JP7020769B2 - 通信装置および通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、暗号化された通信に関するものであり、特に、通信状況を監視する技術に関するものである。

暗号化されたパケットの伝送を行うことで、インターネット上に仮想的な専用回線を設けるインターネットＶＰＮ（Internet Virtual Private Network）が広く用いられるようになっている。インターネットＶＰＮは、ＬＡＮ（Local Area Network）などにそれぞれ接続された通信装置間でインターネットを介した通信が行われる。

そのような構成のインターネットＶＰＮでは、一方の通信装置にＬＡＮ等から入力されたパケットが暗号鍵を用いて暗号化され、インターネット上を伝送された後、もう一方の通信装置で復号されてＬＡＮ等に出力される。暗号化および復号を行う通信装置間では、コントロールプレーン上で暗号化および復号に用いる鍵の共有が行われる。

また、通信ネットワークの重要性が高くなり、通信が安定して継続できることに対する要求が高くなっている。そのため、インターネットＶＰＮのような通信システムにおいても、データプレーン上におけるパケットの通信を安定的に行う必要がある。暗号化された通信システムにおいて、パケットの通信を安定的に行うためには、例えば、受信側の通信装置で安定的に復号処理が行われる必要がある。

しかし、通信装置において暗号鍵の喪失や暗号鍵のデータの不具合等が生じると、暗号化されたパケットの復号を行うことができないため通信が停止する恐れがある。そのため、暗号化されたパケットを伝送する通信システムにおいて、受信側の装置における復号処理の状態を監視する技術の開発が行われている。そのような、受信側の装置における復号処理の状態を監視する技術としては、例えば、特許文献１のような技術が開示されている。

特許文献１は、ノード間で通信を行う複数のノードと、通信ネットワークと接続しているゲートウェイ装置と、管理装置を備える通信システムに関するものである。特許文献１の通信システムの各ノードは、ゲートウェイ装置ごとに設定された暗号鍵に基づいて暗号化されたパケットによって互いに通信を行う。各ノードは、受信パケットを復号する際に、復号できなった回数を計数する。各ノードは、復号できなかった回数が閾値を超えたときに、管理装置に新たなゲートウェイ装置の暗号鍵を要求する。特許文献１は、そのような方法で通信を行うことで、暗号鍵の設定を効率的に行うことができるとしている。

国際公開第２０１２／０９０３３２号

しかしながら、特許文献１の技術は次のような点で十分ではない。特許文献１の通信システムでは、受信側のノードにおいて復号ができなかった回数の計数を行い、閾値を超えたときに他の暗号鍵の要求が行われている。そのため、特許文献１の通信システムでは、送信側の装置は、受信側のノードにおける復号の可否について判断をすることはできない。すなわち、特許文献１の通信システムでは、受信側の復号の可否に関わらずパケットの送信が継続され、送信側では送信しているにも関わらず、受信側で復号できずにパケットが破棄されて通信が停止する状態が生じうる。よって、特許文献１の技術は、通信ネットワークを介して対向する通信装置間で、暗号化処理に関する不具合を早期に検知して通信の停止時間を抑制するための技術としては十分ではない。

本発明は、上記の課題を解決するため、暗号化処理に関する不具合を早期に検知して通信の停止時間を抑制することができる通信装置を得ることを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の通信装置は、受信手段と、復号手段と、監視手段と、暗号鍵管理手段を備えている。受信手段は、ネットワークを介して対向する通信装置である対向装置から、自装置が保持している復号鍵と対応するように生成された暗号鍵を基に暗号化されたパケットを受信する。復号手段は、対向装置から暗号鍵を基に暗号化されて送られてくるパケットを、自装置が保持している復号鍵を基に復号する。監視手段は、復号手段によるパケットの復号が正常に行われているかを監視する。暗号鍵管理手段は、監視手段がパケットの復号の異常を検知したときに、自装置に保持している復号鍵の情報を対向装置に送信する。

本発明の通信方法は、ネットワークを介して対向する通信装置である対向装置から、自装置が保持している復号鍵と対応するように生成された暗号鍵を基に暗号化されたパケットを受信する。本発明の通信方法は、対向装置から暗号鍵を基に暗号化されて送られてくるパケットを、自装置が保持している前記復号鍵を基に復号する。本発明の通信方法は、パケットの復号が正常に行われているかを監視する。本発明の通信方法は、パケットの復号の異常を検知したときに、自装置に保持している復号鍵の情報を対向装置に送信する。

本発明によると、暗号化処理に関する不具合を早期に検知して通信の停止時間を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第２の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第２の実施形態の通信装置の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の通信システムの例を示す図である。 本発明の第２の実施形態の鍵の組み合わせの例を示す図である。 本発明の第２の実施形態における鍵の状態の例を示した図である。 本発明の第２の実施形態の通信装置の動作フローを示す図である。 本発明の第２の実施形態の通信システムの動作の例を模式的に示した図である。 本発明の第２の実施形態の通信装置の動作フローを示す図である。 本発明の第２の実施形態の通信システムの動作の例を模式的に示した図である。 本発明の第２の実施形態の通信システムの動作の例を模式的に示した図である。 本発明の第２の実施形態の通信システムの動作の例を模式的に示した図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の通信システムの構成の概要を示したものである。本実施形態の通信装置は、受信手段１と、復号手段２と、監視手段３と、暗号鍵管理手段４を備えている。受信手段１は、ネットワークを介して対向する通信装置である対向装置から、自装置が保持している復号鍵と対応するように生成された暗号鍵を基に暗号化されたパケットを受信する。復号手段２は、対向装置から暗号鍵を基に暗号化されて送られてくるパケットを、自装置が保持している復号鍵を基に復号する。監視手段３は、復号手段２によるパケットの復号が正常に行われているかを監視する。暗号鍵管理手段４は、監視手段３がパケットの復号の異常を検知したときに、自装置に保持している復号鍵の情報を対向装置に送信する。

本発明の通信装置では、監視手段３がパケットの復号の異常を検知したときに、暗号鍵管理手段４が自装置に保持している復号鍵の情報を対向装置に送信している。このように本実施形態の通信装置では、パケットの復号の処理状態に異常が生じた際に、復号鍵の情報を送信しているので、パケットの送信元の対向装置は、送信先の通信装置がどのような復号鍵を保持しているかを認識することができる。パケットの送信元の対向装置は、送信先の通信装置がどのような復号鍵を保持しているかを認識することで、復号できない暗号鍵で暗号化されたパケットを送信しつつけることを避けることができる。また、パケットの送信元の対向装置は、送信先の通信装置がどのような復号鍵を保持しているかを認識することで、必要に応じて鍵の再生成を行うことが可能になる。そのため、本実施形態の通信装置を用いることで、受信装置側で復号できない暗号鍵で暗号化パケットの送信が継続され通信が停止する状態を避けることができる。その結果、本実施形態の通信装置を用いることで、暗号化処理に関する不具合を早期に検知して通信の停止時間を抑制することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図２は、本実施形態の通信システムの構成の概要を示したものである。

本実施形態の通信システムは、第１の通信装置１１と、第２の通信装置１２と、通信ネットワーク３０を備えている。第１の通信装置１１と、第２の通信装置１２は、通信ネットワーク３０を介して接続されている。また、通信ネットワーク３０上には、さらに通信装置が接続されていてもよい。

本実施形態の通信システムは、第１の通信装置１１と、第２の通信装置１２がインターネットＶＰＮ（Internet Virtual Private Network）を介してパケットの送受信を行う通信システムである。本実施形態では、第１の通信装置１１と、第２の通信装置１２は、ＩＰｓｅｃ（Security Architecture for Internet Protocol）に基づいて暗号化したパケットの送受信を行う。

第１の通信装置１１および第２の通信装置１２は、ＩＫＥ（Internet Key Exchange）プロトコルに基づいて、パケットの暗号化に用いる暗号鍵と、暗号化されたパケットの復号に用いる復号鍵を生成し、暗号化されたパケットの送受信を行う。第１の通信装置１１および第２の通信装置１２は、暗号鍵および復号鍵をそれぞれ保持している。すなわち、第１の通信装置１１の暗号鍵と第２の通信装置１２の復号鍵、および、第２の通信装置１２の暗号鍵と第１の通信装置１１の復号鍵をそれぞれ対応するように生成することで、暗号化されたパケットを相互に送受信することができる。

第１の通信装置１１および第２の通信装置１２の構成について説明する。図３は、本実施形態の第１の通信装置１１および第２の通信装置１２として用いられる通信装置２０の構成の概要を示したものである。図３に示すとおり、通信装置２０は、通信データ入出力部２１と、通信制御部２２と、暗号化処理部２３と、暗号鍵管理部２４と、鍵情報記憶部２５と、通信部２６を備えている。

通信データ入出力部２１は、通信ネットワーク３０との間で送受信するパケットの入力インターフェースとしての機能を有する。通信データ入出力部２１は、通信装置２０に接続されている情報処理装置やＬＡＮ（Local Area Network）等の他のネットワークから入力されるパケットを、通信装置２０の内部で用いる信号の形式に変換して通信制御部２２に送る。また、通信データ入出力部２１は、通信制御部２２から受け取ったパケットを、情報処理装置や他のネットワークに送信する際の信号形式に変換し、通信装置２０に接続されている情報処理装置や他のネットワークに送信する。

通信制御部２２は、入力されたパケットのあて先を判断し、あて先に応じてパケットを処理する機能を有する。通信制御部２２は、通信データ入出力部２１からパケットを受け取ると、ヘッダ情報を基にあて先を判断し、あて先に基づいた情報をヘッダに付加する。通信制御部２２は、あて先に基づいた情報をヘッダに付加したパケットを暗号化処理部２３に送る。また、通信制御部２２は、暗号化処理部２３から受け取ったパケットのあて先を判断し、受け取ったパケットのあて先が自装置に接続している情報処理装置やネットワーク宛のパケットである場合に、ヘッダに必要な情報を付加して通信データ入出力部２１に送る。

暗号化処理部２３は、パケットの暗号化と復号を行う機能を有する。暗号化処理部２３は、暗号化処理部２３は、通信制御部２２からパケットを受け取ると、パケットのペイロードに暗号化を施す。暗号化処理部２３は、暗号鍵管理部２４に保存されているパケットの送信先に応じた暗号鍵を基にパケットを暗号化する。暗号化処理部２３は、暗号化を施したパケットを通信部２６に送る。

暗号化処理部２３は、通信部２６から受け取ったパケットのヘッダを参照し、受け取ったパケットに対応する復号鍵を、暗号鍵管理部２４を参照して取得する。暗号化処理部２３は、暗号鍵管理部２４から取得した復号鍵を基に、暗号化されたパケットのペイロードを復号する。暗号化処理部２３は、暗号化されたパケットの復号を行うと、復号したパケットを通信データ入出力部２１に送る。

暗号化処理部２３は、パケットのヘッダ部分を含めて暗号化し、通信ネットワーク３０において伝送する際のヘッダをさらに付加するようにしてもよい。ヘッダ部を含めて暗号化した場合には、暗号化処理部２３は、復号する際に通信ネットワーク３０において伝送する際に付加されたヘッダを削除して、暗号化されている部分を復号して通信制御部２２に送る。また、本実施形態の暗号化処理部２３において暗号化されたパケットを復号する機能は、第１の実施形態の復号手段２に相当する。

暗号鍵管理部２４は、暗号化処理部２３でパケットの暗号化および復号を行う際に用いる暗号鍵および復号鍵の保存および管理を行う機能を有する。暗号鍵管理部２４は、パケットの送信先の通信装置ごとに、暗号鍵および復号鍵のペアを生成し、鍵情報記憶部２５に保存する。暗号鍵管理部２４は、保存している暗号鍵および復号鍵のペアが存在しないとき、通信相手のとの間で暗号鍵および復号鍵を生成する。また、暗号鍵管理部２４は、通品相手の装置から送られてくる鍵情報リストのデータと、自装置の鍵情報記憶部２５に保存している暗号鍵および復号鍵を比較し、重複している鍵のペアおよび相手装置に対応する鍵のペアが存在しない鍵のペアを消去する。

暗号鍵管理部２４は、鍵情報リストの送信条件を満たしたときに、自装置の鍵情報記憶部２５に保存されている暗号鍵および復号鍵のペアの情報を基に鍵情報リストを生成する。暗号鍵管理部２４は、鍵情報リストを生成すると、通信部２６を介して、鍵情報リストを通信相手の通信装置に送信する。鍵情報リストの送信条件は、あらかじめ設定された時間、通信制御部２２においてパケットを受信しない場合および復号に失敗したパケットが生じた場合として設定される。鍵情報リストの送信条件は、自装置に保存している暗号鍵が存在しない場合として設定されてもよい。また、鍵情報リストの送信条件は、あらかじめ設定された時間ごととして設定されていてもよい。また、本実施形態の暗号鍵管理部２４の機能は、第１の実施形態の監視手段３および暗号鍵管理手段４に相当する。

鍵情報記憶部２５は、暗号鍵および復号鍵の情報を保存する機能を有する。鍵情報記憶部２５は、通信相手の通信装置の識別子、暗号鍵および復号鍵のデータおよび生存時間の情報を関連づけて保存している。本実施形態において生存時間とは、暗号鍵および復号鍵に設定されている有効期間のうち、期限が切れるまでの残り時間のことをいう。

通信部２６は、通信ネットワーク３０との間でパケットの送受信を行う機能を有する。通信部２６は、暗号化処理部２３から受け取ったパケットを、通信ネットワーク３０の通信規格に基づいた信号形式に変換する。暗号化処理部２３は、通信ネットワーク３０の通信規格に基づいた信号形式に変換したパケットを通信ネットワーク３０に送信する。また、通信部２６は、通信ネットワーク３０から受信したパケットを、自装置内で用いる信号の形式に変換して暗号化処理部２３に送る。また、本実施形態の通信部２６においてパケットを受信する機能は、第１の実施形態の受信手段１に相当する。

通信ネットワーク３０は、インターネット等によって構成されている。通信ネットワーク３０の一部または全ては、通信事業者等の通信回線であってもよい。図４は、本実施形態の通信システムの具体的な例を示したものである。本実施形態の通信システムは、例えば、本社やセンター施設に設置されたＩＰｓｅｃ装置と、支店や拠点施設に設置されたＩＰｓｅｃ装置の間において、暗号化されたパケットの送受信を、インターネットを介して行う際に用いられる。ＩＰｓｅｃ装置は、ＩＰｓｅｃに基づいて暗号化されたパケットの送信および受信したパケットの復号を行う装置である。図４の２つのＩＰｓｅｃ装置は、第１の通信装置１１および第２の通信装置１２にそれぞれ相当する。

本実施形態の通信システムの動作について説明する。始めに、本実施形態の通信システムで行われる暗号化されたパケットの通信を、第１の通信装置１１から第２の通信装置１２にパケットの送信が行われる場合を例に説明する。

始めに第１の通信装置１１の通信データ入出力部２１に、通信ネットワーク３０を介して第２の通信装置１２に送るパケットが入力される。第２の通信装置１２に送るパケットを受け取ると、通信データ入出力部２１は、受け取ったパケットを通信制御部２２に送る。

通信制御部２２は、パケットを受け取るとパケットのヘッダを参照して送信先を判断する。通信制御部２２は、送信先を判断すると、通信ネットワーク３０を介して送信先の通信装置にパケットを伝送する際に必要なアドレス等の情報をパケットのヘッダに付加して、暗号化処理部２３に送る。

暗号化処理部２３は、パケットを受け取ると、暗号鍵管理部２４を参照して、パケットの送信先に対応する暗号鍵を取得する。パケットの送信先が第２の通信装置１２であるとき、暗号化処理部２３は、第２の通信装置１２に対応した暗号鍵を取得する。暗号鍵を取得すると、暗号化処理部２３は、取得した暗号鍵を基にパケットに暗号化を施す。パケットを暗号化すると、暗号化処理部２３は、暗号化したパケットを通信部２６に送る。通信部２６は、暗号化処理部２３からパケットを受け取ると、受け取ったパケットを通信ネットワーク３０に送信する。

通信ネットワーク３０に送信されたパケットは、通信ネットワーク３０上を伝送され第２の通信装置１２の通信部２６に入力される。第２の通信装置１２の通信部２６は、通信ネットワーク３０を介してパケットを受け取ると、受け取ったパケットを暗号化処理部２３に送る。パケットを受け取ると、暗号化処理部２３は、パケットのヘッダを参照し、パケットの送信元に対応する復号鍵を暗号鍵管理部２４から取得する。パケットの送信元が第１の通信装置１１であるとき、暗号化処理部２３は、第１の通信装置１１に対応した復号鍵を暗号鍵管理部２４から取得する。

復号鍵を取得すると、暗号化処理部２３は、暗号化されたパケットの復号を行う。パケットの復号を行うと、暗号化処理部２３は、復号したパケットを通信制御部２２に送る。通信制御部２２は、パケットを受け取ると、ヘッダの情報を参照してパケットのあて先を判断する。パケットのあて先が自装置に接続している情報処理装置や他のネットワークであるとき、通信制御部２２は、パケットを通信データ入出力部２１に送る。通信データ入出力部２１は、パケットを受け取ると、受け取ったパケットを情報処理装置や他のネットワークに送信する。

上記の説明では、第１の通信装置１１から第２の通信装置１２にパケットを送信する場合について説明したが、第２の通信装置１２から第１の通信装置１１にパケットを送信する際も同様用に暗号化されたパケットの送信および復号を行うことができる。

図５は、本実施形態の通信装置において双方向に暗号化されたパケットの通信を行う場合の例を模式的に示したものである。図５の例では、第１の通信装置１１は、暗号鍵Ａと復号鍵Ｂのペアを第２の通信装置１２と暗号化通信を行う際の鍵として保持している。また、第２の通信装置１２は、暗号鍵Ｂと復号鍵Ａのペアを第１の通信装置１１と暗号化通信を行う際の鍵として保持している。

図５の例では、暗号鍵Ａと復号鍵Ａが、第１の通信装置１１と第２の通信装置１２の間で暗号化されたパケット通信を行う際の１対の鍵として設定されている。また、暗号鍵Ｂと復号鍵Ｂが、第１の通信装置１１と第２の通信装置１２の間で暗号化されたパケット通信を行う際の１対の鍵として設定されている。このように、対応した暗号鍵と復号鍵を対向する通信装置間で互いに保持することで、暗号化されたパケット通信を双方向に行うことができる。また、本実施形態の通信システムでは、暗号鍵と復号鍵は、ＩＫＥプロトコルに基づいて生成される。第１の通信装置１１および第２の通信装置１２は、暗号鍵と復号鍵のペアが１つも存在しないときに、鍵の再生成を行う。

次に、本実施形態の通信システムにおいて受信側の通信装置において復号鍵のデータに欠落等が生じて、暗号化されたパケットの復号が行えない場合の動作について説明する。以下の説明では、図６のように第２の通信装置１２で復号鍵が失われ、第２の通信装置１２がパケットの受信状態の異常を検知した場合を例に説明する。

始めに、第２の通信装置１２において受信したパケットの復号状態の異常を検知した際の動作について図７を参照して説明する。図７は、パケットの受信側の通信装置においてパケットの復号状態の異常を検知した際の動作フローについて示したものである。

第２の通信装置１２の暗号鍵管理部２４は、暗号化処理部２３における暗号化されたパケットの復号処理の状況を監視する（ステップ１０１）。暗号鍵管理部２４は、所定の時間内に、暗号化処理部２３において第１の通信装置１１から受信したパケットの復号が行われたかを確認する。復号が行われたパケットがあるとき（ステップ１０２でＹｅｓ）、暗号鍵管理部２４は、ステップ１０１において暗号化処理部２３の監視を所定の時間ごとに行う。暗号鍵管理部２４が暗号化処理部２３の監視を行う間隔である所定の時間は、あらかじめ設定されている。

所定の時間内に暗号化処理部２３で復号されたパケットが無いとき（ステップ１０２でＮｏ）、暗号鍵管理部２４は、通信相手の第１の通信装置１１との間で鍵情報リストの整合が必要であると判断する。所定の時間内に復号が行われたパケットがないとき、自装置または相手装置において必要な暗号鍵および復号鍵の欠落等が生じている可能性があるからである。

鍵情報リストの整合が必要であると判断すると、第２の通信装置１２の暗号鍵管理部２４は、鍵情報リストを生成する。暗号鍵管理部２４は、鍵情報記憶部２５を参照し、保存されている暗号鍵および復号鍵のペアのうち、第１の通信装置１１から受信したパケットの復号に用いる暗号鍵および復号鍵のペアの情報を収集する（ステップ１０３）。

暗号鍵管理部２４は、第１の通信装置１１から受信したパケットの復号に用いる鍵のペアについての情報を収集すると、収集した暗号鍵および復号鍵のペアのリストを鍵情報リストとして生成する。鍵情報リストは、暗号鍵および復号鍵を特定することができる情報によって構成される。暗号化リストは、例えば、復号鍵のＳＰＩ（Security Parameter Index）情報と生存時間等のよって構成されている。また、自装置に復号鍵が存在しない場合には、暗号鍵管理部２４は、全ての項目を「０」に設定した鍵情報リストを生成する。

鍵情報リストを生成すると、暗号鍵管理部２４は、生成した鍵情報リストを通信部２６に送る。通信部２６は、鍵情報リストの情報を受け取ると、鍵情報リストの情報を第１の通信装置１１に送る（ステップ１０５）。

図８は、第２の通信装置１２が、復号の処理の異常を検知して、第１の通信装置１１に鍵情報リストを送信する動作を模式的に示したものである。図８の例では、第２の通信装置１２は、送信時の暗号化用としての暗号鍵Ａと、受信時の復号用としての暗号鍵Ｂの鍵ペア１を保持している。第２の通信装置１２の暗号鍵管理部２４は、定期的に復号処理の状態を監視する。第２の通信装置１２の暗号鍵管理部２４は、復号が実施されたデータが存在しないときなどに、鍵情報リストの送信が必要であると判断する。鍵情報リストの送信が必要であると判断すると、第２の通信装置１２の暗号鍵管理部２４は、鍵ペア１の情報を鍵情報リストとして第１の通信装置１１に送信する。

次に、パケットの送信側の第１の通信装置１１が第２の通信装置１２からパケットの復号に異常が生じた際に送信する鍵情報リストを受け取った際の動作について説明する。図９は、パケットの送信側の通信装置が、受信側の通信装置から鍵情報リストを受け取った場合の動作フローを示したものである。

第１の通信装置１１の通信部２６は、第２の通信装置１２の鍵情報リストの情報を受け取ると、鍵情報リストの情報を暗号鍵管理部２４に送る（ステップ１１１）。暗号鍵管理部２４は、鍵情報リストの情報を受け取ると、鍵情報記憶部２５を参照し、自装置が保持している鍵情報、すなわち、暗号鍵と復号鍵のペアの情報を取得する（ステップ１１２）。自装置が保持している鍵情報、すなわち、暗号鍵と復号鍵のペアの情報を取得すると、暗号鍵管理部２４は、自装置が鍵情報と、第２の通信装置１２から送られた鍵情報リストを比較する（ステップ１１３）。

自装置の鍵情報記憶部２５に鍵のペアが存在するとき（ステップ１１４でＹｅｓ）、暗号鍵管理部２４は、鍵情報リストの鍵のペアに対応しない鍵のペアが存在するかを確認する。鍵情報リストの鍵のペアに対応しない鍵のペアが、鍵情報記憶部２５に保持されているとき、暗号鍵管理部２４は、鍵情報リストの鍵のペアと対応していない鍵のペアを削除する（ステップ１１５）。すなわち、暗号鍵管理部２４は、自装置にのみ情報が存在する鍵のペアを削除する。

図１０は、本実施形態の通信システムにおいて、第１の通信装置１１が複数の鍵のペアを保持している場合の動作を模式的に示したものである。図１０の例では、第１の通信装置１１は、暗号鍵Ｂと復号鍵Ａによって構成される鍵ペア１と、暗号鍵Ｃと復号鍵Ｄによって構成される鍵ペア２を保持している。また、第２の通信装置１２は、暗号鍵Ａと復号鍵Ｂによって構成される鍵ペア１を保持している。

図１０の例において、第２の通信装置１２は、復号を実施してないことを検知すると、鍵ペア１の情報を含む鍵情報リストを生成し、第１の通信装置１１に送信する。第１の通信装置１１は、受け取った鍵情報リストと、自装置が保持している鍵情報を比較する。図１０の例では、鍵ペア１は第２の通信装置１２から受信した鍵情報リストに含まれているが、鍵ペア２は含まれていない。そのため、第１の通信装置１１は、鍵ペア２の情報を削除する。鍵ペア２の情報を削除することで、第１の通信装置１１は、パケットを送信する際に鍵ペア１の暗号鍵Ｂでのみ暗号化を行う。そのため、第１の通信装置１１と、第２の通信装置１２間で鍵のペアが１対１で対応するので、第２の通信装置１２の復号の際の不具合は解消する。

また、同一の暗号鍵を１つのみ保持していたとき（ステップ１１６でＮｏ）、第１の通信装置１１は、通常の動作を継続する。また、同一の暗号鍵を複数、保持しているとき（ステップ１１６でＹｅｓ）、暗号鍵管理部２４は、同一の鍵のうち、生存時間、すなわち、鍵の有効期間の残り時間が最も長い暗号鍵以外を削除する。鍵の有効期間の残り時間が最も長い暗号鍵以外を削除すると、第１の通信装置１１は、通常の動作を継続する。

自装置の鍵情報記憶部２５に鍵のペアの情報を保持していないとき（ステップ１１４でＮｏ）、暗号鍵管理部２４は、鍵情報リストの内容を参照し、第２の通信装置１２が保持する鍵のペアの情報が含まれているかを確認する。鍵情報リストに鍵のペアの情報が含まれているとき（ステップ１１８でＹｅｓ）、暗号鍵管理部２４は、すべての項目を「０」に設定した鍵情報リストを生成する（ステップ１１９）。

鍵情報リストに鍵のペアの情報が含まれているとき、暗号鍵管理部２４は、例えば、ＳＰＩ情報等を全て０にしたデータを鍵１つ分設定し、鍵情報リストを生成する。暗号鍵管理部２４は、鍵情報リストを生成すると、生成した鍵情報リストを第２の通信装置１２に送信する（ステップ１２０）。鍵情報リストを受け取った第２の通信装置１２および第１の通信装置１１は、鍵の再生成を行い暗号鍵と復号鍵の対を生成する。

図１１は、ステップ１１８において鍵情報リストに鍵のペアの情報が含まれている場合における通信システムの動作の例を模式的に示したものである。図１１の例では、第２の通信装置１２は、暗号鍵Ａと復号鍵Ｂによって構成される鍵ペア１によって復号等の処理を行っている。図１１の例において、復号の異常を検知すると、第２の通信装置１２は、鍵ペア１によって構成される鍵情報リストを第１の通信装置１１に送る。しかし、第１の通信装置１１は、暗号鍵Ｃと復号鍵Ｄによって構成されている鍵ペア２のみを保持し、鍵ペア１を保持していないため、第１の通信装置１１は、鍵ペア２の情報を自装置から削除する。また、鍵ペア２の情報を削除すると第１の通信装置１１は、全ての項目を０に設定した鍵情報リストを第２の通信装置１２に送る。

図１１の例において鍵情報リストを受け取った第２の通信装置１２は、受信した鍵情報リストの内容を参照する。鍵情報リストには鍵のペアの情報が含まれていないので、第２の通信装置１２は、自装置が保持している鍵ペア１の情報を削除する。第２の通信装置１２が鍵の情報を削除すると、いずれの通信装置にも鍵が保持されていない状態になるため、第１の通信装置１１と第２の通信装置１２の間でネゴシエーション処理が開始される。第１の通信装置１１と第２の通信装置１２の間で新たに鍵が生成されると、生成した鍵に基づいた通信が行われる。図１１の例では、第１の通信装置１１には、暗号鍵Ｆと復号鍵Ｅによって構成される鍵ペア３が生成され、第２の通信装置１２には、暗号鍵Ｅと復号鍵Ｆによって構成される鍵ペア３が生成されている。

また、鍵情報リストに鍵のペアの情報が含まれていないとき（ステップ１１８でＮｏ）、両装置に鍵が存在しない状態となるので、受け取った第２の通信装置１２および第１の通信装置１１は、鍵のペアの再生成を行い暗号鍵と復号鍵の対を生成する。鍵のペアの再生成を行い暗号鍵と復号鍵の対を生成すると、第１の通信装置１１と第２の通信装置１２は、暗号化されたパケットの送受信を再開する。

図１２は、ステップ１１８において鍵情報リストに鍵のペアの情報が含まれていない場合における通信システムの動作の例を模式的に示したものである。図１２の例では、第１の通信装置１１は、暗号鍵Ｂと復号鍵Ａによって構成される鍵ペア１を保持してパケットの送受信を行っているが、第２の通信装置１２は、鍵のペアを保持していない。鍵のペアを保持していない第２の通信装置１２は、パケットの復号を行うことができないため、全項目が０の鍵情報リストを第１の通信装置１１に送る。第１の通信装置１１は、鍵情報リストを受け取ると、鍵情報リストの内容を参照する。図１２の例では、鍵情報リストは全項目０のため、第１の通信装置１１は、自装置が保持していた鍵ペア１の情報を削除する。

第１の通信装置１１が鍵のペアの情報を削除すると、いずれの通信装置にも鍵が保持されていない状態になるため、第１の通信装置１１と第２の通信装置１２の間でネゴシエーション処理が開始される。第１の通信装置１１と第２の通信装置１２の間で新たに鍵のペアが生成されると、生成した鍵のペアに基づいた通信が行われる。図１２の例では、第１の通信装置１１には、暗号鍵Ｄと復号鍵Ｃによって構成される鍵ペア２が生成され、第２の通信装置１２には、暗号鍵Ｃと復号鍵Ｄによって構成される鍵ペア２が生成されている。

本実施形態の通信システムは、パケットの受信側の第２の通信装置１２が、パケットの復号の異常を検知したときに、受信側の第２の通信装置１２が保持している鍵のペアの情報を鍵情報リストとしてパケットの送信元の第１の通信装置１１に送信している。そのため、送信元の第１の通信装置１１は、受信側においてパケットを正常に復号できていないことを検知することができる。

本実施形態の通信システムでは、復号の異常を検知したときのみ鍵情報リストをパケットの受信側から送信側の通信装置に送信するので、ネットワークの負荷の増大を避けることができる。また、本実施形態の通信システムでは、受信側から送信側に送られた鍵のペアの情報と、送信側に保持されている鍵のペアの情報が比較され、鍵情報リストに対応する鍵のペアがない鍵のペアが、送信側の通信装置から削除されている。また、送信側および受信側の通信装置で保持している暗号鍵および復号鍵の対が存在しないときに、暗号鍵および復号鍵の対の再生成が行われている。そのため、本実施形態の通信システムでは、受信側で対応してない暗号鍵を用いて送信側の通信装置が暗号化されたパケットの送信を継続することを避けることができる。また、鍵の情報が喪失した際にも鍵を再生成して動的に通信を復旧することができる。よって、本実施形態の通信システムでは、暗号鍵および復号鍵の情報の喪失による暗号化処理の不具合でパケットの通信に異常が生じても、パケットの通信が長期に停止する状態を抑制することができる。その結果、本実施形態の通信システムは、暗号化処理に関する不具合を早期に検知して通信の停止時間を抑制することができる。

第２の実施形態では、通信システムが第１の通信装置１１および第２の通信装置１２の２台で構成される例を示したが通信装置は、３台以上であってもよい。３台以上であった場合にも、通信を行う２台の通信装置が暗号鍵および復号鍵のペアの情報を共有することで、暗号化されたパケットの送受信および復号の際の異常の検知を行うことができる。

第２の実施形態の通信システムにおいて、鍵のペアの削除や鍵の再生成後に送信側の通信装置は、鍵のペアの存在を確認してから暗号化されたパケットの送信を行うようにしてもよい。そのような構成として場合には、例えば、送信側の通信装置は、鍵情報リストを要求するパケットを受信側の通信装置に送信し、応答として受け取る鍵情報リストを基に鍵のペアの存在を確認する。鍵のペアの存在を確認してから暗号化されたパケットを送信することで、データプレーン上のパケットが、コントロールプレーン上のパケットを追い越すことで生じるパケットの破棄を避けることができる。パケットの破棄を避けることで、より安定した通信を行うことが可能になる。

１ 受信手段
２ 復号手段
３ 監視手段
４ 暗号鍵管理手段
１１ 第１の通信装置
１２ 第２の通信装置
２０ 通信装置
２１ 通信データ入出力部
２２ 通信制御部
２３ 暗号化処理部
２４ 暗号鍵管理部
２５ 鍵情報記憶部
２６ 通信部
３０ 通信ネットワーク

Claims (8)

1. ネットワークを介して対向する通信装置である対向装置がパケットを暗号化する際に用いる第１の暗号鍵に対応する復号鍵と、前記対向装置に送信するパケットを暗号化する際に用いる第２の暗号鍵のペアを保持している鍵情報記憶手段と、
   前記第１の暗号鍵を基に暗号化されたパケットを前記対向装置から受信し、前記第２の暗号鍵を基に暗号化したパケットを前記対向装置に送信する通信手段と、
   前記対向装置から前記第１の暗号鍵を基に暗号化されて送られてくる前記パケットを、前記第１の暗号鍵に対応する復号鍵を基に復号する復号手段と、
   前記復号手段による前記パケットの復号が正常に行われているかを監視する監視手段と、
   前記監視手段が前記パケットの復号の異常を検知したときに、前記復号鍵と前記第２の暗号鍵のペアを特定する情報を鍵情報リストとして前記対向装置に送信する暗号鍵管理手段と、
   を備え、
   暗号鍵管理手段は、送信した前記鍵情報リストに情報が含まれる前記復号鍵に対応する前記第１の暗号鍵を保持していないことを示す情報が前記対向装置から送られてきたときに、前記対向装置との間で暗号鍵および復号鍵を再生成することを特徴とする通信装置。
2. 前記監視手段は、前記パケットの復号が所定の時間、行われなかったときに前記パケットの復号の異常を検知することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 第１の装置と、
   請求項１または２に記載の通信装置からなる第２の装置と、
   を備え、
   前記第１の装置は、
   ネットワークを介して対向する通信装置である第２の装置に、前記第２の装置が保持している復号鍵と対応するように生成された第１の暗号鍵を基に暗号化したパケットを送信する送信手段と、
   前記パケットの復号が正常に行えないことを検知した前記第２の装置から、前記第２の装置が保持している前記復号鍵と前記第２の装置がパケットの暗号化に用いている第２の暗号鍵とのペアを特定する情報が鍵情報リストとして送られてきた際に、前記鍵情報リストに情報が含まれている前記復号鍵に対応する前記第１の暗号鍵を保持していないときに、前記第２の装置に前記復号鍵と対応する前記第１の暗号鍵を保持していないことを示す情報を送信し、前記第２の装置との間で暗号鍵と復号鍵を再生成する暗号鍵管理手段と、
   を備える通信装置であり、
   前記第１の装置は、前記第２の装置が保持している前記復号鍵と対応するように生成された前記第１の暗号鍵を基に暗号化した前記パケットを、前記ネットワークを介して前記第２の装置に送信し、前記第２の装置の前記監視手段は、前記第１の装置から送られてきた前記パケットが前記復号鍵を基に正常に復号されているかを監視することを特徴とする通信システム。
4. 前記第１の装置は、前記第２の装置がパケットを暗号化する際に用いる第２の暗号鍵に対応するように生成された第２の復号鍵と、前記第１の暗号鍵のペアを保持している鍵情報記憶手段をさらに備え、
   前記暗号鍵管理手段は、前記第２の装置から前記鍵情報リストを受け取った際に、送られてきた前記鍵情報リストに情報が含まれている前記復号鍵に対応していない暗号鍵を削除することを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
5. 第１の通信装置は、
   ネットワークを介して対向する第２の通信装置がパケットを暗号化する際に用いる第１の暗号鍵に対応する復号鍵と、前記第２の通信装置に送信するパケットを暗号化する際に用いる第２の暗号鍵のペアを保持し、
   前記第１の暗号鍵を基に暗号化されたパケットを前記第２の通信装置から受信し、
   前記第２の通信装置から前記第１の暗号鍵を基に暗号化されて送られてくる前記パケットを、自装置が保持している前記復号鍵を基に復号し、
   前記パケットの復号が正常に行われているかを監視し、
   前記パケットの復号の異常を検知したときに、前記復号鍵と前記第２の暗号鍵のペアを特定する情報を鍵情報リストとして前記第２の通信装置に送信し、
   送信した前記鍵情報リストに情報が含まれる前記復号鍵に対応する前記第１の暗号鍵を保持していないことを示す情報が前記第２の通信装置から送られてきたときに、前記第２の通信装置との間で暗号鍵および復号鍵を再生成することを特徴とする通信方法。
6. 前記第１の通信装置は、前記パケットの復号が所定の時間、行われなかったとき前記パケットの復号の異常を検知することを特徴とする請求項５に記載の通信方法。
7. 前記第２の通信装置は、
   前記第１の通信装置が前記パケットの復号の異常を検知したときに送信する前記鍵情報リストを受信し、
   受信した前記鍵情報リストと、前記第１の暗号鍵を比較し、
   前記鍵情報リストに情報が含まれる前記復号鍵に対応する前記第１の暗号鍵を保持していないときに、前記第１の暗号鍵を保持していないことを示す情報を前記第１の通信装置に送信することを特徴とする請求項５または６に記載の通信方法。
8. 前記第２の通信装置は、
   記対向装置がパケットを暗号化する際に用いる前記第２の暗号鍵に対応するように生
   成された第２の復号鍵と、前記第１の暗号鍵のペアを保持し、
   前記第１の通信装置から前記鍵情報リストを受け取った際に、送られてきた前記鍵情報リストに情報が含まれている前記復号鍵に対応していない暗号鍵を削除する請求項５から７いずれかに記載の通信方法。

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