JP6331638B2 - 制御システム間通信システム、及び通信制御方法 - Google Patents
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Description
複数の装置を有する第1の制御システム、及び第2の制御システム間で通信を行う制御システム間通信システムであって、
前記第1の制御システムを構成する第1の通信装置は、
前記第2の制御システムを構成する第2の通信装置との間でセキュリティレベルを設定する第1のセキュリティレベル設定部と、
前記第1のセキュリティレベル設定部によって設定したセキュリティレベルにしたがって送信パケットに対してセキュリティ処理を行う第1のセキュリティ処理部と、
前記第1のセキュリティ処理部によってセキュリティ処理した送信パケットを前記第2の通信装置へ送信する第1の送信部と、
前記第1の送信部によって送信した送信パケットに対する応答パケットを受信する第1の受信部と、
前記第1のセキュリティ処理部によって送信パケットに対してセキュリティ処理を行うところから、前記第1の送信部によって前記セキュリティ処理した送信パケットを送信し、前記第1の受信部によって前記応答パケットを受信するまでの経過時間に基づいて、前記第2の通信装置との間で設定したセキュリティレベルが要求性能を満たすか否かを判定する要求性能判定部と
を有し、
前記第2の通信装置は、
前記第1の通信装置との間でセキュリティレベルを設定する第2のセキュリティレベル設定部と、
前記第1の通信装置から送信される送信パケットを受信する第2の受信部と、
前記第2のセキュリティレベル設定部によって設定したセキュリティレベルにしたがって、前記第2の受信部によって受信した送信パケットに対してセキュリティ処理を行う第2のセキュリティ処理部と、
前記第2のセキュリティ処理部によってセキュリティ処理した送信パケットに対する応答パケットを作成する受信パケット処理部と、
前記受信パケット処理部によって作成した応答パケットを前記第1の通信装置へ送信する第2の送信部と
を有する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
<制御システム間通信システム>
図1は、セキュリティゾーン毎に構築される制御システムの一実施例を示す。図1には、セキュリティゾーンA100、及びセキュリティゾーンB200が示され、セキュリティゾーンA100には制御システムA102が構築され、セキュリティゾーンB200には制御システムB202が構築される。制御システムA102と、制御システムB202は、地理的に離れていることもある。各セキュリティゾーンに複数の制御システムが構築されてもよい。制御システムA100と制御システムB200は、光ファイバ、絶縁物及び保護物で被覆されている電線等の通信用ケーブル150で、インターネット等の通信ネットワーク50を介して、有線接続される。この通信ネットワーク50には、イーサネット(Ethernet)(登録商標)等の有線ローカルエリアネットワーク(LAN: Local Area Network)だけでなく、WiFi(Wireless Fidelity)や、Bluetooth(登録商標)等の無線による通信が行われる箇所があってもよい。
制御システムA102は、第1の監視・制御装置104、第1のPLC106、第2のPLC108、第1の通信装置110、第1の入出力装置112、第2の入出力装置114、第1のセンサ116、第2のセンサ120、第1のアクチュエータ118、及び第2のアクチュエータ122を備える。
制御システムB202は、第2の監視・制御装置204、第3のPLC206、第4のPLC208、第2の通信装置210、第3の入出力装置212、第4の入出力装置214、第3のセンサ216、第4のセンサ220、第3のアクチュエータ218、及び第4のアクチュエータ222を備える。
図3は、セキュリティ設定テーブルの一例を示す。HDD160には、図3に示されるようなセキュリティ設定テーブルが格納される。セキュリティ設定テーブルでは、セキュリティの強度を表すセキュリティレベルに対して、各セキュリティ対策の内容が紐付けられることにより関連付けられて管理される。セキュリティレベルは、外部から攻撃する者に応じて設定することができる。例えば、セキュリティレベルは、素人が誤ってセキュリティに関する事故を生じさせた場合、多少の知識を有する者が生じさせた場合、及び高い技術を有する者が悪意で生じさせた場合等を想定して設定することができる。セキュリティレベルが「1」から「4」と高くなるにしたがって、セキュリティの強度も高くなる。本実施例では、一例としてセキュリティレベルの数が4種類である場合について説明されるが、セキュリティレベルの数は2種類−3種類としてもよいし、5種類以上としてもよい。
図4は、パケット分割数設定テーブルの一例を示す。HDD160には、図4に示されるようなパケット分割数設定テーブルが格納される。第1の通信装置110と、第2の通信装置210との間でセキュリティレベルが設定された後に、一方の通信装置において、セキュリティ対策を行った結果が、要求される性能を満足するか否かを検証するためのパケット(以下、「性能検証用パケット」という)が作成され、暗号化されて、他方の通信装置へ送信される。他方の通信装置では、性能検証用パケットが受信され、復号されて、性能検証用パケットの応答パケット(以下、「性能検証用応答パケット」という)が作成され、送信される。
図5は、制御システムA102を構成する第1の通信装置110、及び制御システムB202を構成する第2の通信装置210の機能ブロック図である。図5では、第1の通信装置110、及び第2の通信装置210が、通信ネットワーク50を介してデータ通信することができるように接続されている。また、図1に示されている第1の通信装置110、及び第2の通信装置210以外の装置は、データ通信において直接関係ないため、図5では省略されている。
第1の通信装置110、及び第2の通信装置210の機能構成を説明する前提として、第1の通信装置110から第2の通信装置210へ接続要求を行う場合について説明する。第2の通信装置210から第1の通信装置110へ接続要求を行う場合についても、第1の通信装置110と第2の通信装置210との間で読み替えることにより適用できる。つまり、第1の通信装置110は第2の通信装置210の機能として説明する機能も有し、第2の通信装置210は第1の通信装置110の機能として説明する機能も有する。
次に、図2及び図5を用いて、第1の通信装置110の各機能構成について詳細に説明する。なお、以下では、第1の通信装置110の各機能構成部を説明するにあたって、図5に示されている各構成要素のうち、第1の通信装置110の各機能構成部を実現させるための主な構成要素との関係も説明する。
第2の通信装置210は、送受信部2102、セキュリティレベル設定部2104、認証部2106、暗号化・復号処理部2108、要求性能判定部2110、送信パケット処理部2112、及び受信パケット処理部2114を有している。これら各部は、図2に示されている各構成要素のいずれかが、HDD160からRAM162上に展開された第2の通信装置用プログラムにしたがったCPU156からの命令によって動作することで実現される機能、又は機能される手段である。
次に、図2及び図5を用いて、第2の通信装置210の各機能構成について詳細に説明する。なお、以下では、第2の通信装置210の各機能構成部を説明するにあたって、図5に示されている各構成要素のうち、第2の通信装置210の各機能構成部を実現させるための主な構成要素との関係も説明する。
図6−図8は、第1の通信装置110、及び第2の通信装置210の動作の一実施例を示す。
制御システムの一変形例では、第1の通信装置110は、制御システムB202に擬似的に処理を実行させ、その処理時間を含む経過時間に基づいて、要求性能を満たすか否かを判定する。
第1の通信装置110の要求性能判定部1110は、制御システムB202に実行させる擬似的な処理内容を表す性能検証データを付帯した性能検証用パケットを作成し、送受信部1102は、性能検証用パケットを第2の通信装置210へ送信する。
第2の通信装置210の要求性能判定部2110は、第1の通信装置110から送信された性能検証用パケットに付帯される性能検証データによって表される擬似的な処理内容にしたがって、制御システムB202の第3のPLC206、及び第4のPLC208の一方又は両方に擬似的な処理を実行させる。受信パケット処理部2114は、制御システムB202の第3のPLC206、及び第4のPLC208の一方又は両方から、擬似的な処理の結果を取得し、擬似的な処理の結果を付帯した応答パケットを作成し、送受信部2102から第1の通信装置110へ送信する。
図9は、第1の通信装置110、及び第2の通信装置210の動作の一変形例を示す。
制御システムの一変形例では、各セキュリティゾーンに、伝送するデータの種別毎にセキュリティレベルが設定される。
第2の通信装置210によって、第1の通信装置110が第2の通信装置210に接続できる権限を有していることが確認され、通信を開始する際に、送受信部1102は、第1の通信装置110に設定されているセキュリティレベル情報を送信するとともに、第2の通信装置210から送信される、第2の通信装置210によって選択されたセキュリティレベル情報を受信し、セキュリティレベル設定部1104へ入力する。なお、セキュリティレベル情報は、図10に示されているようにデータ種別とセキュリティレベル「1」−「4」のいずれかとの組み合わせである。
送受信部2102は、第2の通信装置210によって、第1の通信装置110が第2の通信装置210に接続できる権限を有していることが確認され、通信を開始する際に、第1の通信装置110から送信されるセキュリティレベル情報を受信するとともに、セキュリティレベル設定部2104によって選択されるセキュリティレベル情報を送信する。なお、セキュリティレベル情報は、図10に示されているようにデータ種別とセキュリティレベル「1」−「4」のいずれかとの組み合わせである。
第1の通信装置110、及び第2の通信装置210の動作の一変形例は、図6−図8を適用できる。ただし、ステップS606では、第2の通信装置210のセキュリティレベル設定部2104は、第1の通信装置110のデータ種別毎のセキュリティレベル、及び第2の通信装置210に設定されているデータ種別毎のセキュリティレベルに基づいて、第1の通信装置110との間で通信を行う際に使用するセキュリティレベルをデータ種別毎に選択し、設定する。具体的には、セキュリティレベル設定部2104は、第1の通信装置110のデータ種別毎のセキュリティレベル、及び第2の通信装置210に設定されているデータ種別毎のセキュリティレベルを比較し、高い方のセキュリティレベルをデータ種別毎に選択し、設定する。
制御システムの一変形例は、送信データのサイズが所定のサイズよりも大きい場合に、経過時間が要求性能を満たすか否かを判定する点で、上述した実施例、及び変形例とは異なる。
送信パケット処理部1112は、セキュリティレベル設定部1104にセキュリティ対策の内容が設定されたのを契機として、第2の通信装置210へ送信する送信データのサイズが所定のサイズ(閾値)よりも大きいか否かを判定する。送信パケット処理部1112は、第2の通信装置210へ送信する送信データのサイズが所定のサイズよりも大きい場合に、送信データを付帯した送信パケットを作成し、要求性能判定部1110へ入力する。
暗号化・復号処理部2108は、セキュリティレベル設定部2104にセキュリティ対策の内容が設定されたのを契機として、第1の通信装置110から送信され、送受信部1102から入力される送信パケットを復号し、送信パケット処理部2112へ入力する。
図11は、第1の通信装置110、及び第2の通信装置210の動作の一変形例を示す。
制御システムの一変形例は、経過時間が要求性能を満たさない場合の処理が上述した実施例、及び変形例と異なる。
100 セキュリティゾーンA
102 制御システムA
104 第1の監視・制御装置
106 第1のPLC
108 第2のPLC
110 第1の通信装置
112 第1の入出力装置
114 第2の入出力装置
116 第1のセンサ
118 第1のアクチュエータ
152 第1の通信I/F
154 マイクロプロセッサ
156 CPU
158 ROM
160 HDD
162 RAM
164 第2の通信I/F
120 第2のセンサ
122 第2のアクチュエータ
124 第1の通信バス
126 第2の通信バス
128 第3の通信バス
130 第4の通信バス
150 通信用ケーブル
200 セキュリティゾーンB
202 制御システムB
204 第2の監視・制御装置
206 第3のPLC
208 第4のPLC
210 第2の通信装置
212 第3の入出力装置
214 第4の入出力装置
216 第3のセンサ
218 第3のアクチュエータ
220 第4のセンサ
222 第4のアクチュエータ
224 第5の通信バス
226 第6の通信バス
228 第7の通信バス
230 第8の通信バス
1102 送受信部
1104 セキュリティレベル設定部
1106 認証部
1108 暗号化・復号処理部
1110 要求性能判定部
1112 送信パケット処理部
1114 受信バケット処理部
2102 送受信部
2104 セキュリティレベル設定部
2106 認証部
2108 暗号化・復号処理部
2110 要求性能判定部
2112 送信パケット処理部
2114 受信バケット処理部
Claims (8)
- 複数の装置を有する第1の制御システム、及び第2の制御システム間で通信を行う制御システム間通信システムであって、
前記第1の制御システムを構成する第1の通信装置は、
前記第2の制御システムを構成する第2の通信装置との間でセキュリティレベルを設定する第1のセキュリティレベル設定部と、
前記第1のセキュリティレベル設定部によって設定したセキュリティレベルにしたがって送信パケットに対してセキュリティ処理を行う第1のセキュリティ処理部と、
前記第1のセキュリティ処理部によってセキュリティ処理した送信パケットを前記第2の通信装置へ送信する第1の送信部と、
前記第1の送信部によって送信した送信パケットに対する応答パケットを受信する第1の受信部と、
前記第1のセキュリティ処理部によって送信パケットに対してセキュリティ処理を行うところから、前記第1の送信部によって前記セキュリティ処理した送信パケットを送信し、前記第1の受信部によって前記応答パケットを受信するまでの経過時間に基づいて、前記第2の通信装置との間で設定したセキュリティレベルが要求性能を満たすか否かを判定する要求性能判定部と
を有し、
前記第2の通信装置は、
前記第1の通信装置との間でセキュリティレベルを設定する第2のセキュリティレベル設定部と、
前記第1の通信装置から送信される送信パケットを受信する第2の受信部と、
前記第2のセキュリティレベル設定部によって設定したセキュリティレベルにしたがって、前記第2の受信部によって受信した送信パケットに対してセキュリティ処理を行う第2のセキュリティ処理部と、
前記第2のセキュリティ処理部によってセキュリティ処理した送信パケットに対する応答パケットを作成する受信パケット処理部と、
前記受信パケット処理部によって作成した応答パケットを前記第1の通信装置へ送信する第2の送信部と
を有する制御システム間通信システム。 - 前記第1の通信装置は、
前記要求性能判定部によって前記第2の通信装置との間で設定したセキュリティレベルが要求性能を満たさないと判定した場合に、前記第2の通信装置へ送信する送信データを分割し、該分割した送信データを付帯した送信パケットを作成する送信パケット処理部
を有し、
前記第1の送信部は、前記送信パケット処理部によって作成した送信パケットを送信する、請求項1に記載の制御システム間通信システム。 - 前記第1の送信部は、前記第1の制御システムに設定されているセキュリティレベル情報を前記第2の通信装置へ送信し、
前記第2の受信部は、前記第1の通信装置から送信される前記第1の制御システムに設定されているセキュリティレベル情報を受信し、
前記第2のセキュリティレベル設定部は、前記第1の制御システムに設定されているセキュリティレベルと、前記第2の制御システムに設定されているセキュリティレベルに基づいて、セキュリティ強度が高い方のセキュリティレベルを設定し、
前記第2の送信部は、前記第2のセキュリティレベル設定部によって設定したセキュリティレベル情報を前記第1の通信装置へ通知し、
前記第1の受信部は、前記第2の通信装置から送信されるセキュリティレベル情報を受信し、
前記第1のセキュリティレベル設定部は、前記第1の受信部によって受信したセキュリティレベルを設定する、請求項1又は2に記載の制御システム間通信システム。 - 前記第1の送信部は、前記第1の制御システムに設定されているデータ種別毎のセキュリティレベル情報を前記第2の通信装置へ送信し、
前記第2の受信部は、前記第1の通信装置から送信される前記第1の制御システムに設定されているデータ種別毎のセキュリティレベル情報を受信し、
前記第2のセキュリティレベル設定部は、前記第1の制御システムに設定されているデータ種別毎のセキュリティレベルと、前記第2の制御システムに設定されているデータ種別毎のセキュリティレベルに基づいて、セキュリティ強度が高い方のセキュリティレベルをデータ種別毎に設定し、
前記第2の送信部は、前記第2のセキュリティレベル設定部によって設定されるセキュリティレベルをデータ種別毎に前記第1の通信装置へ通知し、
前記第1の受信部は、前記第2の通信装置から送信されるセキュリティレベル情報をデータ種別毎に受信し、
前記第1のセキュリティレベル設定部は、前記第1の受信部によって受信したセキュリティレベルをデータ種別毎に設定する、請求項1又は2に記載の制御システム間通信システム。 - 前記第1のセキュリティレベル設定部は、前記第1の制御システムを管理する管理装置からの指令にしたがって、前記第2の通信装置へ送信する送信パケットのセキュリティレベルを変更する、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の制御システム間通信システム。
- 前記経過時間は、
前記第1の通信装置が、
前記第1のセキュリティ処理部によって送信パケットに対してセキュリティ処理を行い、前記第1の送信部によってセキュリティ処理した送信パケットを前記第2の通信装置へ送信し、
前記第2の通信装置が、
前記第2の受信部によって前記第1の通信装置から送信される送信パケットを受信し、前記第2のセキュリティ処理部によって前記第2の受信部によって受信した送信パケットに対してセキュリティ処理を行い、前記第2の送信部によって前記第2の制御システムを構成する装置へ、前記第2のセキュリティ処理部でセキュリティ処理を行った送信パケットを送信し、
前記第2の制御システムを構成する装置が
前記第2の通信装置から送信されるセキュリティ処理を行った送信パケットを受信し、該受信したパケットに基づいて所定の処理を実行し、実行結果を前記第2の通信装置へ送信し、
前記第2の通信装置が、
前記第2の受信部によって前記第2の制御システムを構成する装置から送信される実行結果を受信し、前記受信パケット処理部によって前記第2の受信部によって受信した実行結果に基づいて応答パケットを作成し、前記第2の送信部によって該応答パケットを前記第1の通信装置へ送信し、
前記第1の通信装置が、
前記第1の受信部によって前記第2の通信装置から送信された応答パケットを受信し、
前記第1のセキュリティ処理部によって送信パケットに対してセキュリティ処理を行うところから、前記第1の受信部によって前記第2の通信装置から送信された応答パケットを受信するまでの時間である、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の制御システム間通信システム。 - 複数の装置を有する第1の制御システム、及び第2の制御システム間で実行される通信制御方法であって、
前記第1の制御システムを構成する第1の通信装置は、
前記第2の制御システムを構成する第2の通信装置との間でセキュリティレベルを設定する第1のセキュリティレベル設定ステップと、
前記第1のセキュリティレベル設定ステップによって設定したセキュリティレベルにしたがって送信パケットに対してセキュリティ処理を行う第1のセキュリティ処理ステップと、
前記第1のセキュリティ処理ステップによってセキュリティ処理した送信パケットを前記第2の通信装置へ送信する第1の送信ステップと、
前記第1の送信ステップによって送信した送信パケットに対する応答パケットを受信する第1の受信ステップと、
前記第1のセキュリティ処理ステップによって送信パケットに対してセキュリティ処理を行うところから、前記第1の送信ステップによって前記送信パケットを送信し、前記第1の受信ステップによって前記応答パケットを受信するまでの経過時間に基づいて、前記第2の通信装置との間で設定したセキュリティレベルが要求性能を満たすか否かを判定する要求性能判定ステップと
を実行し、
前記第2の通信装置は、
前記第1の通信装置との間でセキュリティレベルを設定する第2のセキュリティレベル設定ステップと、
前記第1の通信装置から送信される送信パケットを受信する第2の受信ステップと、
前記第2のセキュリティレベル設定ステップによって設定したセキュリティレベルにしたがって、前記第2の受信ステップによって受信した送信パケットに対してセキュリティ処理を行う第2のセキュリティ処理ステップと、
前記第2のセキュリティ処理ステップによってセキュリティ処理した送信パケットに対する応答パケットを作成する受信パケット処理ステップと、
前記受信パケット処理ステップによって作成した応答パケットを前記第1の通信装置へ送信する第2の送信ステップと
を実行する、通信制御方法。 - 前記第1の通信装置は、
前記要求性能判定ステップによって前記第2の通信装置との間で設定したセキュリティレベルが要求性能を満たさないと判定した場合に、前記第2の通信装置へ送信する送信データを分割し、該分割した送信データを付帯した送信パケットを作成する送信パケット処理ステップと、
前記送信パケット処理ステップによって作成した送信パケットを送信する第3の送信ステップと
を実行する、請求項7に記載の通信制御方法。
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