JP7300845B2 - 制御装置、産業用制御システムおよび暗号鍵寿命延長方法 - Google Patents

Description

本開示は、制御システムに関し、特に、分散型制御装置のセキュリティの向上に関する。

近年、石油、ガス、電力、製造などのインフラストラクチャを支える産業用制御システム（ＩＣＳ：Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）は外部ネットワークに接続されるようになっておきており、サイバー攻撃に対するセキュリティ対策の重要性が増している。また、産業用制御システムの一種となる例えば発電プラントや製造プラントなどのプラントの制御を行う装置として、複数の制御装置間で相互に通信しながらプラントの制御を行う分散型制御装置（ＤＣＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）が知られている。ＤＣＳは、制御ネットワークを介してプラントに設置された複数のフィールド機器に接続し、これらの制御や監視を行う（特許文献１～２参照）。また、分散型制御装置を構成する各制御装置は、プラントの操作および監視を行うためのＨＭＩ（Ｈｕｍａｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）などとイーサネット（登録商標）などで構築された制御情報ネットワークで接続されることにより、ＨＭＩなどの装置外部のコンピュータから送信される命令に基づいて、各フィールド機器の制御を実行する。そして、このようなＤＣＳを備える産業用制御システムに対するサイバー攻撃は、例えばＤｏＳ（Ｄｅｎｉａｌ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）攻撃や、なりすまし、盗聴、改ざんなどの情報システムで広く使われる攻撃手法が行われ得る。

なお、インターネット上では、通信データを暗号化することで通信の機密性を確保するといったことが行われる。例えば、ＳＳＬ通信では、通信の開始時にＩＫＥ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｋｅｙ Ｅｘｃｈａｎｇｅ）などの鍵交換プロトコルにより、一定期間（寿命を有する）だけ有効なセッション鍵（共通鍵）を交換し、セッション鍵を用いて通信データの暗号化通信を行う。また、鍵配布センター（ＫＤＣ：Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ）を設置し、各利用者の装置は、鍵配布センターからセッション鍵を取得し、装置間の暗号化通信に用いる。特許文献３には、ユーザの認証や権限等を証明するチケットの有効期限を要求により延長するサービス提供装置が開示されている。

特開２０１１－２２１８４６号公報 特開２０１２－２２６６８０号公報 特開２００４－１７１５２４号公報

産業用制御システムに暗号化通信に使用するセッション鍵の配信を行うサーバ（鍵配布サーバ）を導入する場合、ハードウェア故障やＤｏＳ攻撃等の悪意あるサイバー攻撃により鍵配布サーバがダウンすると、セッション鍵の寿命が尽きた時点で分散型制御装置における制御装置間の通信が不能となる。これによりＨＭＩ等からのプロセスデータの監視や操作、制御装置間の通信が、セッション鍵の寿命が尽きた時点で不能となり、制御対象を緊急停止させるインターロックが働くと制御対象の稼働率の低下を招く。

この対策として、鍵配布サーバを例えば二重化など冗長化する方法が考えられるが、全ての鍵配布サーバがダウンすると、上述のように制御対象の稼働率が低下するリスクが残る。また別の対策として、寿命制限の無い暗号鍵とすることも考えられるが、暗号化されたデータがいずれ解読されるリスクが残る。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、セキュリティ性能および信頼性が向上された分散型制御装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る制御装置は、
通信ネットワークを介して他の装置と通信するよう構成される制御装置であって、
前記他の装置との暗号化通信を行うための、寿命期間を有する暗号鍵を前記通信ネットワークを介して鍵配布サーバから取得するよう構成された鍵取得部と、
前記寿命期間内の前記暗号鍵を用いて前記他の装置との前記暗号化通信を実行するよう構成された暗号化通信部と、
前記鍵取得部による前記暗号鍵の取得が不能な状態である鍵取得不能状態を検出するよう構成されたサーバ状態検出部と、
前記鍵取得不能状態が検出された場合に前記寿命期間を延長する延長処理を実行するよう構成された寿命延長部と、を備える。

上記（１）の構成によれば、制御装置は、セッション鍵などの暗号鍵を配布する鍵配布サーバから取得した暗号鍵を用いて、共に分散型制御装置を構成する他の制御装置や、ＨＭＩ装置（後述）、ＡＣＳ（後述）などとなる他の装置と通信を行う。また、制御装置は、上記の鍵配布サーバがハードウェア故障やサイバー攻撃などによりダウンするなどして暗号鍵の寿命期間の延長ができない状態（鍵取得不能状態）である場合には、その際に使用している暗号鍵の寿命を、鍵配布サーバと通信することなく、自動で延長する。

これによって、暗号鍵の寿命が尽きることにより、分散型制御装置を構成する複数の制御装置間でのデータ通信が不能となるのを防止することができる。このため、分散型制御装置による制御対象の制御が不能となるのを防止することができ、制御対象の稼働率が低下するのを防止することができる。同様に、ＨＭＩ装置等とのデータ通信が不能となるのを防止することができ、制御装置を介した産業用制御システムの監視や操作が行えなくなることにより、プラントを停止させるような事態を防止することもできる。また、分散型制御装置を構成する制御装置間での通信が寿命制限を有する暗号鍵を用いて暗号化して行われることで、盗聴、改ざん、なりすまし等のサイバー攻撃から分散型制御装置を保護することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記寿命期間の満了を判定するよう構成された寿命監視部を、さらに備え、
前記寿命延長部は、前記延長処理として、前記寿命監視部が前記寿命期間の満了を判定しないようにする。

上記（２）の構成によれば、これによって、暗号鍵の寿命期間を適切に延長することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記寿命監視部は、前記寿命期間をカウントするよう構成されており、
前記延長処理は、前記寿命監視部のカウント値を所定値だけ戻した状態にする処理である。

上記（３）の構成によれば、暗号鍵の寿命期間の延長処理は、寿命期間のカウント値を所定値だけ戻した状態にする処理である。これによって、暗号鍵の寿命期間を適切に延長することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）～（３）の構成において、
前記サーバ状態検出部は、前記鍵配布サーバから周期的に送信される状態通知、または前記状態通知の通信状況に基づいて、前記鍵取得不能状態を検出する。

上記（４）の構成によれば、鍵配布サーバは自装置の状態を制御装置に周期的に通知するようになっており、制御装置は、鍵配布サーバから通知される鍵配布サーバの状態情報、または、周期的に行われる状態通知の通信状況に基づいて、鍵配布サーバからの暗号鍵の取得（更新）が可能であるか否かを判定する。これによって、上述した鍵取得不能状態を適切に検出することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）～（４）の構成において、
前記制御装置は、分散型制御装置を構成する装置であり、
前記鍵取得部によって取得された前記暗号鍵および前記寿命期間を記憶するよう構成された記憶部と、
前記分散型制御装置に新たに参入しようとする参入制御装置から送信される、前記暗号鍵を要求する鍵要求メッセージを受信するよう構成された鍵要求受信部と、
前記鍵要求メッセージを送信した前記参入制御装置に対して、前記記憶部に記憶されている前記暗号鍵および前記寿命期間を送信する鍵通知部と、をさらに備える。

上記（５）の構成によれば、制御装置は、自装置が属する分散型制御装置に新たに参入しようとする制御装置（参入制御装置）からの要求に応じて、鍵配布サーバに代わって暗号鍵を通知する。これによって、鍵配布サーバのダウン等により鍵取得不能状態にあったとしても、参入制御装置を分散型制御装置に参入させることができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記鍵通知部は、前記サーバ状態検出部によって前記鍵取得不能状態が検出されている場合を含む規定条件が満たされる場合に、前記参入制御装置に前記暗号鍵および前記寿命期間を送信する。

上記（６）の構成によれば、制御装置は、自装置によって鍵取得不能状態を検出していることを条件に、参入制御装置に暗号鍵を送信する。これによって、鍵配布サーバが暗号鍵の配布が可能であるにもかかわらず、制御装置が参入制御装置に対して暗号鍵等を送信することを防止することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）～（６）の構成において、
前記暗号鍵は、セッション鍵である。
上記（７）の構成によれば、上述した寿命期間だけ有効な暗号鍵は、寿命期間内であれば有効な共通鍵暗号の暗号鍵であるセッション鍵である。セッション鍵を用いることで、上記（１）～（６）と同様の効果を奏する。

（８）本発明の少なくとも一実施形態に係る産業用制御システムは、
上記（１）～（７）のいずれか１項に記載された制御装置と、
前記制御装置と他の装置間で共通に用いる、寿命期間を有する暗号鍵を、前記制御装置および前記他の装置に対してそれぞれ配布する鍵配布サーバと、を備える。
上記（８）の構成によれば、上記（１）と同様の効果を奏する。

（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、
前記鍵配布サーバは、冗長化されている。
上記（９）の構成によれば、鍵配布サーバの信頼性を向上させることができる。また、鍵配布サーバを構成する少なくとも１台の装置が適切に動作すれば、分散型制御装置に新たに参入しようとする制御装置（参入制御装置）の参入を可能とすることができる。

（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る暗号鍵寿命延長方法は、
通信ネットワークを介して他の装置と通信するよう構成される制御装置で実行される暗号鍵寿命延長方法であって、
前記他の装置との暗号化通信を行うための、寿命期間を有する暗号鍵を前記通信ネットワークを介して鍵配布サーバから取得する鍵取得ステップと、
前記寿命期間内の前記暗号鍵を用いて前記他の装置との前記暗号化通信を実行する暗号化通信ステップと、
前記鍵取得ステップによる前記暗号鍵の取得が不能な状態である鍵取得不能状態を検出するサーバ状態検出ステップと、
前記鍵取得不能状態が検出された場合に前記寿命期間を延長する延長処理を実行する寿命延長ステップと、を備える。

上記（１０）の構成によれば、上記（１）と同様の効果を奏する。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、セキュリティ性能および信頼性が向上された分散型制御装置が提供される。

本発明の一実施形態に係る産業用制御システム（ＩＣＳ）の構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る分散型制御装置の制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る鍵要求受信部および鍵通知部を備える制御装置の構成を概略的に説明するブロック図である。 本発明の一実施形態に係る分散型制御装置および鍵配布サーバの接続形態を簡略化して示す図であり、図１の制御情報ネットワークにおける接続形態に対応する。 本発明の一実施形態に係る参入制御装置の分散型制御装置への参入時のシーケンス図である。 本発明の一実施形態に係る暗号鍵寿命延長方法を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は本発明の一実施形態に係る産業用制御システム８（ＩＣＳ）の構成を概略的に示す図である。
産業用制御システム８は、電力、ガス、水道などの社会インフラや、発電プラント、化学プラントなどのプラントの監視および制御のためのシステムである。図１に示す産業用制御システム８は、例えば発電プラントなどのプラントの監視および制御をするための制御システムであり、プラントの自動制御および現場との入出力処理を相互に通信を行いながら実行する複数の制御装置１で構成される分散型制御装置１０を備える。以下では、制御装置１が、分散型制御装置１０を構成する装置である場合を例に説明する。ただし、本発明はこれには限定されない。他の幾つかの実施形態では、制御装置１は、分散型制御装置１０を構成する装置でなくても良い。

より詳細には、図１に示すように、各制御装置１は、制御ネットワークＮ１を介して、プラントに設置された複数のフィールド機器８１に接続された入出力モジュール（ＩＯＭ８２：Ｉｎｐｕｔ Ｏｕｔｐｕｔ Ｍｏｄｕｌｅ）に接続される。なお、ＩＯＭ８２に代えて、各制御装置１は、フィールド機器８１を制御するＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）に接続されても良い。フィールド機器８１は、温度、流量、圧力などを計測する各種のセンサや、バルブ（調節弁など）といった操作端などである。また、制御ネットワークＮ１は、このようなフィールド機器８１と制御装置１とを接続する通信ネットワークＮである。そして、各制御装置１は、センサから得られる計測データやイベントデータなどのプラントデータを収集すると共に、収集したプラントデータを用いて各種の演算を実行し、演算結果をＩＯＭ８２などに送信することによりプラントの自動制御を実行する。

また、図１に示すように、各制御装置１は、例えばイーサネットなどで構築される制御情報ネットワークＮ２に接続されている。この制御情報ネットワークＮ２は、プラントの制御や監視、管理を行うためのコンピュータ装置と制御装置１とを接続するＩＰネットワークなどの通信ネットワークＮであり、ファイアウォール装置８５を介して企業内ＬＡＮやインターネット（外部ネットワーク）などの他のネットワークＮ３に接続される。例えば制御情報ネットワークＮ２には、プラントの操作および監視を行うヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）となるオペレータステーション（ＯＰＳ８３）や、プラントデータの大容量保存・管理を行うＡＣＳ８４（Ａｃｃｅｓｓｏｒｙ Ｓｔａｔｉｏｎ）などが接続される。そして、制御装置１は、上記のＯＰＳ８３やインターネット側に接続されたリモートＯＰＳ（不図示）などから送信され、制御情報ネットワークＮ２を介して通信されたプラントに対する命令などを受信すると、その命令実行や応答の返信などを実行する。

上述したような産業用制御システム８は、複数の制御装置１間で暗号化通信を行うように構成される。このため、産業用制御システム８は、図１に示すように、鍵配布サーバ９をさらに備える。図１に示す実施形態では、鍵配布サーバ９は、上述した分散型制御装置１０を構成する複数の制御装置１間で共通に用いる暗号鍵Ｋ（共通鍵）を、複数の制御装置１に対してそれぞれ配布する機能を有する。この鍵配布サーバ９は、周知な鍵配布センタ（ＫＤＣ）であっても良い。そして、図１に示すように、各制御装置１は、この鍵配布サーバ９から暗号鍵Ｋの配布を受けるようになっている。これによって、各制御装置１は、暗号鍵Ｋを用いて通信データＤを暗号化して他の制御装置１に送信すると共に、他の制御装置１から受信した暗号化された通信データＤを暗号鍵Ｋを用いて復号化することができ、複数の制御装置１間の暗号化通信が可能となる。

なお、各制御装置１は、通信ネットワークＮに接続された上述した他の制御装置１や、ＯＰＳ８３や、ＡＣＳ８４などの少なくとも１つとなる他の装置と暗号化通信を行っても良く、鍵配布サーバ９は、これらの装置間で用いる暗号鍵Ｋを配布しても良い。この場合、例えば制御装置１とＯＰＳ８３との間、制御装置１とＡＣＳ８４との間で用いる暗号鍵Ｋは同じであっても良いし、異なっていても良い。

また、上記の暗号鍵Ｋは、鍵配布サーバ９によって設定された所定の寿命期間Ｔを有している。例えば、暗号鍵Ｋは、一定期間（寿命期間Ｔ）だけ有効な、共通鍵暗号を行うための周知なセッション鍵であっても良い。暗号鍵Ｋが寿命期間Ｔを有するため、各制御装置１は、上記の寿命期間Ｔの経過後は、その暗号鍵Ｋを用いた他の制御装置１等との暗号化通信を行うことができないようになる。よって、各制御装置１は、鍵配布サーバ９から既に配布を受けている暗号鍵Ｋの寿命期間Ｔが経過する前に、新しい暗号鍵Ｋを鍵配布サーバ９から取得する。このように暗号鍵Ｋが新しいものに随時更新されていくことで、暗号化通信が不正に解読されるリスクを低減しつつ、各暗号鍵Ｋの個々の寿命期間Ｔより長い長期間における制御装置１間等の通信（暗号化通信）が可能とされる。

上述したような産業用制御システム８において、鍵配布サーバ９が、ハードウェア故障やＤｏＳ攻撃等の悪意あるサイバー攻撃によりダウンするなど、何らかの理由により制御装置１が鍵配布サーバ９から上記の暗号鍵Ｋを取得できない場合（以下、鍵取得不能状態）が生じると、上記の暗号鍵Ｋの寿命期間Ｔが経過した時点で制御装置１間の通信が不能となる。これにより、フィールド機器８１を介して、例えば火力発電プラントのガスタービンやボイラ等の制御対象を緊急停止させるインターロックが働くと制御対象の稼働率の低下を招く。そこで、制御装置１は、鍵取得不能状態を検出すると、その際に自装置が用いている最新の暗号鍵Ｋの寿命期間Ｔを自動で延長するように構成される。

以下、このような暗号鍵Ｋの寿命期間Ｔの自動延長を行う制御装置１について、図２～図５を用いて、詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る分散型制御装置１０の制御装置１の構成を概略的に示すブロック図である。以下では、複数の制御装置１間で暗号化通信を行う場合を例に説明する。

制御装置１は、複数の制御装置１が通信ネットワークＮを介して接続される上述した分散型制御装置１０を構成する装置であり、鍵配布サーバ９から配布された（取得された）暗号鍵Ｋを用いた暗号化通信により、自装置を除く１または複数の制御装置１の少なくとも一部と相互に通信データＤを交換する。図２に示すように（後述する図４も同様）、制御装置１は、鍵取得部２と、暗号化通信部３と、サーバ状態検出部４と、寿命延長部５と、を備える。
制御装置１が備える上記の機能部について、暗号鍵Ｋがセッション鍵、鍵配布サーバ９がＫＤＣサーバであるものとして、それぞれ説明する。

なお、制御装置１は、例えばコンピュータで構成されている。具体的には、図示しないＣＰＵ（プロセッサ）や、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリ、外部記憶装置などの記憶部ｍを備えている。そして、主記憶装置にロードされたプログラム（制御プログラム等）の命令に従ってＣＰＵが動作（データの演算など）することで、制御装置１が備える上記の各機能部を実現する。鍵配布サーバ９から配布された寿命期間Ｔを有する暗号鍵Ｋは、寿命期間Ｔと共に上記の記憶部ｍに記憶される。鍵配布サーバ９も同様にコンピュータで構成されている。

鍵取得部２は、上述した寿命期間Ｔを有するセッション鍵Ｋを通信ネットワークＮを介して鍵配布サーバ９から取得するよう構成された機能部である。より詳細には、鍵取得部２は、セッション鍵Ｋを、鍵配布サーバ９から定期的などで取得するように構成される。例えば、鍵取得部２は、鍵配布サーバ９との間で、例えばＲＦＣ２４０９で規定されたＩＫＥ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｋｅｙ Ｅｘｃｈａｎｇｅ）などの所定の暗号鍵交換プロトコルを実行することで、セッション鍵Ｋを取得しても良い。図１～図２に示す実施形態では、上記の通信ネットワークＮは、既に説明した制御情報ネットワークＮ２である。

暗号化通信部３は、上述した寿命期間Ｔ内のセッション鍵Ｋを用いて他の制御装置１との暗号化通信を実行するよう構成された機能部である。すなわち、各制御装置１は、他の制御装置１に対して通信データＤを送信する際には、暗号化通信部３により、セッション鍵Ｋを用いて通信データＤを暗号化して送信する。逆に、各制御装置１は、他の制御装置１から暗号化された通信データＤを受信した場合には、暗号化通信部３により、暗号化に使用するのと同じセッション鍵Ｋを用いて復号化し、通信データＤを得る。

サーバ状態検出部４は、上述した鍵取得部２によるセッション鍵Ｋの鍵配布サーバ９からの取得が不能な状態である鍵取得不能状態を検出するよう構成された機能部である。具体的には、鍵配布サーバ９から送信される状態通知Ｓ（後述）の内容等に基づいて、上記の鍵取得不能状態を検出しても良いし、送信したｐｉｎｇ等に対する応答の受信状況に基づいて上記の鍵取得不能状態の検出を行っても良い。あるいは、寿命期間Ｔの満了前に行う鍵取得部２による新たた暗号鍵Ｋの取得が１以上のリトライ回数失敗した場合に、鍵取得不能状態であると判定しても良い。状態通知Ｓの詳細については、後述する。

寿命延長部５は、サーバ状態検出部４によって鍵取得不能状態が検出された場合に寿命期間Ｔを延長する延長処理を実行するよう構成された機能部である。サーバ状態検出部４によって鍵取得不能状態が検出されている際には、鍵配布サーバ９との間で鍵交換プロトコルを実行できない。よって、寿命延長部５は、鍵配布サーバ９と通信することなく、後述するような処理を上記の延長処理として実行する。この延長処理によって、既に取得して使用可能となっている最新のセッション鍵の寿命期間Ｔが延長されるので、寿命期間Ｔの満了によって、他の制御装置１との間の通信ができないような事態を回避することが可能となる。

上記の構成によれば、分散型制御装置１０を構成する制御装置１は、セッション鍵Ｋなどの暗号鍵Ｋを配布する鍵配布サーバ９から取得した暗号鍵Ｋを用いて、同じく分散型制御装置１０を構成する他の制御装置１と通信を行う。また、上記の制御装置１は、上記の鍵配布サーバ９がハードウェア故障やサイバー攻撃などによりダウンするなどして暗号鍵Ｋの寿命期間Ｔの延長ができない状態（鍵取得不能状態）である場合には、その際に使用している暗号鍵Ｋの寿命を、鍵配布サーバ９と通信することなく、自動で延長する。

これによって、暗号鍵Ｋの寿命が尽きることにより、分散型制御装置１０を構成する複数の制御装置１間でのデータ通信が不能となるのを防止することができる。このため、分散型制御装置１０によるフィールド機器８１を介して制御対象の制御が不能となるのを防止することができ、制御対象の稼働率が低下するのを防止することができる。また、分散型制御装置１０を構成する制御装置１間での通信が寿命制限を有する暗号鍵Ｋを用いて暗号化して行われることで、盗聴、改ざん、なりすまし等のサイバー攻撃から分散型制御装置１０を保護することができる。

次に、上述した寿命延長部５による延長処理について、具体的に説明する。
幾つかの実施形態では、図２に示すように、制御装置１は、上述した寿命期間Ｔの満了を判定するよう構成された寿命監視部６を、さらに備える。そして、寿命延長部５は、上記の延長処理として、この寿命監視部６が寿命期間Ｔの満了を判定しないようにする。これによって、暗号鍵Ｋの寿命期間Ｔを適切に延長することができる。

具体的には、幾つかの実施形態では、寿命監視部６は、カウンタを用いるなどして上述した寿命期間Ｔをカウントしても良い。寿命監視部６は、寿命期間Ｔに相当する回数をカウントアップあるいはカウントダウンによりカウントすると、寿命期間Ｔが満了したと判定する。

この場合において、幾つかの実施形態では、上記の寿命監視部６が寿命期間Ｔの満了を判定しないようにする延長処理は、上記の寿命監視部６によるカウント値を所定値だけ戻した状態にする処理であっても良い。つまり、上述した寿命延長部５は、延長処理として、上記の寿命監視部６によるカウント値を所定値だけ戻した状態にする。すなわち、寿命監視部６がカウントアップにより寿命期間Ｔをカウントしている場合には、カウンタの現在値（カウント値）を所定値だけ減算しても良い。寿命監視部６がカウントダウンにより寿命期間Ｔをカウントしている場合には、カウンタの現在値を所定値だけ加算しても良い。また、上記の所定値は、予め固定されていても良いし、例えばカウント値の半分などというように、延長処理を実行する際のカウント値に応じた値であっても良い。あるいは、上記の所定値は、延長処理を実行する際のカウント値であっても良く、カウンタ値のリセットにより延長処理を実行しても良い。

これによって、寿命監視部６は、セッション鍵Ｋの配布時に鍵配布サーバ９に設定されるなどした寿命期間Ｔで定められた期間を経過したとしても、寿命期間Ｔの満了を判定しないようになる。ただし、本実施形態に本発明は限定されない。他の幾つかの実施形態では、上述した寿命延長部５は、上記の寿命監視部６によるカウントを停止させることにより、延長処理を実行しても良い。その他の幾つかの実施形態では、上述した寿命延長部５は、寿命期間Ｔとしてカウントすべきカウンタの総数（時間）を、増大させても良い。

また、寿命延長部５は、例えば、鍵取得不能状態が解消し、鍵配布サーバ９との間で鍵交換プロトコルが適切に行えるようにるまで、上記の延長処理を１回または複数回繰返し行っても良い。具体的には、カウント値と予め定めた閾値とを比較し、カウント値がこの閾値に一致した場合に、延長処理を実行しても良い。これによって、例えば、ダウンした鍵配布サーバ９が復旧可能な復旧可能な期間まで、寿命期間Ｔを延長させることが可能となる。

上記の構成によれば、暗号鍵Ｋの寿命期間Ｔの延長を、寿命期間Ｔのカウント値を所定値だけ戻した状態にすることにより実行する。これによって、暗号鍵Ｋの寿命期間Ｔを適切に延長することができる。

他の幾つかの実施形態では、寿命延長部５は、上述した制御装置１が備える記憶部ｍの所定の記憶領域に記憶されている寿命期間Ｔを書き換えることにより、延長処理を実行しても良い。この場合には、寿命監視部６は、記憶部ｍに記憶された寿命期間Ｔの書き換えが行われた場合に、その記憶領域の再読み込みを行うようにするなどすれば、延長処理により更新された後の寿命期間Ｔを監視するようなる。この際、延長処理後の寿命期間Ｔは、延長処理前の寿命期間Ｔよりも長くしても良い。延長処理後の寿命期間Ｔは、例えば、ダウンした鍵配布サーバ９が復旧可能な復旧可能な期間など、鍵取得不能状態が解消するだけ充分長い時間としても良い。

次に、上述したサーバ状態検出部４による鍵取得不能状態の検出方法について、具体的に説明する。
幾つかの実施形態では、上述したサーバ状態検出部４は、鍵配布サーバ９から周期的に送信される状態通知Ｓ、または状態通知Ｓの通信状況に基づいて、鍵取得不能状態を検出（判定）しても良い。この状態通知Ｓは、鍵配布サーバ９が自発的に自装置の正常または異常といった状態を、通信ネットワークＮを介して制御装置１などに通知するものである。この状態通知Ｓには、異常の場合には、その異常の内容（例えばハードウェア故障、内部異常など）が含まれていても良い。また、状態通知Ｓは、予め指定されているＩＰアドレス等の宛先となる複数の制御装置１に対してマルチキャストにより送信されても良い。たたし、本実施形態に本発明は限定されず、他の幾つかの実施形態では、状態通知Ｓはブロードキャストにより送信されても良い。

そして、制御装置１は、鍵配布サーバ９が周期的に送信する状態通知Ｓの内容に基づいて、鍵取得不能状態であるか否かを判定しても良い。例えば、ｐｉｎｇの送信に対する応答の受信状況では、鍵配布サーバ９が有する鍵配布に関する機能の正常、異常までを適切に判断できない場合が有り得るが、状態通知Ｓの内容に基づいて判定することで、より適切な判定が可能となる。また、制御装置１は、周期的に行われるはずの状態通知Ｓが１以上の一定回数受信できない場合に鍵取得不能状態であると判定するなど、状態通知Ｓの通信状況に応じて、鍵取得不能状態であるか否かを判定しても良い。この時、通信ネットワークＮ自体の異常が原因の可能性もあるため、他の制御装置１との通信が可能である場合に限って、鍵取得不能状態であると判定しても良い。なお、各制御装置１も、上述したような自装置の状態を通知する状態通知を他の制御装置１や鍵配布サーバ９に送信しても良い。

上記の構成によれば、鍵配布サーバ９は自装置の状態を制御装置１に周期的に通知するようになっており、制御装置１は、鍵配布サーバ９から通知される鍵配布サーバ９の状態情報、または、周期的に行われる状態通知Ｓの通信状況に基づいて、鍵配布サーバ９からの暗号鍵Ｋの取得（更新）が可能であるか否かを判定する。これによって、上述した鍵取得不能状態を適切に検出することができる。

以上の説明では、複数の制御装置１間で暗号化通信を行う場合を例に本発明を説明した。ただし、上述した実施形態に本発明は限定されない。他の幾つかの実施形態では、制御装置１が、通信ネットワークＮに接続されたＯＰＳ８３やＡＣＳ８４などの他の装置と暗号化通信する場合に適用しても良い。この場合、上述した説明における、制御装置１が暗号化通信を行う他の制御装置１が、ＯＰＳ８３やＡＣＳ８４などの他の装置に置き換えれば良いので、説明を省略する。

次に、上述した制御装置１が、分散型制御装置１０を構成する場合に備えることが可能な他の機能部、および鍵配布サーバ９に関する幾つかの実施形態について、図３～図５を用いて説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る鍵要求受信部７１および鍵通知部７２を備える制御装置１の構成を概略的に説明するブロック図である。図４は、本発明の一実施形態に係る分散型制御装置１０および鍵配布サーバ９の接続形態を簡略化して示す図であり、図１の制御情報ネットワークＮ２における接続形態に対応する。また、図５は、本発明の一実施形態に係る参入制御装置１ｎの分散型制御装置１０への参入時のシーケンス図である。

幾つかの実施形態では、図３に示すように、制御装置１は、鍵取得部２によって取得された暗号鍵Ｋおよび寿命期間Ｔを記憶するよう構成された記憶部ｍ（前述）と、分散型制御装置１０に新たに参入しようとする制御装置１（以下、参入制御装置１ｎ）から送信される、暗号鍵Ｋを要求する鍵要求メッセージＲを受信するよう構成された鍵要求受信部７１と、この鍵要求メッセージＲを送信した参入制御装置１ｎに対して、上記の記憶部ｍに記憶されている暗号鍵Ｋおよび寿命期間Ｔを送信する鍵通知部７２と、をさらに備えても良い。

図３～図５に示す実施形態では、図４～図５に示すように、参入制御装置１ｎは、制御情報ネットワークＮ２に接続された後、分散型制御装置１０に参入するために、鍵配布サーバ９との間で鍵交換プロトコルを開始する（図５のＳ５１）。しかし、鍵配布サーバ９が例えばダウンしているため（鍵取得不能状態）、鍵配布サーバ９から、分散型制御装置１０の既存の制御装置１間で用いられているのと同じセッション鍵Ｋを取得することができない。このような場合には、参入制御装置１ｎは、分散型制御装置１０に参入済みの複数の制御装置１のうちの少なくとも１台の制御装置１に対して鍵要求メッセージＲを送信する（図５のＳ５２）。具体的には、参入制御装置１ｎは、自装置の記憶部ｍに予め記憶されている宛先アドレス（ＩＰアドレスなど）を宛先とした鍵要求メッセージＲ（ＩＰパケット）を送信しても良い。あるいは、参入制御装置１ｎは、ブロードキャストにより鍵要求メッセージＲを送信しても良く、同一のブロードキャストドメインに属する参入済みの制御装置１に鍵要求メッセージＲを送信することができる。

そして、この鍵要求メッセージＲを受信した参入済みの制御装置１が、暗号鍵Ｋおよび寿命期間Ｔを含む鍵応答メッセージＲｒを送信する（図５のＳ５３）。この際、幾つかの実施形態では、参入済みの制御装置１の鍵通知部７２は、規定条件を満たしている場合に限って、参入制御装置１ｎに暗号鍵Ｋおよび寿命期間Ｔを送信しても良い。この規定条件は、自装置のサーバ状態検出部４によって鍵取得不能状態が検出されている場合を含んでも良い。つまり、制御装置１は、自装置によって鍵取得不能状態を検出していることを条件に、参入制御装置１ｎに暗号鍵Ｋを送信する。これによって、鍵配布サーバ９が暗号鍵Ｋの配布が可能であるにもかかわらず、制御装置１が参入制御装置１ｎに対して暗号鍵Ｋ等を送信することを防止することが可能となる。これによって、参入制御装置１ｎは、暗号鍵Ｋおよび寿命期間Ｔを取得することで、他の複数の制御装置１との暗号化通信が可能となり、分散型制御装置１０へ参入することが可能となる。

ただし、本実施形態に本発明は限定されない。他の幾つかの実施形態では、参入制御装置１ｎは、鍵配布サーバ９が周期的に送信する上述した状態通知Ｓが受信されない場合に、上述した鍵要求メッセージＲを送信しても良い。この場合、鍵配布サーバ９には、暗号鍵Ｋの配布先として、事前に参入制御装置１ｎの情報（ＩＰアドレスなど）が登録されていても良い。

上記の構成によれば、制御装置１は、自装置が属する分散型制御装置１０に新たに参入しようとする制御装置１（参入制御装置１ｎ）からの要求に応じて、鍵配布サーバ９に代わって暗号鍵Ｋを通知する。これによって、鍵配布サーバ９のダウン等により鍵取得不能状態にあったとしても、参入制御装置１ｎを分散型制御装置１０に参入させることができる。

また、幾つかの実施形態では、図４に示すように、鍵配布サーバ９は、冗長化されていても良い。図４に示す実施形態では、鍵配布サーバ９は、二重化されている。これによって、鍵配布サーバ９の信頼性を向上させることができる。また、鍵配布サーバ９を構成する少なくとも１台の装置が適切に動作すれば、分散型制御装置１０に新たに参入しようとする制御装置１（参入制御装置１ｎ）の参入を可能とすることができる。

以下、上述した制御装置１が実行する処理に対応する暗号鍵寿命延長方法について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の一実施形態に係る暗号鍵寿命延長方法を示す図である。

暗号鍵寿命延長方法は、複数の制御装置１が通信ネットワークＮを介して接続される分散型制御装置１０の制御装置１で実行される方法など、上述した通信ネットワークＮを介して、上述した他の装置と通信する制御装置１で実行される方法である。図６に示すように、暗号鍵寿命延長方法は、上述した寿命期間Ｔを有する暗号鍵Ｋを上述した通信ネットワークＮを介して鍵配布サーバ９から取得する鍵取得ステップと、寿命期間Ｔ内の暗号鍵Ｋを用いて他の装置（他の制御装置１など）との暗号化通信を実行する暗号化通信ステップと、上述した鍵取得不能状態を検出するサーバ状態検出ステップと、この鍵取得不能状態が検出された場合に寿命期間Ｔを延長する延長処理を実行する寿命延長ステップと、を備える。これらの鍵取得ステップ、暗号化通信ステップ、サーバ状態検出ステップ、および寿命延長ステップは、それぞれ、既に説明した、鍵取得部２、暗号化通信部３、サーバ状態検出部４、寿命延長部５が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。

図６に示す実施形態では、ステップＳ１において鍵取得ステップを実行し、セッション鍵Ｋ（寿命期間Ｔおよび暗号鍵Ｋ）を取得する。ステップＳ２において暗号化通信ステップを実行する。すなわち、ステップＳ１で取得したセッション鍵Ｋを用いて他の装置との間で暗号化通信を実行する。そして、ステップＳ２で用いているセッション鍵Ｋが有効である際に、ステップＳ３において、サーバ状態検出ステップを実行する。その結果、この鍵取得不能状態が検出された場合には、ステップＳ４において、寿命期間Ｔの経過前のいずれかの時点で上述した延長処理を実行する。鍵取得不能状態の検出直後であっても良いし、寿命期間Ｔの満了の所定期間前であっても良い。逆に、ステップＳ３において、鍵取得不能状態が検出されない場合には、ステップＳ５において、延長処理後のセッション鍵Ｋを用いて、他の装置との暗号化通信を継続（実行）する。

なお、ステップＳ５の実行中に、鍵配布サーバ９が復旧し、セッション鍵Ｋの配布が可能となった場合には、復旧後に配布されたセッション鍵Ｋによる暗号化通信を行うことになる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１０ 分散型制御装置
１ 制御装置
１ｎ 参入制御装置
ｍ 記憶部
２ 鍵取得部
３ 暗号化通信部
４ サーバ状態検出部
５ 寿命延長部
６ 寿命監視部
７１ 鍵要求受信部
７２ 鍵通知部
８ 産業用制御システム
８１ フィールド機器
８２ ＩＯＭ
８３ ＯＰＳ
８４ ＡＣＳ
８５ ファイアウォール装置
９ 鍵配布サーバ
Ｎ 通信ネットワーク
Ｎ１ 制御ネットワーク
Ｎ２ 制御情報ネットワーク
Ｎ３ 他のネットワーク
Ｋ 暗号鍵（セッション鍵）
Ｔ 寿命期間
Ｓ 状態通知
Ｄ 通信データ
Ｒ 鍵要求メッセージ
Ｒｒ 鍵応答メッセージ

Claims (10)

1. 通信ネットワークを介して他の装置と通信するよう構成される制御装置であって、
   前記他の装置との暗号化通信を行うための、寿命期間を有する暗号鍵を前記通信ネットワークを介して鍵配布サーバから取得するよう構成された鍵取得部と、
   前記寿命期間内の前記暗号鍵を用いて前記他の装置との前記暗号化通信を実行するよう構成された暗号化通信部と、
   前記鍵取得部による前記暗号鍵の取得が不能な状態である鍵取得不能状態を検出するよう構成されたサーバ状態検出部と、
   前記鍵取得不能状態が検出された場合に、前記鍵取得部によって取得された使用可能となっている前記暗号鍵の前記寿命期間を延長する延長処理を実行するよう構成された寿命延長部と、を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記寿命期間の満了を判定するよう構成された寿命監視部を、さらに備え、
   前記寿命延長部は、前記延長処理として、前記寿命監視部が前記寿命期間の満了を判定しないようにすることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記寿命監視部は、前記寿命期間をカウントするよう構成されており、
   前記延長処理は、前記寿命監視部のカウント値を所定値だけ戻した状態にする処理であることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 前記サーバ状態検出部は、前記鍵配布サーバから周期的に送信される状態通知、または前記状態通知の通信状況に基づいて、前記鍵取得不能状態を検出することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 前記制御装置は、分散型制御装置を構成する装置であり、
   前記鍵取得部によって取得された前記暗号鍵および前記寿命期間を記憶するよう構成された記憶部と、
   前記分散型制御装置に新たに参入しようとする参入制御装置から送信される、前記暗号鍵を要求する鍵要求メッセージを受信するよう構成された鍵要求受信部と、
   前記鍵要求メッセージを送信した前記参入制御装置に対して、前記記憶部に記憶されている前記暗号鍵および前記寿命期間を送信する鍵通知部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の制御装置。
6. 前記鍵通知部は、前記サーバ状態検出部によって前記鍵取得不能状態が検出されている場合を含む規定条件が満たされる場合に、前記参入制御装置に前記暗号鍵および前記寿命期間を送信することを特徴とする請求項５に記載の制御装置。
7. 前記暗号鍵は、セッション鍵であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の制御装置。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載された制御装置と、
   前記制御装置と他の装置間で共通に用いる、寿命期間を有する暗号鍵を、前記制御装置および前記他の装置に対してそれぞれ配布する鍵配布サーバと、を備えることを特徴とする産業用制御システム。
9. 前記鍵配布サーバは、冗長化されていることを特徴とする請求項８に記載の産業用制御システム。
10. 通信ネットワークを介して他の装置と通信するよう構成される制御装置で実行される暗号鍵寿命延長方法であって、
    前記他の装置との暗号化通信を行うための、寿命期間を有する暗号鍵を前記通信ネットワークを介して鍵配布サーバから取得する鍵取得ステップと、
    前記寿命期間内の前記暗号鍵を用いて前記他の装置との前記暗号化通信を実行する暗号化通信ステップと、
    前記鍵取得ステップによる前記暗号鍵の取得が不能な状態である鍵取得不能状態を検出するサーバ状態検出ステップと、
    前記鍵取得不能状態が検出された場合に、前記鍵取得ステップによって取得された使用可能となっている前記暗号鍵の前記寿命期間を延長する延長処理を実行する寿命延長ステップと、を備えることを特徴とする暗号鍵寿命延長方法。

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