JP6129523B2 - 通信装置およびプログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、通信装置、通信システムおよびプログラムに関する。

鍵生成・共有システムには、２つのネットワーク（鍵共有ネットワーク、アプリケーションネットワーク）が存在する。鍵共有ネットワークは、複数のリンクによって相互に接続され、ネットワーク化された複数のノードから構成される。各ノードは、リンクによって接続された対向ノードとの間で乱数を生成および共有する機能と、生成および共有した乱数を暗号鍵（以下、リンク鍵）として利用して、リンク上で暗号通信を行う機能とを備える。また、ノードのうちの幾つかは、リンクとは独立に乱数である暗号鍵（以下、アプリケーション鍵）を生成する機能と、別のノードに対してリンクを介してアプリケーション鍵を送信する機能を備える。

アプリケーションは、ノードから、アプリケーション鍵を取得し、取得したアプリケーション鍵を暗号鍵として利用して、別のアプリケーションとの間で暗号データ通信を行う機能を備える。このときの暗号データ通信は、インターネット等の鍵共有ネットワークとは異なるネットワーク（アプリケーションネットワーク）によって実現されてよい。また、ノードとアプリケーションは、一体として実現されてもよい。ノードとアプリケーションを独立した端末として構成し、その間でアプリケーション鍵を送受信するようにしてもよい。

ノードにおいて、リンクによって接続された対向ノードとの間で乱数（リンク鍵）を生成および共有する機能は、例えば、一般に量子暗号または量子鍵配送（ＱＫＤ（Quantum Key Distribution））と呼ばれる技術によっても実現できる。

Dianati, M., Alleaume, R., Gagnaire, M. and Shen, X. （2008）, Architecture and protocols of the future European quantum key distribution network. Security and Communication Networks, 1: 57-74. DOI: 10.1002/sec.13 Kollmitzer C., Pivk M. （Eds.）, Applied Quantum Cryptography, Lect. Notes Phys. 797 （Springer, Berlin Heidelberg 2010）, p155-p168, DOI 10.1007/978-3-642-04831-9

ノード間リンクにおけるアプリケーション鍵中継の安全性は、例えば量子鍵配送技術を用いることで保証される。一方、アプリケーション鍵を転送するノード自体の安全性は、別の方法によって高めておく必要がある。

実施形態の通信装置は、相互に鍵情報を共有する複数の外部装置と接続される。通信装置は、検出部と、指示部と、を備える。検出部は、外部装置のうち攻撃を受けた外部装置を検出する。指示部は、検出された外部装置との間で共有される鍵情報の利用停止を指示する。

実施形態における通信システムの構成図。 第１の実施形態におけるノードのブロック図。 第１の実施形態におけるアプリケーションのブロック図。 第１の実施形態における監視サーバのブロック図。 第１の実施形態におけるセンサ機器のブロック図。 第１の実施形態の動作を示すシーケンス図。 第２の実施形態におけるノードのブロック図。 実施形態の装置のハードウェア構成図。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる通信装置の好適な実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
鍵共有ネットワークでは、ノードがアプリケーション鍵を中継して転送することにより、アプリケーションが通信するために必要なノード間でのアプリケーション鍵の共有を安全に行っている。アプリケーション鍵の安全性を確保することが、鍵共有ネットワークにおいて重要である。上述のように、ノード間リンクの安全性は量子鍵配送技術を用いることで保証される。

一方、ノードのコンピュータに対して不正に侵入して、中継して転送するアプリケーション鍵またはアプリケーション鍵を暗号化するために利用するリンク鍵を盗み出したり盗聴したりする攻撃が発生しうる。これらのコンピュータに対する攻撃は、既存技術のコンピュータネットワークセキュリティ技術で防ぐことが可能である。しかし、無条件に安全と言える技術は存在しない。さらに、ノードに対して物理的に攻撃を仕掛けられる可能性もある。例えば、ノードが中継して転送するアプリケーション鍵を一時的に保持するメモリ装置、または、ノード間リンクで共有するリンク鍵を保持するメモリおよびディスク装置を物理的に盗まれる、等の攻撃が考えられる。

このように、鍵共有ネットワークを構成するノードが攻撃を受け、そのノードが利用するアプリケーション鍵の中継機能の健全性、および、そのノードと共有しているリンク鍵の安全性が危険に晒される場合がある。しかし、このような場合に、鍵生成・共有システムとしてどのように動作すれば、システムとしての安全性および健全性が維持できるかについては、明らかになっていない。

第１の実施形態にかかる通信システムは、鍵共有ネットワークの状況を監視する監視サーバを備える。監視サーバは、鍵共有ネットワークにおけるノードの接続状況、アプリケーション鍵の共有状況、および、リンク鍵の共有状況を監視する。また、監視サーバは、あるノードへの攻撃を検出した際には、このノードを避けるアプリケーション鍵の共有ルートを再構築させる。さらに、監視サーバは、攻撃を受けたノードとアプリケーション鍵またはリンク鍵を共有しているノード群に対し、共有している鍵を廃棄し、使用しないように指示する。これにより、鍵共有ネットワークにおいて、あるノードが攻撃に晒されたとしても、システムとして、セキュアなアプリケーション鍵共有機能を維持することができる。

図１は、本実施形態における通信システムの構成例を示す図である。なお、図１は、ノードとアプリケーションとが独立に実現される場合の一例である。通信システムは、ノード１００ａ〜１００ｅと、監視サーバ２００と、アプリケーション３００ａ、３００ｂと、を含む。

ノード１００ａ〜１００ｅを区別する必要がない場合は、単にノード１００という場合がある。アプリケーション３００ａ、３００ｂを区別する必要がない場合は、単にアプリケーション３００という場合がある。ノード１００の個数は５に限られるものではない。また、アプリケーション３００の個数は２に限られるものではない。

ノード１００ａ〜１００ｅは、上述のように、対向ノードとの間で乱数を生成して共有する機能と、生成した乱数をリンク鍵として利用して、鍵共有ネットワーク５２上で、別途生成する乱数であるアプリケーション鍵を、暗号化・復号化を繰り返して転送し、相互に共有する機能とを備える。アプリケーション３００ａ、３００ｂは、ノード１００からアプリケーション鍵を取得し、アプリケーションネットワーク５３上で、アプリケーション鍵を用いた暗号通信を行う。

本実施形態では、鍵共有ネットワーク５２およびアプリケーションネットワーク５３の他に、さらに２つのネットワーク（管理ネットワーク５１および監視ネットワーク５４）が存在する。管理ネットワーク５１には、監視サーバ２００が存在する。監視サーバ２００は、鍵共有ネットワーク５２上のノード群から、ノード１００やノード間における鍵共有の状況情報、および、ノード１００への攻撃に関する情報等を収集してモニタリングする。さらに監視サーバ２００は、監視ネットワーク５４とも接続される。監視ネットワーク５４には、ノード１００または鍵共有ネットワーク５２の物理セキュリティを監視するためのセンサ機器４００が接続される。

センサ機器４００は、例えば、監視カメラ、振動センサ、扉開閉センサ、および、火災センサ（火災報知器）等、または、これらのセンサを備えたコンピュータである。センサ機器４００は、ノード１００（ノード１００は一般にサーバールーム等に設置される）の物理セキュリティを監視する。図１では１つのセンサ機器４００を示しているが、センサ機器４００は複数備えられてもよい。

なお、監視サーバ２００とノード１００を接続するネットワーク（管理ネットワーク５１）および監視ネットワーク５４は、通常のデータ通信ネットワークである。監視サーバ２００は、鍵共有ネットワーク５２と離れた場所に設置することも可能である。また、これらのネットワークのセキュリティを高めるため、既存のネットワークセキュリティ技術を用いてもよいし、量子暗号通信技術を用いてもよい。

以降、本実施形態における、ノード１００、アプリケーション３００、監視サーバ２００、および、センサ機器４００の装置構成例について説明する。

図２は、本実施形態におけるノード１００の構成例を示すブロック図である。ノード１００は、ノード通信部１０７と、共有処理部１０６と、管理部１０３と、アプリ通信部１０１と、制御部１０２と、プラットフォーム部１０４と、サーバ通信部１０５と、を備えている。

ノード通信部１０７は、ノード間リンク６３によって直接接続されたノード（対向ノード）との間で、量子暗号通信技術を用いて、乱数を生成共有し、生成した乱数をリンク鍵として管理する。ノード間リンク６３とは、鍵共有ネットワーク５２内で、複数のノード１００間を接続するリンクである。ノード通信部１０７は、リンクを介して接続された他のノード１００との間でノード間データ通信を行う際に利用される。ここで、他のノード１００とは、リンクによって直接接続された対向ノードである場合もあるし、その対向ノードの別のノード間リンク６３を介してさらに接続される別のノード１００である場合もある。後者の場合、ノード通信部１０７は、暗号通信ネットワークにおいて、複数のノード１００を介して通信を行うためのルーティング機能を提供してもよい。ルーティング機能自体は、既存の技術を用いることができる。

ノード通信部１０７を介してノード１００間で交換されるデータは、例えば、アプリケーション鍵のデータである。これらのデータは、ノード１００が管理するリンク鍵を用いて暗号化された通信であってもよい。なお、図２には、ノード通信部１０７を１つしか図示していないが、複数のノード間リンク６３によって複数のノード１００と接続してもよい。また、リンク鍵は、管理部１０３にて保持してもよい。

共有処理部１０６は、乱数としてアプリケーション鍵を生成し、他のノード１００と共有する共有処理を実行する。アプリケーション鍵は、鍵のＩＤ（識別情報）が付加された乱数として生成される。アプリケーション鍵のＩＤのフォーマットは特に指定はないが、例えば連続した数字により順序が識別されるものとする。生成されたアプリケーション鍵は、管理部１０３にて保持される。共有処理部１０６は、制御部１０２による指示等に応じて、生成したアプリケーション鍵を、ノード通信部１０７を用いて暗号化して他のノード１００へ送信し、このアプリケーション鍵を共有することができる。同様に、共有処理部１０６は、ノード通信部１０７を介して他のノード１００から受信したアプリケーション鍵を受け取り、受け取ったアプリケーション鍵を管理部１０３に格納する。

管理部１０３は、アプリケーション鍵を保持および管理する。管理部１０３に保持されるアプリケーション鍵は、共有処理部１０６によって生成されたアプリケーション鍵、または、ノード通信部１０７を介して別のノード１００から受信したアプリケーション鍵である。管理部１０３で保持されるアプリケーション鍵は、暗号通信システムにおけるセキュリティ上最も重要なデータの１つである。このため、ファイルシステムやＯＳ（オペレーティングシステム）によって、暗号化、改竄防止、および、アクセス制限等のセキュリティ対策が施されていてもよい。様々な実現方法が可能であるが、管理部１０３は、ファイルシステムやデータベースとして実装できる。なお、上述のように、リンク鍵についても管理部１０３が保持してもよい。

アプリ通信部１０１は、アプリケーション３００と接続する通信リンク６１を介して、アプリケーション３００と接続して通信する。アプリ通信部１０１は、例えば、アプリケーション３００から送信された、暗号通信開始要求（アプリケーション鍵提供開始要求）、暗号通信終了要求（アプリケーション鍵提供開始終了要求）、および、アプリケーション鍵取得要求等を受け付ける。アプリ通信部１０１は、アプリケーション３００からの要求に応じて、アプリケーション鍵を管理部１０３から取得してアプリケーション３００に提供する。アプリケーション３００に提供された鍵は、管理部１０３から削除されてもよい。

制御部１０２は、ノード１００の機能を実現する各部を制御して、鍵共有ネットワーク５２における一連のアプリケーション鍵共有動作を実現する。制御部１０２は、例えば共有処理部１０６に対して、アプリケーション鍵の共有を指示（制御）する。制御部１０２は、サーバ通信部１０５を経由して受信した指示に基づいて、各部への設定や動作指示を行ってもよい。

プラットフォーム部１０４は、ノード１００上の他の構成要素の管理や、動作に必要なコンピュータのオペレーティングシステム機能、基本的なネットワーク機能、および、セキュリティ機能等を提供する。

サーバ通信部１０５は、リンク６２によって接続される、管理ネットワーク５１上の監視サーバ２００との間の通信を行う。サーバ通信部１０５は、監視に用いられる各種情報を、定期的に、監視サーバ２００に対して通知する。監視に用いられる情報は、ノード通信部１０７で管理される他のノード１００との接続形態（トポロジ）に関する情報、ノード通信部１０７（または管理部１０３）で管理される、各リンクで共有されているリンク鍵の保有量や共有速度に関する情報、プラットフォーム部１０４またはノード通信部１０７にて管理される、ルーティングテーブルに関する情報、および、共有処理部１０６または管理部１０３にて管理される、アプリケーション鍵の共有先ノードとそのアプリケーション鍵の保有量や共有速度に関する情報などである。

プラットフォーム部１０４が、コンピュータ（ノード１００を実現する）に対する不正アクセスや障害を検出した場合、および、管理部１０３が、鍵への不正なアクセスやデータ漏洩の恐れを検出した場合、サーバ通信部１０５は、検出結果を監視サーバ２００に通知する。

一方、サーバ通信部１０５は、監視サーバ２００から、指示を受けて（制御部１０２等の機能も利用して）ノード１００の状態を変更することも行ってよい。例えば、監視サーバ２００からリンク鍵の廃棄やノードインタフェースのダウン（切断）／アップ（接続の確立（再接続））、および、ルーティングテーブルのアップデート等を指示された場合、サーバ通信部１０５は（制御部１０２等の機能も利用して）、指示に応じた処理をノード通信部１０７等に対して指示して実行させる。また、監視サーバ２００からアプリケーション鍵の廃棄を指示された場合、サーバ通信部１０５は（制御部１０２等の機能も利用して）、指示に応じた処理を管理部１０３または共有処理部１０６に対して指示して実行させる。

以上、本実施形態におけるノード１００の構成例について説明した。ただし、上記説明は一例である。

次に、本実施形態におけるアプリケーション３００について説明する。図３は、本実施形態におけるアプリケーション３００の構成例を示すブロック図である。アプリケーション３００は、ノード通信部３０４と、暗号通信処理部３０３と、アプリケーション実行部３０１と、プラットフォーム部３０２と、を備えている。

ノード通信部３０４は、ノード１００と接続する通信リンク６１を介して、ノード１００（具体的にはノード１００上のアプリ通信部１０１）と接続して通信する。ノード通信部３０４は、暗号通信を行うために必要な、アプリケーション鍵をノード１００から取得する。ノード通信部３０４は、アプリケーション鍵の取得を開始する前にアプリケーション鍵の取得開始要求を送信する。また、ノード通信部３０４は、アプリケーション鍵の取得を終了する際に終了要求を送信する。また、ノード通信部３０４は、取得したアプリケーション鍵を保持して管理する。保持されたアプリケーション鍵は、暗号通信処理部３０３によって使われる。ノード通信部３０４は、暗号通信処理部３０３から、アプリケーション鍵の要求を受けると、保持しているアプリケーション鍵を提供する。

アプリケーション実行部３０１は、暗号通信を行うアプリケーション機能を実行する。通信を行うものであれば特にアプリケーション機能の種類は限定しない。アプリケーション実行部３０１は、例えば、ビデオ映像送受信等のアプリケーション機能を実行する。アプリケーション実行部３０１は、暗号通信の際、暗号通信処理部３０３を利用してデータを送受信する。

暗号通信処理部３０３は、アプリケーション実行部３０１の動作に必要な、通信機能、通信データの暗号化機能、および、通信データの復号機能を提供する。暗号通信処理部３０３は、アプリケーション３００から送信データを受けとると、送信データを暗号化する。暗号通信処理部３０３は、暗号データ通信リンク６５を介してアプリケーションネットワーク５３に対して暗号データを送信する。暗号通信処理部３０３は、アプリケーションネットワーク５３経由で暗号データ通信リンク６５からデータを受信すると、受信したデータを復号し、アプリケーション実行部３０１へと復号したデータを受け渡す。暗号通信処理部３０３は、暗号化および復号で必要になった場合は、ノード通信部３０４から、新たなアプリケーション鍵を取得する。

本実施形態では、暗号通信処理部３０３がどのような認証アルゴリズムおよび暗号アルゴリズムを使うかは、特に限定しない。ＯＴＰ（ワンタイムパスワード）のようなバーナム暗号であっても、ＡＥＳ（Advanced Encryption Standard）のようなブロック暗号であってもよい。また、暗号通信処理部３０３は、暗号機能以外にデータ認証機能、および、通信相手認証機能を実行してもよい。

プラットフォーム部３０２は、アプリケーション３００上の他の構成要素の管理機能、動作に必要なコンピュータのオペレーティングシステム機能、基本的なネットワーク機能、および、セキュリティ機能等を提供する。

以上、本実施形態におけるアプリケーション３００の構成例について説明した。ただし、上記説明は一例である。

次に、本実施形態における監視サーバ２００について説明する。図４は、本実施形態における監視サーバ２００の構成例を示すブロック図である。監視サーバ２００は、ネットワーク情報収集部２０２と、鍵共有情報収集部２０５と、記憶部２２１と、検出部２０６と、指示部２０３と、制御部２０１と、プラットフォーム部２０４と、を備えている。

ネットワーク情報収集部２０２は、ノード１００のサーバ通信部１０５から、ノード１００の接続関係に関する情報を収集する。例えば、ネットワーク情報収集部２０２は、ノード１００が他のノード１００とどのようにリンク接続されているかに関する情報（接続情報）、または／および、ノード１００におけるルーティングテーブルの情報（ルーティング情報）を収集する。収集された情報は、例えば記憶部２２１に記憶される。

ネットワーク情報収集部２０２による収集は、例えば定期的に行われる。収集時の通信方式は、ノード１００から監視サーバ２００に通知する通信方式であってもよいし、監視サーバ２００がノード１００に問い合わせる通信方式であってもよい。例えば、ノード１００のサーバ通信部１０５において、上記情報がＭＩＢ（Management Information Base）データとして保持されるまたは提供可能である場合、ネットワーク情報収集部２０２は、ＳＮＭＰ（Simple Network Management Protocol）通信によって上記情報を取得する。

鍵共有情報収集部２０５は、ノード１００のサーバ通信部１０５から、ノード１００におけるリンク鍵およびアプリケーション鍵の共有状況に関する情報を収集する。例えば、鍵共有情報収集部２０５は、該当ノード１００におけるリンクごとのリンク鍵保有量および共有速度、並びに、該当ノード１００のアプリケーション鍵共有ノードごとのアプリケーション鍵保有量および共有速度を収集する。収集された情報は、例えば記憶部２２１に記憶される。

鍵共有情報収集部２０５による収集は、例えば定期的に行われる。収集時の通信方式は、ノード１００から監視サーバ２００に通知する通信方式であってもよいし、監視サーバ２００がノード１００に問い合わせる通信方式であってもよい。例えば、ノード１００のサーバ通信部１０５において、上記情報がＭＩＢデータとして保持されるまたは提供可能である場合、鍵共有情報収集部２０５は、ＳＮＭＰ通信によって上記情報を取得する。ノード１００が、ある一定量の鍵の増減が発生したときに、監視サーバ２００に通知する（すなわち定期的でない）通知方法も可能である。鍵共有情報収集部２０５、および、ネットワーク情報収集部２０２は、同一のコンポーネントとして構成し、ノード１００との通信を一度に行い、両方の情報を同時に収集するように構成してもよい。

検出部２０６は、攻撃を受けたノード１００を検出する。例えば検出部２０６は、ノード１００のサーバ通信部１０５およびプラットフォーム部１０４等から、ノード１００が攻撃を受けたことを検出する。検出の方法は、ノード１００から攻撃検知の報告を受信する方法（ＳＮＭＰのトラップ通知が一例）、および、検出部２０６が一定間隔でノード１００のサーバ通信部１０５等と通信を行ってノード１００の健全性を確認しており、通信が継続されないことによりノードダウン等の異常を監視サーバ２００側で検出する方法（いわゆるハートビート方式）などを適用できる。

さらに、ノード１００への攻撃検出は、ノード１００との通信から検出しなくてもよい。例えば、検出部２０６が、ノード１００が別途接続している監視ネットワーク５４におけるセンサ機器４００から、ある特定のノード１００に対する攻撃（センサ異常によって検出される物理的な攻撃）の発生を通知されることにより、特定のノード１００が攻撃を受けたことを検出してもよい。

監視サーバ２００が、センサ機器４００からセンサ値自体を定期的に受信しており、検出部２０６が、センサ値の異常を検出した場合に、該当ノード１００への攻撃として識別する方式も可能である。ノード１００とセンサ機器４００との対応関係に関する情報は、例えば記憶部２２１において静的に保持しておいてもよい。センサ機器４００から受信するデータ内に、対応するノードの情報が明示的に含まれていてもよい。

ノード１００またはセンサ機器４００から攻撃の検出を示す情報を受け付ける場合、この情報は、いずれのノード１００が、どのような攻撃を受けたかを示す情報を含んでもよい。どのような攻撃を受けたかを示す情報は、例えば、ノード１００全体のメモリ／ディスクが破損／データ漏洩した恐れがあるのか、特定のノード１００と共有するリンク鍵を保持するメモリ／ディスクのみ破損／データ漏洩の恐れがあるのか、および、リンク鍵は安全である一方、全てのアプリケーション鍵を保持するメモリ／ディスクにおいて、破損／データ漏洩の恐れがあるのか等を示す情報である。攻撃の検出を示す情報は、攻撃を受けることによって、破損／データ漏洩が発生した恐れのあるデータの種類を特定可能な情報を含んでいてもよい。

なお、上述のように、これらの情報は、ノード１００における管理部１０３またはノード通信部１０７にて保持される。これらの情報は、物理的には、ノード１００に接続されているメモリ／ディスクなどのストレージ装置（記憶装置）に格納されている。ストレージ装置が、鍵の種類や共有している相手ノードの種類によって異なっていてもよい。検出した攻撃の情報（攻撃を受けたノード１００、および、ノード１００のうちいずれの部分が攻撃にさらされたか（攻撃にさらされたデータの種類）に関する情報）は、例えば記憶部２２１に格納される。

記憶部２２１は、ネットワーク情報収集部２０２、鍵共有情報収集部２０５、および、検出部２０６から情報を受け付けて格納する。保持される情報によって、鍵共有ネットワーク５２を構成するノード１００の全ての接続関係と、すべてのリンクにおけるリンク鍵の共有情報と、全てのノード１００におけるアプリケーション鍵の共有情報と、が把握できる。別途監視サーバ２００が保持する表示部（図示していない）によって、これらの情報（すなわち、ノード１００の接続状況、リンク鍵の共有情報、および、アプリケーション鍵の共有情報）を管理者にネットワークマップ情報と共にビジュアル化して提供してもよい。この他、センサ機器４００と、センサ機器４００がセキュリティを監視するノード１００との対応関係の情報を保持してもよい。

指示部２０３は、攻撃が検出されたノード１００との間で共有される鍵情報の利用停止や、そのノードを迂回するルーティングの開始等を指示する。例えば指示部２０３は、ノード１００に対して、特定のリンク鍵の廃棄、特定のアプリケーション鍵の廃棄、特定のリンク（ネットワークインタフェース）のダウン／アップ、および、ルーティングテーブルの書き換え、等の処理を指示する。通常、指示部２０３は、検出部２０６が攻撃を検出した際に、攻撃を受けて破損／漏洩が疑われるリンク鍵およびアプリケーション鍵の利用、並びに、攻撃によって不正アクセス／書き換えが疑われるノード１００を介したアプリケーション鍵の中継および転送を、それぞれ避けるように、鍵共有ネットワーク５２上のノード１００に対して、上記のような処理を指示する。

制御部２０１は、監視サーバ２００の各機能を実現する各部を制御して、鍵共有ネットワーク５２および鍵共有ネットワーク５２の構成要素であるノード１００およびセンサ機器４００をモニタリングする。制御部２０１は、ノード１００への攻撃を回避するシステム動作を実現するための対策を決定して、ノード１００への指示を実現する。そのために制御部２０１は、記憶部２２１に格納したネットワーク情報、鍵共有情報、検出部が検出した攻撃に関する情報等を参照してよい。

プラットフォーム部２０４は、監視サーバ２００上の他の構成要素の管理、動作に必要なコンピュータのオペレーティングシステム機能、基本的なネットワーク機能、および、セキュリティ機能等を提供する。

次に、本実施形態におけるセンサ機器４００について説明する。図５は、本実施形態におけるセンサ機器４００の構成例を示すブロック図である。センサ機器４００は、検出部４０１と、サーバ通信部４０２、を備えている。

検出部４０１は、センサ（カメラ、温度センサ、振動センサ、および、扉開閉センサ等）の機能を含んでおり、センサ値をモニタリングし、ノード１００への攻撃、および、セキュリティリスクの発生を検出する。一般には、検出部４０１は、物理セキュリティを監視する。個々のセンサ機器４００は、特定単一のノード１００のセキュリティを監視するように予め設定されていてもよい。１つのセンサ機器４００が、複数のノード１００を同時に監視するように構成してもよい。

サーバ通信部４０２は、リンク６５によって接続される、管理ネットワーク５１上の監視サーバ２００との間の通信を行い、検出部４０１によって得られた情報を監視サーバ２００に通知する。通信の方法は、攻撃が発生したことを監視サーバ２００に通知する（ＳＮＭＰのトラップ通知が一例）方法、および、検出部４０１によって定期的に収集されるセンサデータを一定間隔で監視サーバ２００に通知する方式などを適用できる。監視サーバ２００が定期的に問合せを行い、問い合わせに応じて、サーバ通信部４０２が、センサデータ、および、攻撃の有無を応答する方式も可能である。なお、センサ機器４００と、センサ機器４００がセキュリティを監視しているノード１００との対応関係は、監視サーバ２００で管理していてもよいし、センサ機器４００が、監視サーバ２００と通信する際に、対応するノード１００の情報を含めて対応関係を監視サーバ２００に明示してもよい。特に、複数のノード１００のセキュリティを監視するセンサ機器４００の場合、いずれのノード１００に関する攻撃であるのかを通信において明示する必要がある。

なお、ノード１００、監視サーバ２００、アプリケーション３００、および、センサ機器４００の各部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの処理装置にプログラムを実行させること、すなわち、ソフトウェアにより実現してもよいし、ＩＣ（Integrated Circuit）などのハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェアおよびハードウェアを併用して実現してもよい。また、記憶部２２１、管理部１０３は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、光ディスク、メモリカード、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの一般的に利用されているあらゆる記憶媒体により構成することができる。

次に、本実施形態における動作シーケンスを示す。図６は、本実施形態の動作の一例を示すシーケンス図である。ここでは、ノード１台と監視サーバ２００との間の通信を示しているが、実際には鍵共有ネットワーク５２には複数のノード１００が存在し、監視サーバ２００はそれら全てのノード１００と通信してよい。また、図示しないが、センサ機器４００と監視サーバ２００との通信も存在する。

図６に示すように、本実施形態の動作シーケンスは、情報収集処理（ステップＳ１０１）、攻撃検出処理（ステップＳ１０２）、攻撃対策処理（ステップＳ１０３）、復旧検出処理（ステップＳ１０４）、および、復旧指示処理（ステップＳ１０５）を含む。以下、これらの各処理の詳細を説明する。

＜ステップＳ１０１：情報収集処理＞
攻撃が発生していない定常状態である、情報収集処理について説明する。鍵共有ネットワーク５２上のノード１００は、リンク鍵の共有、および、アプリケーションの暗号データ通信を実現するためのアプリケーション鍵の共有を実行している。ノード１００が、リンクで直接接続されていない他のノード１００（相手ノード）との間でアプリケーション鍵を共有するには、さらに別のノード１００によってアプリケーション鍵の転送および中継を行う必要がある。あるノード１００から相手ノードへアプリケーション鍵を転送して共有するための経路（経由するノード１００のリスト）は、一般に複数存在しうる。この経路は、鍵共有ネットワーク５２において実行されるルーティングプロトコル、または、事前に個別のノード１００に設定されたルーティングテーブルの内容に従って決定しているものとする。

管理ネットワーク５１上の監視サーバ２００は、各ノード１００から、ノード１００の接続状況、リンク鍵の共有情報、および、アプリケーション鍵の共有情報を収集する。これらの情報収集は、継続的に行われ、監視サーバ２００は、常に最新の情報を保持している状況にある。

＜ステップＳ１０２：攻撃検出処理＞
ノード１００への攻撃が発生すると（攻撃発生６０１）、監視サーバ２００の検出部２０６は、攻撃の発生を検出する。検出する方法としては、以下のＡ〜Ｄのように様々なパターンが考えられる。
Ａ．ノード１００への攻撃（不正アクセス等）が発生し、該当ノード１００が、トラップ通知を送信するなどして、監視サーバ２００に直接攻撃発生を通知する。
Ｂ．監視サーバ２００がノード１００を定期的にモニタリングしている。ノード１００から得られる情報のエラー（値の異常や通信の異常等）を検出し、監視サーバ２００が、該当ノード１００への攻撃が発生したと判断する（いわゆるハートビート方式）。
Ｃ．ノード１００のセキュリティを監視する監視ネットワーク５４上のセンサ機器４００が、異常を検出し、トラップ通知を送信するなどして、監視サーバ２００に攻撃発生を通知する。
Ｄ．センサ機器４００は定期的にセンサによる取得値を監視サーバ２００に通知している。監視サーバ２００が、異常（値の異常や通信の異常等）を検出し、該当ノードへの攻撃が発生したと判断する。

＜ステップＳ１０３：攻撃対策処理＞
ノード１００への攻撃を検出した監視サーバ２００の指示部２０３は、攻撃に晒されたノード１００および漏洩のおそれがあるリンク鍵およびアプリケーション鍵を回避したシステム動作（対策）を、ノード群に指示する。

対策には、大きく分けて２種類存在する。
Ａ．特定のメモリ／ディスクに保持される鍵の漏洩リスクがある場合は、そのメモリ／ディスクに保持される鍵が安全でない可能性がある。このため、そのメモリ／ディスクに保持される鍵を共有しているノード１００に対して該当鍵を破棄するように指示する。
Ｂ．ノード１００全体において、ハッキングや物理セキュリティに関する攻撃を受けたことを検出した場合は、ノード１００全体が安全でない可能性がある。このため、以後、そのノード１００を経由するアプリケーション鍵の共有は行わない。すなわち、攻撃を受けたノード１００を回避するアプリケーション鍵の共有ルーティングを行うようにする。

これらの対策は両方行ってもよいし、いずれか一方だけであってもよいが、典型的には両方の対策が同時に行われる。

これらの対策をノード１００に指示する具体的な方法について以下に示す。まず、安全でない可能性のある鍵の廃棄を指示する場合（上記Ａ）、監視サーバ２００の制御部２０１が、記憶部２２１に格納されている被攻撃ノードの情報と、接続関係の情報と、アプリケーション鍵の共有関係の情報とから、被攻撃ノードとリンク鍵を共有しているノード１００、および、被攻撃ノードとアプリケーション鍵を共有しているノード１００を特定する（特定部）。さらに、攻撃の情報として、特定の鍵のみの安全性が疑われる場合は、制御部２０１は、特定したノード１００のうち、実際に安全性が疑われる鍵を共有しているノード１００のみをさらに選択する。指示部２０３は、制御部２０１の指示に応じて、特定したノード１００に対し、被攻撃ノードと共有している鍵（リンク鍵またはアプリケーション鍵）を廃棄（あるいは利用停止）するように指示（通信）する。

なお、いずれの鍵から廃棄するかを明示するために、指示部２０３が、アプリケーション鍵またはリンク鍵のＩＤの情報を含めて、ノード１００に指示してもよい。これを実現するためには、監視サーバ２００が、リンク鍵およびアプリケーション鍵の共有情報を収集する情報収集処理において、アプリケーション鍵およびリンク鍵のＩＤ情報も収集しておく必要がある。

また、攻撃検出処理においても、安全性が疑われるアプリケーション鍵およびリンク鍵のＩＤの範囲に関する情報を含めて監視サーバ２００に通知することが望ましい。これにより、監視サーバ２００は、廃棄を指示するアプリケーション鍵およびリンク鍵のＩＤの範囲を含めて指定することができる。ただし、監視サーバ２００自身が、検出された攻撃によって安全性が疑われるアプリケーション鍵およびリンク鍵のＩＤの範囲の情報を取得できなくても、監視サーバ２００が情報収集処理において収集している最新のアプリケーション鍵およびリンク鍵のＩＤを指定して、これより古い鍵の全てを廃棄するように指示してもよい。

なお、アプリケーション鍵およびリンク鍵を利用停止する方法としては、直ちに該当する鍵の情報を消去する方法の他に、該当する鍵を一時的に「使用禁止」状態にする方法も可能である。

さらに、指示部２０３が、以後のアプリケーション鍵およびリンク鍵の共有を禁止するよう、ノード１００に指示してもよい。

安全でない可能性のあるノード１００を回避するルーティングをする場合（上記Ｂ）、監視サーバ２００の制御部２０１が、記憶部２２１に格納されている被攻撃ノードの情報と、接続関係の情報とから、被攻撃ノードとリンク接続しているノード１００を特定する。指示部２０３は、特定したノード１００に対し、被攻撃ノードと接続しているリンク（ネットワークインタフェース）をダウンするように指示する。該当ネットワークがダウンした後は、新しい経路でアプリケーション鍵の共有動作が行われる。これは、鍵共有ネットワーク５２にて実施されるルーティングプロトコルによって自動的になされてもよい。監視サーバ２００が、記憶部２２１に保持されているノード１００の接続情報から、適切な経路を計算し、各ノード１００に対して新しいルーティングテーブルを設定するよう指示してもよい。

＜ステップＳ１０４：復旧検出処理＞
被攻撃ノードが安全な状態に戻った（復旧した）場合（復旧６０２）、監視サーバ２００の検出部２０６は復旧したことを検出する。

被攻撃ノードが安全な状態に戻った場合の検出は、攻撃の検出と同じように、センサによる値の検出や、ノード１００からの通知によって実行してもよい（前述のパターンＡ〜Ｄ）。いわゆるハートビート方式を採用している場合、検出部２０６は、該当のノード１００から正しい応答が得られたことをもって、復旧と判断してもよい。管理者がノード１００の検査を行った上で、手動で復旧処理を行い、復旧を確認することも多い。この場合、管理者が監視サーバ２００において被攻撃ノードが安全な状態に戻ったことを入力した場合に、検出部２０６がこの入力を検知することで復旧を検出してもよい。

＜ステップＳ１０５：復旧指示処理＞
指示部２０３は、ステップＳ１０３の攻撃対策処理で実施した対策処理を回復する（取り消す）ように指示する。例えば指示部２０３は、アプリケーション鍵およびリンク鍵の共有を禁止したノード１００に対しては、共有を許可する指示を行う。また、復旧処理の結果、鍵の安全性が確認された（漏洩していなかった）ことが明らかになった場合、指示部２０３が、一時的に「使用禁止（使用停止）」状態にしていた鍵を、「使用可能状態」に戻すように指示してもよい。連番でＩＤを割り当てて利用する場合などでは、使用停止した鍵より後の番号（ＩＤ）が割り当てられた鍵が生成され使用される場合もありうる。そこで、指示部２０３が、アプリケーション鍵およびリンク鍵に割り当てられるＩＤを変更するように指示してもよい。リンクダウンを指示していたノード１００に対しては、指示部２０３は、該当ノード１００の該当リンク（ネットワークインタフェース）のアップを指示する。

アプリケーション鍵のルーティング経路に関しては、監視サーバ２００が、記憶部２２１に保持されているノード１００の接続情報から、適切な復旧後の経路を計算し、各ノード１００に対して新しいルーティングテーブルを設定するよう指示してもよい。または、特に何も実行せず、鍵共有ネットワーク５２にて実施されるルーティングプロトコルによる自動設定にまかせてもよい。この場合においても、復旧のタイミングで、監視サーバ２００が、ノード１００に対して、ルーティングプロトコルの経路再計算を行うように指示してもよい。

（変形例）
以上説明した監視サーバ２００の機能は、鍵共有ネットワーク５２における特定のノード１００と一体として実現されてもよい。

このように、第１の実施形態にかかる通信システムでは、監視サーバが、攻撃を受けたノードと鍵情報を共有しているノード群に対し、共有している鍵情報の利用停止（廃棄、使用停止等）あるいはノードを回避するルーティングの開始を指示する。これにより、あるノードが攻撃に晒されたとしても、通信システム全体としてセキュアなアプリケーション鍵共有機能を維持することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態にかかる通信システムは、監視サーバの機能を、鍵共有ネットワーク５２における全てのノードで分散して実現する。本実施形態の通信システムは、例えば、図１から監視サーバ２００、センサ機器４００、管理ネットワーク５１、および、監視ネットワーク５４を除いた構成となる。

図７は、第２の実施形態におけるノード１００−２の構成の一例を示すブロック図である。図７に示すように、ノード１００−２は、ノード通信部１０７と、共有処理部１０６と、管理部１０３と、アプリ通信部１０１と、制御部１０２と、プラットフォーム部１０４と、ネットワーク情報収集部２０２−２と、鍵共有情報収集部２０５−２と、記憶部２２１−２と、検出部２０６−２と、指示部２０３−２と、を備えている。

第２の実施形態では、サーバ通信部１０５を削除したこと、および、ネットワーク情報収集部２０２−２と、鍵共有情報収集部２０５−２と、記憶部２２１と、検出部２０６−２と、指示部２０３−２とを追加したことが第１の実施形態と異なっている。その他の構成および機能は、第１の実施形態にかかるノード１００のブロック図である図２と同様であるので、同一符号を付し、ここでの説明は省略する。

ネットワーク情報収集部２０２−２は、他のノード１００−２のサーバ通信部１０５から、ノード１００−２の接続関係に関する情報を収集する。収集方法は、第１の実施形態のネットワーク情報収集部２０２と同様の方法を用いることができる。

鍵共有情報収集部２０５−２は、他のノード１００−２のサーバ通信部１０５から、ノード１００−２におけるリンク鍵およびアプリケーション鍵の共有状況に関する情報を収集する。収集方法は、第１の実施形態の鍵共有情報収集部２０５と同様の方法を用いることができる。なお、鍵共有情報を収集する範囲を、自ノードがリンク鍵を共有する相手ノードおよび自ノードがアプリケーション鍵を共有する相手ノードのみに限定することも可能である。この場合、ノード通信部１０７および管理部１０３において、リンク鍵およびアプリケーション鍵の共有情報を保持するため、鍵共有情報収集部はこれらから情報を取得することにより、特別な通信を行なう必要はない。

検出部２０６−２は、攻撃を受けたノード１００−２を検出する。検出部２０６−２は、例えば、ハートビート方式等により他のノード１００−２が攻撃を受けたことを検出する。検出部２０６−２が、攻撃を受けた他のノード１００−２からの通知により、当該他のノード１００−２が攻撃を受けたことを検出してもよい。なお、攻撃を検出するノードの範囲を、自ノードがリンク鍵を共有する相手ノードおよび自ノードがアプリケーション鍵を共有する相手ノード、および、自ノードとノード間リンクによって直接接続されるノード、のみに限定することも可能である。

記憶部２２１−２は、ネットワーク情報収集部２０２−２、鍵共有情報収集部２０５−２、および、検出部２０６−２から情報を受け付けて格納する。

指示部２０３−２は、攻撃が検出されたノード１００−２との間で共有される鍵情報の利用停止を指示する。例えば指示部２０３−２は、共有処理部１０６に対して、攻撃検出されたノード１００−２との間で共有されるアプリケーション鍵およびリンク鍵の利用停止を指示する。

次に、本実施形態における動作シーケンスを示す。本実施形態では、第１の実施形態の動作シーケンス（図６）が以下のように変更される。

＜ステップＳ１０１：情報収集処理＞
鍵共有ネットワーク５２上のノード１００−２は、他の全てのノード１００−２の、ノード接続状況を収集する。また、他のノード（全てであっても一部であってもよい）の、リンク鍵共有情報、および、アプリケーション鍵共有情報を収集する（ネットワーク情報収集部２０２−２、鍵共有情報収集部２０５−２）。

＜ステップＳ１０２：攻撃検出処理＞
各ノード１００−２の検出部２０６−２は、自身への攻撃または隣接するノード１００−２への攻撃を検出（ハートビート方式等による）すると、攻撃を検出したことを、全てのノード１００−２、あるいは、ノード間リンクによって直接接続されるノード・リンク鍵やアプリケーション鍵を共有するノード、に対して通知する。複数の検出方法を用いる場合等では、重複した攻撃検出が発生しうるが、このような場合はいずれか一方の検出を無視してもよい。

＜ステップＳ１０３：攻撃対策処理＞
各ノード１００−２の指示部２０３−２は、自身のリンク（ネットワークインタフェース）のダウン、および、自身が保持するアプリケーション鍵およびリンク鍵の廃棄のみを指示すればよい。すなわち、各ノード１００−２は、他のノード１００−２へ対策を指示する必要はない。

＜ステップＳ１０４：復旧検出処理＞
ノード１００−２が復旧した場合、復旧したノード１００−２は、復旧したことを他の全てのノード１００−２、あるいは、ノード間リンクによって直接接続されるノード・リンク鍵やアプリケーション鍵を共有していたノード、に通知する。

＜ステップＳ１０５：復旧指示処理＞
各ノード１００−２の指示部２０３−２は、自身のリンク（ネットワークインタフェース）のアップ、および、鍵共有禁止の解除、等のみを指示すればよい。すなわち、各ノード１００−２は、他のノード１００−２へ対策を指示する必要はない。

このように、第２の実施形態にかかる通信装置では、監視サーバを備えないような構成の通信システムであっても、第１の実施形態と同様の機能を実現できる。

以上説明したとおり、第１および第２の実施形態によれば、あるノードが攻撃に晒されたとしても、通信システム全体としてセキュアなアプリケーション鍵共有機能を維持することができる。

次に、第１または第２の実施形態にかかる装置（監視サーバ、ノード等）のハードウェア構成について図８を用いて説明する。図８は、第１または第２の実施形態にかかる装置のハードウェア構成を示す説明図である。

第１または第２の実施形態にかかる装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１５１などの制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１５２やＲＡＭ（Random Access Memory）１５３などの記憶装置と、ネットワークに接続して通信を行う通信Ｉ／Ｆ１５４と、各部を接続するバス１６１を備えている。

第１または第２の実施形態にかかる装置で実行されるプログラムは、ＲＯＭ１５２等に予め組み込まれて提供される。

第１または第２の実施形態にかかる装置で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ（Compact Disk Recordable）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録してコンピュータプログラムプロダクトとして提供されるように構成してもよい。

さらに、第１または第２の実施形態にかかる装置で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、第１または第２の実施形態にかかる装置で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。

第１または第２の実施形態にかかる装置で実行されるプログラムは、コンピュータを上述した通信装置の各部として機能させうる。このコンピュータは、ＣＰＵ１５１がコンピュータ読取可能な記憶媒体からプログラムを主記憶装置上に読み出して実行することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

５１ 管理ネットワーク
５２ 鍵共有ネットワーク
５３ アプリケーションネットワーク
５４ 監視ネットワーク
１００ａ〜１００ｅ ノード
１０１ アプリ通信部
１０２ 制御部
１０３ 管理部
１０４ プラットフォーム部
１０５ サーバ通信部
１０６ 共有処理部
１０７ ノード通信部
２００ 監視サーバ
２０１ 制御部
２０２ ネットワーク情報収集部
２０３ 指示部
２０４ プラットフォーム部
２０５ 鍵共有情報収集部
２０６ 検出部
２２１ 記憶部
３００ａ、３００ｂ アプリケーション
３０１ アプリケーション実行部
３０２ プラットフォーム部
３０３ 暗号通信処理部
３０４ ノード通信部
４００ センサ機器
４０１ 検出部
４０２ サーバ通信部

Claims (12)

1. 複数の外部装置と接続される通信装置であって、
   量子鍵配送技術を用いて前記外部装置との間で鍵情報の共有処理を実行する共有処理部と、
   前記外部装置が攻撃を受けたか否かを判断する判断部と、
   攻撃を受けたと判断された前記外部装置との間の前記共有処理の停止を前記共有処理部に指示する指示部と、
   を備える通信装置。
2. 前記指示部は、さらに、攻撃を受けたと判断された前記外部装置との間の接続の切断を前記通信装置に指示する、
   請求項１に記載の通信装置。
3. 前記判断部は、さらに、攻撃を受けたと判断された前記外部装置が攻撃から復旧したか否かを判断し、
   前記指示部は、さらに、攻撃を受けたと判断された前記外部装置が攻撃から復旧したと判断された場合に、切断された通信を再接続することを前記通信装置に指示する、
   請求項２に記載の通信装置。
4. 前記判断部は、前記外部装置の異常を検知する検知装置から受信した検知情報に基づいて、前記外部装置が攻撃を受けたか否かを判断する、
   請求項１に記載の通信装置。
5. 前記判断部は、前記外部装置との間で定期的に通信し、定期的な通信に異常が生じた場合に、前記外部装置が攻撃を受けたと判断する、
   請求項１に記載の通信装置。
6. 前記指示部は、さらに、攻撃を受けたと判断された前記外部装置との間で共有されている鍵情報の廃棄を前記通信装置に指示する、
   請求項１に記載の通信装置。
7. 前記共有処理により共有された前記鍵情報を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記指示部は、攻撃を受けたと判断された前記外部装置との間で共有し、前記記憶部に記憶された前記鍵情報の利用停止を前記通信装置に指示する、
   請求項１に記載の通信装置。
8. 前記指示部は、さらに、攻撃を受けたと判断された前記外部装置を経由しない経路情報を設定することを前記通信装置に指示する、
   請求項１に記載の通信装置。
9. 前記判断部は、さらに、攻撃を受けたと判断された前記外部装置が攻撃から復旧したか否かを判断し、
   前記指示部は、さらに、攻撃を受けたと判断された前記外部装置が攻撃から復旧したと判断された場合に、経路情報の再計算を前記通信装置に指示する、
   請求項８に記載の通信装置。
10. 前記判断部は、さらに、前記外部装置が備える複数の記憶装置が攻撃を受けたか否かを判断し、
    前記指示部は、攻撃を受けたと判断された前記記憶装置に記憶されて共有される鍵情報の利用停止を前記通信装置に指示する、
    請求項１に記載の通信装置。
11. 前記判断部は、さらに、攻撃を受けたと判断された前記外部装置が攻撃から復旧したか否かを判断し、
    前記指示部は、さらに、攻撃を受けたと判断された前記外部装置が攻撃から復旧したと判断された場合に、停止された前記共有処理を再開することを前記共有処理部に指示する、
    請求項１に記載の通信装置。
12. 複数の外部装置と接続される通信装置を、
    量子鍵配送技術を用いて前記外部装置との間で鍵情報の共有処理を実行する共有処理部と、
    前記外部装置が攻撃を受けたか否かを判断する判断部と、
    攻撃を受けたと判断された前記外部装置との間の前記共有処理の停止を前記共有処理部に指示する指示部、
    として機能させるためのプログラム。

Images