、監視サーバ２４０と、クライアントデータベース２５０と、暗号復号化アダプタ２６０と、ルータ２７０とを備える。ルータ２７０は、インターネット１１に接続されている。ルータ２７０は、暗号復号化アダプタ２６０に接続されている。アプリケーションサーバ２１０と、インストールサーバ２２０と、設定変更サーバ２３０と、監視サーバ２４０と、クライアントデータベース２５０と、暗号復号化アダプタ２６９は、内部ネットワークにより相互に接続されている。内部ネットワークは、たとえばＬＡＮ（Local Area Network）である。

工場３０は、情報管理システムとして、ＦＡ制御端末８００と、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）３１と、生産設備３２−１，３２−２と、ルータ３３とを備える。ルータ３３は、インターネット１１，１２にそれぞれ接続されている。ＦＡ制御端末８００と、ＰＬＣ３１と、生産設備３２−１，３２−２と、ルータ３３とは、それぞれＬＡＮその他の内部ネットワークによって相互に接続されている。

オフィス４０は、情報管理システムとして、アプリケーションサーバ４１−１，４１−２，４１−３（以下、アプリケーションサーバ４１と総称する。）と、暗号復号化アダプタ４２と、ルータ４３とを備える。ルータ４３は、インターネット１２に接続されている。ルータ４３は、暗号復号化アダプタ４２に接続されている。アプリケーションサーバ４１は、暗号復号化アダプタ４２に接続されている。

データセンタ２０において、アプリケーションサーバ２１０は、それぞれ、工場３０あるいはオフィス４０に対して提供される情報管理サービスを実現するためのコンピュータシステムである。たとえば、アプリケーションサーバ２１０は、工場３０のＦＡ制御端末８００から送信される情報に基づいて、生産設備３２−１，３２−２における生産実績、稼働時間、停止時間、トラブルの有無等を表わすデータを生成し、それらのデータを工場３０の稼動情報として出力する。

インストールサーバ２２０は、後述する情報通信システムを工場３０のＦＡ制御端末８００に構築するためのインストール処理を実行するコンピュータシステムである。

設定変更サーバ２３０は、工場３０に構築されている情報管理システムの設定を変更するための処理を実行するコンピュータシステムである。たとえば、設定変更サーバ２３０は、生産設備３２−１，３２−２の設定を変更するためのデータ通信をＦＡ制御端末８００との間で行なう。

監視サーバ２４０は、ＦＡ制御端末８００によって送信される情報の内容を監視し、データ内容における誤りの有無を検出する。誤りが検出された場合には、ＦＡ制御端末８００に対してデータの再送を要求する。

クライアントデータベース２５０は、サービスアプリケーションサーバ２１０−１，２１０−２、インストールサーバ２２０、設定変更サーバ２３０あるいは監視サーバ２４０に使用されるデータを格納する。クライアントデータベース２５０は、各コンピュータシステムごとに設けられていてもよい。

工場３０において、生産設備３２は、たとえば部品の加工設備、製品の組み立て設備等である。ＰＬＣ３１は、生産設備３２に対して、予め設定されたプログラムに従って、予め定められた処理の実行を指示する信号を送出する。当該処理は、たとえば、部品の搬送、加工後の部品の検査、あるいは前後の工程との間の同期を取るための一時的な待機等を含む。また、ＰＬＣ３１は、生産設備３２から、各処理ごとの実績を表わすデータを受信する。たとえば、生産設備３２は、加工した部品の数、検査した結果の数値、加工に要した時間、停止していた時間その他の稼動情報をＰＬＣ３１に送信する。ＰＬＣ３１は、生産設備３２からの情報を内部メモリに保持し、ＦＡ制御端末８００に対して定期的に、あるいはＦＡ制御端末８００からの送信要求に応答して送信する。

ＦＡ制御端末８００は、ＰＬＣ３１によって送信されたデータ、あるいは生産設備３２によって送信されたデータを内部メモリ（たとえばフラッシュメモリ、ハードディスク等）に保持する。ＦＡ制御端末８００は、内部メモリに保持されているデータを、データセンタ２０のアプリケーションサーバ２１０からの要求に応答して、あるいは、オフィス４０のアプリケーションサーバ４１からの要求に応答して、各要求先に対して、送信が求められたデータを送信する。このとき送信されるデータは、後述するように、暗号化されたデータである。

図２は、データセンタ２０のシステム構成を表わす図である。インストールサーバ２２０と、設定変更サーバ２３０と、監視サーバ２４０と、アプリケーションサーバ２１０とは、それぞれ別個に構成されているが、構成の態様は、図２に示されるものに限られない。たとえば、１つのコンピュータシステムによって構成されてもよい。

図３を参照して、データセンタ２０を構成するコンピュータシステムの構成について説明する。図３は、アプリ−ケーションサーバ２１０のハードウェア構成を表わすブロック図である。なお、インストールサーバ２２０、設定変更サーバ２３０、監視サーバ２４０のハードウェア構成も、アプリケーションサーバ２１０のハードウェア構成と同様である。

アプリケーションサーバ２１０は、主たる構成要素として、演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）３１０と、データを一時的に保持するＲＡＭ（Random Access Memory）３４０と、データを不揮発的に格納するハードディスク３５０と、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc − Read Only Memory）駆動装置３６０と、通信ＩＦ（Interface）３９０とを備える。ＣＤ−ＲＯＭ駆動装置３６０には、ＣＤ−ＲＯＭ３６２が装着される。各構成要素は、データバスによって相互に接続されている。

アプリケーションサーバ２１０における処理は、各ハードウェアおよびＣＰＵ３１０により実行されるソフトウェアによって実現される。このようなソフトウェアは、ハードディスク３５０に予め記憶されている場合がある。また、ソフトウェアは、ＣＤ−ＲＯＭ３６２その他の記憶媒体に格納されて、プログラム製品として流通している場合もある。あるいは、ソフトウェアは、いわゆるインターネットに接続されている情報提供事業者によってダウンロード可能なプログラム製品として提供される場合もある。このようなソフトウェアは、ＣＤ−ＲＯＭ駆動装置３６０その他の読取装置によりその記憶媒体から読み取られて、あるいは、通信ＩＦ３９０を介してダウンロードされた後、ハードディスク３５０に一旦格納される。そのソフトウェアは、ＣＰＵ３１０によってハードディスク３５０から読み出され、ＲＡＭ３４０に実行可能なプログラムの形式で格納される。ＣＰＵ３１０は、そのプログラムを実行する。

図３に示されるアプリケーションサーバ２１０を構成する各ハードウェアは、コンピュータシステムの構成として一般的なものである。コンピュータシステムの各ハードウェアの動作は周知である。したがって、コンピュータシステムについての詳細な説明は、述べない。

ここで、ＯＳＩ参照モデルについて述べる。ＯＳＩ参照モデルは、周知のように、具体的には、物理層（第１層）、データリンク層（第２層）、ネットワーク層（第３層）、トランスポート層（第４層）、セッション層（第５層）、プレゼンテーション層（第６層）、およびアプリケーション層（第７層）を含む。このうち、トランスポート層（第４層）は、ネットワークの両端にあるアプリケーションプロセス、すなわち、エンド・ツー・エンドで互いに通信を行なうプロセスが通信網に依存することなく相互にデータのやり取りを行なうための機能を提供する。なお、ネットワークの両端とは、たとえばインターネットを介して通信を行なう各端末に相当する。トランスポート層は、データの送信元および最終的な宛先を管理し、伝送路の途中に存在するルータのような中継機器には関係しない。

このため、トランスポート層においてデータ通信における暗号化処理を行なうことにより、伝送路の途中に存在する機器を考慮することなくネットワークの両端における通信セキュリティ、たとえば、いわゆるＶＰＮと称されるネットワークを構築することができる。このようにすると、端末同士で通信内容が保護された通信路を確立することができるため、複数の端末からなるネットワークシステムにおいて、通信セキュリティの目的に応じたネットワークを構築することができる。

図４を参照して、本実施の形態に係る情報通信システムにおいて使用される通信プロトコルにより実現される機能について説明する。図４は、ＯＳＩ参照モデルにおけるプロトコル層を表わす図である。

状態（Ａ）は、従来のプロトコル層においてパケットが流れる状態である。トランスポート層では、転送されるパケットについて、認証、暗号化、鍵交換等の処理が実行される。従来のトランスポート層において規定されるプロトコルに従うと、転送されるパケットが正規のパケットであっても、不正なパケットであっても、認証処理、暗号化処理、鍵交換等が行なわれる。そのため、不正なデータも相手先に送信されることになる。

これに対して、状態（Ｂ）は、本実施の形態に係る情報通信システムに適用されるプロトコル層においてパケットが流れる状態である。前記したＴＣＰ２がトランスポート層に対して適用されることにより、正規のパケットのみについて、認証、暗号化、鍵交換等の処理が実行される。不正のパケットに対しては、これらの処理は行なわれず、相手先に対して送信されない。

ここで本実施の形態に係る情報通信システムが実装するＴＣＰ２についてその概略を説明する。ＴＣＰ２は、その主たる機能として、暗号化処理と、不正検出処理とを実現する。暗号化処理においては、ＴＣＰ２は、トランスポート層における暗号化処理を実現するＴＣＰ２は、ＴＣＰおよびＵＤＰに対して暗号化機能を適用できる。ＴＣＰ２自身は、暗号化のためのプロトコルを規定しない。したがって、情報通信システムのユーザが暗号化処理のためのプロトコルを選択することができる。ＴＣＰ２によれば、他のプロトコルスタックにおいて実現されるセキュリティ機器に影響が及ばないように、セキュリティ機能を追加することができる。

ＴＣＰ２はソケットの下位に位置するため、アプリケーションプログラムは、使用者が意識することなく暗号化される。また、ＴＣＰ２はＩＰの上位に位置するため、ＴＣＰ２を実装するコンピュータシステムは、インターネット、ＬＡＮ等に容易に接続される。また、後述するように、トランスポート層における暗号化により、ルータその他のネットワーク通信機器に依存することなく、コンピュータシステム同士その他の端末間で、いわゆるエンド・ツー・エンドの態様でセキュリティが確保された通信が実現される。

また、不正検出処理に関し、ＴＣＰ／ＩＰに対応するＤｏｓ（Denial of Service attack）攻撃その他の侵入手法をデータベース化することにより、検知、破棄、警告等の各処理を行なうことができる。また、通信のシャットダウン、ハイジャックなどを実現することができる。また、クラッキングアナライザとの親和性により、たとえば、ＯＳＩ参照モデルにおける全７階層について、不正検出を実現することができる。

ＴＣＰ２は、このようにトランスポート層においてデータ通信のためのセキュリティを実現する論理的モジュールである。そのため、ＴＣＰ２は、下位の階層、たとえばネットワーク層、データリンク層において実現される機能による影響を受けない。具体的には、たとえば、従来の情報通信システムにおいて用いられるルータ、ファイアウォール等の通信機器、あるいはアプリケーションプログラムに対して影響を及ぼすことなく導入され得る。また、たとえば生体認証のような新技術が導入される場合に、プログラムインターフェイスによって当該新技術を導入することが可能になる。したがって、ＴＣＰ２を導入しているシステムにおける拡張性を確保することができる。

たとえば、情報を管理するセンタに排紙されるコンピュータシステムと端末とをインターネット等を介して接続する場合、端末側にファイアウォール等のセキュリティ機器を設けなくてもよい。したがって、たとえば遠隔監視を行なう場合でも、遠隔監視の対象となる端末台数が多くなっても、セキュリティ技術を導入するためのコストを抑制することができる。

また、ＴＣＰ２はソフトウェアとして実現できるため、ＣＰＵ、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）その他の演算処理装置に当該ソフトウェアを実行させることにより、容易にセキュリティを実現することができる。また、当該セキュリティのためのハードウェアが不要となる。

また、電子メールの送受信に関し、ＴＣＰ２によれば、アプリケーションプログラムを変更することなく、ＰＯＰ（Post Office Protocol）、ＳＭＴＰ（Simple Mail Transfer Protocol）を暗号化することができる。また、たとえばＳＳＬは、ＵＤＰ（User Diagram Protocol）パケットの暗号化に対応していないが、ＴＣＰ２は、ＵＤＰによるＤＮＳ（Domain Name Server）、ＳＮＭＰ（Simple Network Management Protocol）その他のネットワーク管理プロトコルに従う通信も暗号化でき、またデータの改ざんを防止することができる。さらに、たとえばＩＰ電話における盗聴等を防止することもできる。

さらに、ＴＣＰ２によれば、他人のコンピュータのデータやプログラムの盗み見、改ざん、破壊などの、いわゆるクラッキングを解析するクラッキングアナライザとの親和性も確保できる。クラッキングアナライザは、通過すべき通信をリアルタイムに解析し、認知し、そして許可する。クラッキングアナライザは、侵入検知、防御用のＩＤＳ（Intrusion Detection System）、ＩＤＰ（Intrusion Detection Prevention）等に類似するものであるが、業務として許可すべきパケットだけを確保することができる。すなわち、未知のものは排除が可能となる。

また、ＴＣＰ２とクラッキングアナライザとを併用することにより、侵入の防御を強化することができる。たとえば、未知のコンピュータウィルス、ウォームその他の新たな攻撃に対して、都度対処する手法に代えて、業務情報、項目その他の通信されるデータを予め定義しておくことにより、ネットワーク上で通信されるデータを限定することができる。この場合、定義されていないデータが検出されると、そのようなデータは破棄されるため、コンピュータウィルス、ウォームその他の不正なデータの侵入を防止することができる。換言すれば、不正な侵入その他の攻撃が行なわれてから対応するような従来の対処に代えて、想定される事態に対して必要な対処を予め準備することができる。

セキュリティに関し、ＴＣＰ２によって実現される効果について、機能ごとに分けて説明する。（１）認証機能：従来、たとえばファイアフォール等によれば、ルールに従ったデータが送信された場合には、そのようなデータの侵入あるいは攻撃の検知が不可能である。しかしながら、ＴＣＰ２によれば、システムの構築時において、正規の情報通信機器、あるいはユーザの設定は、より自由度の高い方法で登録が可能である。また、ＴＣＰ２に基づく認証も行なわれる。通信時においても、暗号化されたパケットを復号化する際に不正アクセスが検知されるため、不正アクセスを防御することもできる。

（２）暗号化機能：従来、たとえばＳＳＬ（Security Socket Layer）が用いられている場合には、アプリケーション開発の際には暗号化を意識して開発を行なう必要がある。これに対して、ＴＣＰ２は、ＯＳＩ参照モデルにおけるトランスポート層に容易に実装される。また、暗号化処理はトランスポート層において行なわれることになる。したがって、アプリケーション層が暗号化を意識する必要がなくなるため、アプリケーション開発を容易に実行することができる。

（３）不正侵入防御：従来、ウィルススキャンプログラム等のウィルス検知機能は、ウィルスを有するデータがシステムに侵入してから稼動する。そのため、不正侵入の防御に限界がある。これに対して、ＴＣＰ２によれば、ウィルスを有するデータが、システムあるいはノードから、システムにアクセスする回線その他のネットワークに入る前に、リアルタイムベースでの検知が実行される。

（４）ＶＰＮ機能：従来、ＩＰｓｅｃ等に対応したルータと設定とが必要になることから、システム構成が簡易に実現できない場合がある。また、インターネットにおけるＶＰＮでは、確保されるセキュリティレベルに制限がある。これに対して、ＴＣＰ２によると、認証、暗号化、およびデータの完全性はトランスポート層において実現される。このため、ＶＰＮのための専用の通信機器が必要ではなくなり、既存の汎用の通信機器等のＩＴ（Information Technology）資産によってＶＰＮを実現できる。また、ＶＰＮがトランスポート層において実現されることにより、トンネリングのセキュリティレベルが高度化される。

（５）スループット能力：従来、ＩＰｓｅｃが用いられると、ＩＰｓｅｃが用いられない場合に比べて、スループットが大幅に低下するという問題があった。しかしながら、トランスポート層においてＴＣＰ２が適用されることにより、ＩＰｓｅｃによって実現される機能を維持しつつ、ＴＣＰのみが適用されてＴＣＰ２が適用されない場合に比べて、スループットの大幅な低下を防止できる。たとえば、ある一例によれば、ＴＣＰ２の適用前の９０％の水準のスループットが適用される。

ＴＣＰ２について、たとえば、「www.cs-oto.com/jcmi2004/paper/jcmi24/paper/ x10162/p10162.html」において、大橋、五味、水島、田中らによる実験結果が開示されている（大橋久美子、五味悠一郎、水島洋、田中博、東京医科歯科大学大学院 医歯学総合研究科生命情報学、「ＴＣＰ２を利用した医療セキュアネットワークの構築」）。

次に、図５を参照して、ＦＡシステム１０において通信されるデータについて説明する。図５（Ａ）は、工場３０からデータセンタ２０に送信されるパケット５１０を表わす図である。

パケット５１０は、領域５１１〜５１６を含む。パケット５１０は、工場３０からデータセンタ２０に送信されるパケットである。ヘッダは領域５１１に格納されている。データの送信先を表わす情報は、領域５１２に格納されている。データの送信元を表わす情報は、領域５１３に格納されている。この情報は、ＦＡシステム１０において予め設定された暗号処理によって暗号化されている。送信される具体的な情報は、領域５１４に格納されている。たとえば、ＦＡシステム１０を管理するために予め設定されたデータが含まれる。当該予め設定されたデータは、たとえば生産設備ごとに予め割り当てられた識別データ、各設備ごとに割り当てられている暗号化鍵、予め設定されているパスワード等を含む。領域５１４に格納されている情報を復号化するための復号鍵は、領域５１５に格納されている。パケット５１０の誤りを検出するためのデータは、領域５１６に格納されている。

データセンタ２０がパケット５１０を受信すると、データセンタ２０は、領域５１５に格納されている復号鍵を用いて領域５１４に格納されている情報を復号化する。これにより、ＦＡシステム１０についての設定データがデータセンタ２０によって正規に取得されることになる。

図５（Ｂ）は、データセンター２０から工場３０に送信されるパケット５２０を表わす図である。パケット５２０は、領域５２１〜５２６を含む。領域５２１〜５２３に含まれる情報は、領域５１１〜５２３に含まれる情報と同じ内容である。設定更新用データは、領域５２４に格納されている。このデータは、たとえば、ＦＡシステム１０における設定を変更するためのデータである。このデータも暗号化されている。領域５２４に格納されている情報を復号するための復号鍵は、領域５２５に格納されている。パケット５２０の誤りを検出するためのデータは、領域５２６に格納されている。

工場３０においてＦＡ制御端末８００がパケット５２０を受信すると、ＦＡ制御端末８００は、パケット５２０の誤りの有無を検出し、誤りがない場合には領域５２５に格納されている復号鍵を用いて領域５２４に格納されているデータを復号化する。これにより、たとえば、ＦＡシステム１０における設定を変更するためのデータが取得されると、ＦＡ制御端末８００はそのデータに基づいて、たとえば、生産設備３１のいずれかの設定を変更する。たとえば、検査工程において使用される許容誤差が変更される。あるいは、加工設備における単位あたり加工時間が変更される。

図５（Ｃ）は、オフィス４０から工場３０に送信されるパケット５３０を表わす図である。パケット５３０は、領域５３１〜５３６を含む。領域５３１〜５３３に含まれる情報の内容は、領域５１１〜５１３に含まれる情報の内容に対応する。工場３０における生産設備３１の稼動情報の送信要求は、領域５３４に格納されている。その送信要求は、オフィス４０と工場３０との間で予め規定された暗号化処理によって暗号化されている。暗号化されている送信要求を復号化するための復号鍵は、領域５３５に格納されている。パケット５３０の誤りを検出するためのデータは、領域５３６に格納されている。

工場３０においてＦＡ制御端末８００がパケット５３０を受信すると、パケット５３０の誤りの有無が確認される。誤りが検出されない場合には、ＦＡ制御端末８００は、領域５３５に格納されている復号鍵を用いて領域５３４に格納されている情報を復号化する。この復号化が完了すると、ＦＡ制御端末８００は、工場３０における設備の稼動情報の送信がオフィス２０によって要求されることを検知する。そこで、ＦＡ制御端末８００は、ＰＬＣ３１に格納されている生産設備３２ごとの稼動情報を読み出して、送信用のデータをパケット５４０として生成する。稼動情報は、たとえば上記のような項目を含む。

図５（Ｄ）は、工場３０からオフィス４０に送信されるパケット５４０を表わす図である。パケット５４０は、領域５４１〜５４６を含む。領域５４１〜５４３に含まれる情報の内容は、領域５１１〜５１３に含まれる情報の内容に対応する。上記の送信要求に応答して送信される稼動情報は、領域５４４に格納されている。稼動情報は、たとえば生産設備の番号、当該設備による生産実績、当該設備の稼働時間あるいは停止時間、検査結果等を含む。稼動情報は、オフィス４０と工場３０との間で予め規定された暗号化処理によって暗号化されている。暗号化されている稼動情報を復号化するための復号鍵は、領域５４５に格納されている。パケット５４０の誤りを検出するためのデータは、領域５４６に格納されている。

オフィス４０において、アプリケーションサーバ４１がパケット５４０を受信すると、領域５４６に格納されているＦＣＳに基づいて誤りの有無が確認される。パケット５４０が正常に送信されている場合には、アプリケーションサーバ４１は、領域５４５に格納されている復号鍵を用いて領域５４４に格納されているデータを復号化する。復号化が正常に完了すると、アプリケーションサーバは、工場３０のＦＡ制御端末８００によって正常に送信された稼動情報を取得することができる。

図６を参照して、ＴＣＰ２の導入について説明する。図６は、ＴＣＰ２をインストールするための処理の手順を表わす図である。

ステップＳ６１０にて、インストール端末６００は、インストーラを起動しそのインストーラを用いてＦＡ制御端末８００に対して暗号化されたＴＣＰ２をインストールする。

ステップＳ６１２にて、インストール端末６００は、インストールを行なう使用者によって入力された設置情報（ＩＤ（Identification）、パスワード、設置場所など）に基づいて、インストールサーバ２２０にアップロードする。ステップＳ６１４にて、インストール端末６００はさらに作業者によって入力された機器情報（ＭＡＣ（Media Access Control）、ＣＰＵ情報）のアップロードをインストールサーバ２２０に対して行なう。

ステップＳ６１６にて、インストールサーバ２２０を、インストール端末６００から送信された各種データをクライアントデータ部Ｓ６０６に格納し、データベースを作成する。

ステップＳ６１８にて、ＦＡ制御端末８００は、インストール端末６００からインストールされたＴＣＰ２を起動して、そのプロトコル（暫定的なＴＣＰ２）に基づいて暗号化情報を生成し、その情報をネットワークを介してインストールサーバ２２０に対して送信する。暗号化される情報は、たとえば設置情報、機器情報などを含む。

ステップＳ６２０にて、インストールサーバ２２０は、ＦＡ制御端末８００から受信した暗号化されたデータの復号化を行なう。ステップＳ６２２にて、インストールサーバ２２０は、クライアントデータベース２５０に格納されているデータと、ステップＳ６２０にて復号化されたデータとの突合せを行なう。ステップＳ６２４にて、インストールサーバ２２０は、ＴＣＰ２を用いてシリアルナンバー、ユーザＩＤなどを暗号化し、暗号化されたデータをＦＡ制御端末８００に送信する。

ステップＳ６２６にて、ＦＡ制御端末８００は、インストールサーバ２２０から受信した暗号化されたシリアルナンバー、ユーザＩＤなどをＴＣＰ２情報として暗号化されたままの状態で端末のＲＡＭに格納する。

ステップＳ６２８にて、インストールサーバ２２０は、ＦＡ制御端末８００に対してＴＣＰ２に従う復号鍵を提供する。ステップＳ６３０にて、ＦＡ制御端末８００は、インストールサーバ２２０に対して暗号化通信を確認するためのデータのアップロードを行なう。ステップＳ６３０にて、インストールサーバ２２０は、ＦＡ制御端末８００に対してアップロードされた確認情報に対する応答信号を返信する。

図７は、ＴＣＰ２プロトコルを用いた通信処理の手順を表わす図である。
ステップＳ７１０にて、ＦＡ制御端末８００は、外部からの起動指示の入力に応答して予め定められた動作を開始する。ステップＳ７２０にて、ＦＡ制御端末８００は、通信端末７０２に対して接続要求を送信する。ここで、通信端末７０２は、たとえば、オフィス４０に設置されているＴＣＰ２を導入した情報通信システムを管理するためのコンピュータシステムである。通信端末７０２がその要求に応答して予め定められた通信セッションを開始すると、ＦＡ制御端末８００と通信端末７０２との間の接続が完了する。

ステップＳ７３０にて、ＦＡ制御端末８００は、ＴＣＰ２情報、機器情報、設置情報のアップロードを行なう。

ステップＳ７４０にて、通信端末７０２は、ＦＡ制御端末８００から受信したＴＣＰ２情報、機器情報、設置情報に基づいて予め設定された認証処理を行なう。具体的には、通信端末７０２は、ＦＡ制御端末８００から受信したデータとクライアントデータベース２５０に格納されているデータとを比較してＦＡ制御端末８００が正当な端末であるか否かを確認する。通信端末７０２がＦＡ制御端末８００は正当な端末であると確認すると、接続は完了する（ステップＳ７５０）。

ステップＳ７６０にて、通信端末７０５には、アプリケーションサーバ４１に対して復号鍵を提供する。ステップＳ７７０にて、アプリケーションサーバ４１とＦＡ制御端末８００とは、データ通信を開始する。その後の通信では、送信されるデータが送信側において暗号化され、受信側は受信したデータの復号化を行なう。

図８は、ＦＡ制御端末８００のハードウェア構成を表わすブロック図である。ＦＡ制御端末８００は、主たる構成として、ＣＰＵ８１０と、ＰＨＹ８２０と、ＴＲ８３０と、スイッチングハブ８４０と、フラッシュＲＯＭ８５０と、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic RAM）８６０と、入出力インターフェイス８７０とを含む。各構成要素はデータバスによって接続されている。ＦＡ制御端末８００は、さらにインターネット８９０に接続されている。

図９は、ＳＤＲＡＭ８６０におけるメモリ領域の構成を表わす図である。ＳＤＲＡＭ８６０は、ＦＡ制御ＡＰ（Application Program）用メモリ領域９１０と、データ展開用メモリ領域９２０と、ＴＣＰ２用メモリ領域９３０とを含む。ＦＡ制御ＡＰ用メモリ領域９１０は、ＦＡ制御端末８００によって制御される装置についてのデータを格納する。データ展開用メモリ領域９２０は、ＦＡ制御端末８００が受信した暗号化されたパケットデータを格納する。ＴＣＰ２用メモリ領域９３０は、ＦＡ制御端末８００によって使用されるＴＣＰ２プロトコルを実行するためのデータを格納する。

図１０を参照して、ＦＡ制御端末８００の制御構造について説明する。図１０は、ＣＰＵ８１０が実行する処理の手順を表わすフローチャートである。

ステップＳ１０１０にて、ＣＰＵ８１０は、インターネット８９０を介して受信した暗号パケットをＳＤＲＡＭ８６０のデータ展開用メモリ領域９２０に書き込む。ステップＳ１０２０にて、ＣＰＵ８１０は、ＳＤＲＡＭ８６０のＴＣＰ２用メモリ領域９３０に格納されているＴＣＰ２プロトコルを作動させる。ステップＳ１０３０にて、ＣＰＵ８１０は、受信した暗号パケットを複合化してデータ展開用メモリ領域９２０に蓄積する。ステップＳ１０４０にて、ＣＰＵ８１０は、復号化されたデータに基づいて、入出力インターフェイス８７０その他のデバイスに接続されているネットワークを介して、各種スレーブ（生産設備３２その他の被制御機器）の制御を行なう。

ステップＳ１０５０にて、ＣＰＵ８１０は、各種スレーブから送信されたデータを受信する。このデータは、各生産設備３２から送信されることもあれば、ＰＬＣ３１に格納されているデータが読み出されたものであってもよい。ステップＳ１０６０にて、ＣＰＵ８１０は、受信したデータの暗号化を行なう。ステップＳ１０７０にて、ＣＰＵ８１０は、暗号化したデータをインターネット８９０を介して送信する。このようなデータは、オフィス４０において、アプリケーションサーバ４１によって受信され、そして復号化される。

以上のようにして、本実施の形態に係る端末装置および情報通信装置を備えるＦＡシステム１０によると、ＯＳＩ参照モデルにおいて規定されるトランスポート層において認証、暗号化、鍵交換が行なわれる。このため、トランスポート層よりも下位に位置するネットワーク層において規定される通信経路に依存することなく、端末間でＶＰＮを形成することができる。その結果、いわゆるエンド・ツー・エンドの通信が実現されるため、端末レベルのセキュリティが確保された通信ネットワークを提供することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

ＦＡシステム１０のシステム構成を表わす図である。 データセンタ２０のシステム構成を表わす図である。 アプリ−ケーションサーバ２１０のハードウェア構成を表わすブロック図である。 ＯＳＩ参照モデルにおけるプロトコル層を表わす図である。 ＦＡシステム１０において通信されるデータを表わす図である。 ＴＣＰ２をインストールするための処理の手順を表わす図である。 ＴＣＰ２プロトコルを用いた通信処理の手順を表わす図である。 ＦＡ制御端末８００のハードウェア構成を表わすブロック図である。 ＳＤＲＡＭ８６０におけるメモリ領域の構成を表わす図である。 図１０は、ＣＰＵ８１０が実行する処理の手順を表わすフローチャートである。

符号の説明

１０ ＦＡシステム、１１，１２ インターネット、２０ データセンタ、３０ 工場、３１ ＰＬＣ、３２ 生産設備、４０ オフィス。

Claims (10)

1. ネットワークを介して情報通信装置と通信する端末装置であって、
   データの入力を受け付ける入力手段と、
   データ通信の信頼性を確保するための処理が通信路に依存することなく実現される通信プロトコル層に規定されるプロトコルに従って、入力された前記データの暗号化を行なう暗号化手段と、
   前記暗号化により生成された暗号化データの復号化を行なうための復号鍵を生成する生成手段と、
   前記ネットワークを介して、前記情報通信装置に対して、前記暗号化データと前記復号鍵とを送信する送信手段とを備える、端末装置。
2. 前記通信プロトコル層は、ＯＳＩ（Open Systems Interconnection）参照モデルにおいて規定されているトランスポート層であり、
   前記プロトコルは、前記トランスポート層における圧縮処理と暗号化処理と認証処理とを行なうためのプロトコルを含む、請求項１に記載の端末装置。
3. 前記情報通信装置から送信された情報に基づいて、前記情報通信装置に送信されたデータの再送の要求を検出する検出手段をさらに備え、
   前記暗号化手段は、前記再送の要求に応答して、前記再送が要求されたデータの暗号化を前記プロトコルに従って行ない、
   前記送信手段は、前記情報通信装置に対して、前記再送の要求に応答して暗号化が行なわれたデータと、前記復号鍵とを送信する、請求項２に記載の端末装置。
4. 前記暗号化手段は、ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）に従うデータおよびＵＤＰ（User Datagram Protocol）に従うデータを暗号化する、請求項２に記載の端末装置。
5. 前記トランスポート層において前記プロトコルに従う暗号化処理を実現するためのセキュリティプロトコルスタックを格納する記憶手段をさらに備え、
   前記暗号化手段は、前記セキュリティプロトコルスタックを実行することにより前記データを暗号化する、請求項２に記載の端末装置。
6. 前記情報通信装置は、前記セキュリティプロトコルスタックに基づいて暗号化処理を実行してデータを通信し、
   前記送信手段は、前記情報通信装置に対して、前記セキュリティプロトコルスタックの実行に基づいて暗号化されたデータを送信する、請求項５に記載の端末装置。
7. 前記入力手段は、前記端末装置からの指令に基づいて作動する制御対象機器から前記制御対象機器の状態を表わす状態データの入力を受け付け、
   前記暗号化手段は、前記状態データを暗号化し、
   前記送信手段は、暗号化された前記状態データを前記情報通信装置に送信する、請求項６に記載の端末装置。
8. ネットワークに接続される情報通信装置と、前記ネットワークを介して前記情報通信装置と通信する端末装置とを備え、前記端末装置は、
   データの入力を受け付ける入力手段と、
   データ通信の信頼性を確保するための処理が通信路に依存することなく実現される通信プロトコル層に規定されるプロトコルに従って、入力された前記データの暗号化を行なう暗号化手段と、
   前記暗号化により生成された暗号化データの復号化を行なうための復号鍵を生成する生成手段と、
   前記ネットワークを介して、前記情報通信装置に対して、前記暗号化データと前記復号鍵とを送信する送信手段とを備え、
   前記情報通信装置は、
   前記暗号化データと前記復号鍵とを受信する受信手段と、
   前記復号鍵を用いて前記暗号化データを復号化する復号化手段とを備える、情報通信システム。
9. 前記通信プロトコル層は、ＯＳＩ（Open Systems Interconnection）基準に従うトランスポート層であり、
   前記プロトコルは、前記トランスポート層における圧縮処理と暗号化処理と認証処理とを行なうためのプロトコルを含む、請求項８に記載の情報通信システム。
10. 前記情報通信装置は、
    前記端末装置によって送信された送信データの誤りを検出する誤り検出手段と、
    前記誤りが検出されたことに基づいて、前記送信データの再送要求を送信する再送要求手段とをさらに備え、
    前記端末装置は、前記情報通信装置からの情報に基づいて、前記再送要求を検出する検出手段をさらに備え、
    前記暗号化手段は、前記再送要求に応答して、前記送信データの暗号化を前記プロトコルに従って再度行ない、
    前記生成手段は、前記暗号化が行なわれた前記送信データの復号鍵を生成し、
    前記送信手段は、前記情報通信装置に対して、前記暗号化が行なわれた前記送信データと、前記復号鍵とを送信する、請求項９に記載の情報通信システム。

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