JP2021503191A - ネットワークセキュリティ用l2スイッチ及びこれを用いた遠隔監視制御システム - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明の一実施形態に係る目的は、ポート設定に基づいてフレームを暗号化して送受信することができ、サイバー攻撃を遮断することができ、遠隔監視制御装置が、ネットワークを構成するL2スイッチの状態を監視することができるように、L2スイッチに関する情報を遠隔監視制御装置へ提供するネットワークセキュリティ用L2スイッチ、及びこれを用いた遠隔監視制御システムを提供することにある。
また、本発明の一実施形態に係る目的は、管理者がL2スイッチのタッチパネルを観察してL2スイッチの異常か否かを容易に認識することができ、タッチパネルを用いてL2スイッチの暗号化機能をオフ(Off)することができるネットワークセキュリティ用L2スイッチ、及びこれを用いた遠隔監視制御システムを提供することにある。
また、本発明の一実施形態に係るネットワークセキュリティ用L2スイッチは、前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチに関する情報を含む状態報告フレームを生成して前記遠隔監視制御装置に伝達する状態管理モジュールをさらに含み、前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチに関する情報は、通信量に関する情報、サイバー攻撃に関する情報、または前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチ自体の状態に関する情報のうちの少なくとも一つを含むことができる。
また、前記状態管理モジュールは、モードバス(MODBUS)プロトコルに基づいて前記状態報告フレームを生成するが、ルックアップテーブルを用いて前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチに関する情報の項目ごとに与えられた項目コードを確認し、前記項目コードと該項目コードに該当する値とを含むモードバスデータを生成することができる。
また、本発明の一実施形態に係るネットワークセキュリティ用L2スイッチは、前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチ自体に備えられ、管理者に情報を提供する表示部と、前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチ自体に備えられ、管理者の入力を受信する入力部とをさらに含み、前記状態管理モジュールは、前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチ自体に問題が発生した場合に前記表示部に問題発生通知画面を表示するか;前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチに物理的接続が検知される場合または前記入力部が入力を検知する場合に、前記表示部にパスワード入力画面を表示し、前記入力部に所定のパスワードが入力される前まで前記物理的接続または前記入力を遮断するか;或いは、前記管理者の入力に基づいて暗号化機能をオン/オフするための緊急切替選択画面を表示し、前記入力部に緊急切替選択が入力される場合に前記スイッチファブリックモジュールが前記暗号化モジュールへフレームを伝達しないように制御する動作をさらに行うことができる。
また、前記スイッチファブリックモジュールは、前記フレームが受信されたポートがユーザ−ネットワークインターフェースとして設定された場合には、前記受信したフレームを暗号化するために前記暗号化モジュールへ伝達し、前記フレームが受信されたポートがネットワーク−ネットワークインターフェースとして設定された場合には、前記受信したフレームを復号化するために前記暗号化モジュールへ伝達し、前記フレームが受信されたポートがユーザ−ネットワークインターフェースまたはネットワーク−ネットワークインターフェースとして設定されていないポートである場合には、前記フレームの目的地に接続された送信ポートに、前記受信されたフレームをスイッチングすることができる。
また、前記暗号化モジュールは、前記ユーザ−ネットワークインターフェースとして設定したポートから受信したフレームの目的地であるL2スイッチと自分との関係で暗号化セッションが設定されているか否かを確認し、暗号化セッションが設定されていない場合には、暗号化セッションの設定を要求するコントロールフレームを生成して、前記目的地であるL2スイッチへ伝送し、前記暗号化セッションの設定を要求するコントロールフレームを受信した場合には、返信で前記暗号化セッションの設定を承諾するコントロールフレームを生成して、前記暗号化セッションの設定を要求するコントロールフレームを送信したL2スイッチへ伝送し、前記暗号化セッションの設定を承諾するコントロールフレームを受信した場合には、暗号化セッションを設定するセッション設定動作をさらに行うことができる。
本発明の一実施形態に係るネットワークセキュリティ用L2スイッチを用いた遠隔監視制御システムは、フレームが受信された受信ポートの設定に基づいて前記フレームを暗号化または復号化し、目的地に接続された送信ポートにスイッチングするネットワークセキュリティ用L2スイッチ、前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチに接続され、監視データを生成して送信する制御設備、及び前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチに接続され、前記制御設備から受信した監視データに基づいて制御命令を生成して送信する遠隔監視制御装置を含むことができる。
また、前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチは、前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチに関する情報を含む状態報告フレームをモードバス(MODBUS)プロトコルに基づいて生成して前記遠隔監視制御装置へ提供し、前記遠隔監視制御装置は、前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチが提供する前記状態報告フレームに基づいて、前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチの状態を監視し制御することができる。
また、前記遠隔監視制御装置は、前記モードバス(MODBUS)プロトコルに基づいて前記状態報告フレームを解析するが、前記状態報告フレームのモードバスデータに含まれている項目コードとデータ値をルックアップテーブルと対照して、前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチに関する情報の項目とその内容を認識することができる。
これに先立ち、本明細書及び請求の範囲で使用された用語や単語は、通常的かつ辞典的な意味で解釈されてはならず、発明者が自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に即して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されるべきである。
また、本発明の一実施形態によれば、L2スイッチは、L2スイッチの状態に関する情報を格納し、広く使用されるモードバス(MODBUS)プロトコルを用いて遠隔監視制御装置に報告することができるので、体系的かつ効果的にネットワークを管理することができ、基幹施設の監視制御のためのネットワークに広く適用することができる。
また、本発明の一実施形態によれば、L2スイッチの外部に備えられるタッチパネルを介して現場の管理者が異常か否かを容易に認識することができ、L2スイッチに問題が発生した場合に緊急切替選択画面を介して暗号化機能をオフ(Off)して非暗号化通信に切り替えることにより、遠隔監視制御装置と制御設備との間の常時情報送受信を保障することができる。
図1は本発明の一実施形態に係るネットワークセキュリティ用L2スイッチ100を用いた遠隔監視制御システムの構成を示す図である。
図1に示すように、本発明の一実施形態に係るネットワークセキュリティ用L2スイッチ100を用いた遠隔監視制御システムは、遠隔監視制御装置10、ネットワークセキュリティ用L2スイッチ100、及び制御設備30を含むことができる。本明細書において、本発明の一実施形態に係るネットワークセキュリティ用L2スイッチ100は、簡略に「L2スイッチ100」、従来の暗号化機能がない一般なL2スイッチは、「一般L2スイッチ90」という。また、本明細書において、暗号化されていないフレームを「平文フレームNF」、暗号化されたフレームを「暗号文フレームEnF」という。
図2に示すように、本発明の一実施形態に係るネットワークセキュリティ用L2スイッチ100は、スイッチファブリックモジュール110、スイッチングDB120、暗号化モジュール130、セッションDB140、状態管理モジュール150、表示部160及び入力部170を含むことができる。
フレーム受信ステップ(S10)で、スイッチファブリックモジュール110は、外部からフレームを受信する。次に、ホストネットワーク(Host network)判断ステップ(S11)で、スイッチファブリックモジュール110は、受信したフレームの目的地を確認して、最終目的地がL2スイッチ100であるか否かを確認し、フレームの目的地がL2スイッチ100である場合(Y)には、状態管理モジュール150へフレームを伝達し、フレームの目的地がL2スイッチ100ではない場合(N)には、受信ポート確認ステップ(S12)を行う。状態管理モジュール150の動作は後述する。
図4に示すように、平文フレームNF、暗号文フレームEnF及びセッション設定フレームは、イーサネット(Ethernet)プロトコルとインターネットプロトコル(IP)に従うように構成できる。暗号化モジュール130は、平文フレームNFのデータ(IP Data)部分を暗号化して暗号文データ(EnData)を生成し、復号化に必要な情報を暗号化データヘッダ(EnData Header)に格納して暗号文フレームEnFを生成する暗号化動作(S30)を行う。暗号文フレームEnFは、目的地MACアドレス(destMAC)、出発地MACアドレス(srcMAC)、イーサネットタイプ(Type)、IPアドレス(IP)情報を暗号化しないので、一般L2スイッチ90を介して伝達されても目的地にフレームが移動することができる。
暗号化セッションと復号化セッションは、送信側L2スイッチ100sと受信側L2スイッチ100rとの間で形成される。一つのL2スイッチ100は、ネットワーク20側に暗号文フレームEnFを送信するときは送信側L2スイッチ100sとして動作し、ネットワーク20側から暗号文フレームEnFを受信するときは受信側L2スイッチ100rとして動作する。図5は、第1L2スイッチ100aが送信側であり、第2L2スイッチ100bが受信側である場合を例示的に示す。
まず、送信側L2スイッチ100sの暗号化モジュール130は、暗号化セッションの設定を要求する図4に示されたコントロールフレームCFを生成して受信側L2スイッチ100rに送るセッション設定要求ステップ(S51)を行う。次に、送信側L2スイッチ100sの暗号化モジュール130は、セッションDB140に、受信側L2スイッチ100rへセッション設定の要求を伝送した状態であることを格納する(S52)。
図6に示すように、水資源や電気供給網などの基幹施設を管理するためのネットワーク20は、ネットワーク20の一部が断絶されても、監視データの収集と制御命令の伝達を保障する必要があるので、二重化構造で構成される。図6では、リング(Ring)状に二重化されたネットワーク20を例示的に示し、ネットワーク20の一部を省略して表示した。本発明の一実施形態に係るネットワーク20のセキュリティのためのL2スイッチ100を用いてネットワーク20のセキュリティを達成するためには、二重化構造のネットワーク20を構成する全ての一般L2スイッチ90をネットワーク20のセキュリティのためのL2スイッチ100に変更する必要がない。図6に示すように、遠隔監視制御装置10と二重化されたネットワーク20とを接続するラインに第1L2スイッチ100aを設置し、制御設備30と二重化されたネットワーク20とを接続するラインに第2L2スイッチ100bを設置すると、両端がL2スイッチ100に接続された暗号化区間を設定することができる。
図1を再び参照すると、L2スイッチ100の状態管理モジュール150は、ネットワークセキュリティ用L2スイッチ100に関する情報を含む状態報告フレームMBFを生成し、遠隔監視制御装置10へ伝達する。ネットワークセキュリティ用L2スイッチ100に関する情報は、通信量に関する情報、サイバー攻撃に関する情報、またはネットワークセキュリティL2スイッチ100自体の状態に関する情報のうちの少なくとも一つを含むことができる。遠隔監視制御装置10は、L2スイッチ100から受信する状態報告フレームMBFに含まれている情報に基づいて、L2スイッチ100の状態を確認することができ、L2スイッチ100に必要な制御命令を伝達することができる。
図8の(a)に示すように、ネットワークセキュリティ用L2スイッチ100は、タッチパネルで実現される表示部160を含むことができる。表示部160は、タッチパネルに加えて、スピーカなどの装置をさらに含むことができる。タッチパネルは、管理者の入力を受信する入力部170として機能することもできる。タッチパネルは、L2スイッチ100の外部ケースの前面に備えられ得る。
本発明の単純な変形ないし変更はいずれも、本発明の範囲に属するものであって、本発明の具体的な保護範囲は、添付された特許請求の範囲によって明確になるだろう。
110 スイッチファブリックモジュール
111 ポート
120 スイッチングDB
130 暗号化モジュール
140 セッションDB
150 状態管理モジュール
160 表示部
160a 問題発生通知画面
160b パスワード入力画面
160c 緊急切替選択画面
170 入力部
10 遠隔監視制御装置
11 SCADA(Supervisory control and data acquisition)
12 SOC(Security Operations Center)
20 ネットワーク
30 制御設備
31 PLC
32 端末
NF 平文フレーム
EnF 暗号文フレーム
MBF 状態報告フレーム
CF コントロールフレーム
Claims (9)
- 遠隔監視制御装置と制御設備とを接続するネットワークを構成するL2スイッチであって、
フレームを暗号化または復号化する暗号化モジュールと、
前記フレームが受信された受信ポートの設定に基づいて、前記フレームを暗号化または復号化するか否かを決定して前記暗号化モジュールへ伝達し、前記暗号化モジュールから受信した暗号化又は復号化フレームを、目的地に接続された送信ポートにスイッチングするスイッチファブリックモジュールと、を含む、ネットワークセキュリティ用L2スイッチ。 - 前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチに関する情報を含む状態報告フレームを生成し、前記遠隔監視制御装置へ伝達する状態管理モジュールをさらに含み、
前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチに関する情報は、
通信量に関する情報、サイバー攻撃に関する情報、または前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチ自体の状態に関する情報のうちの少なくとも一つを含む、請求項1に記載のネットワークセキュリティ用L2スイッチ。 - 前記状態管理モジュールは、
モードバス(MODBUS)プロトコルに基づいて前記状態報告フレームを生成するが、ルックアップテーブルを用いて前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチに関する情報の項目ごとに与えられた項目コードを確認し、前記項目コードと前記項目コードに該当する値とを含むモードバスデータを生成する、請求項2に記載のネットワークセキュリティ用L2スイッチ。 - 前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチ自体に備えられ、管理者に情報を提供する表示部と、
前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチ自体に備えられ、管理者の入力を受信する入力部とをさらに含み、
前記状態管理モジュールは、
前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチ自体に問題が発生した場合、前記表示部に問題発生通知画面を表示するか、
前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチに物理的接続が検知される場合または前記入力部が入力を検知する場合、前記表示部にパスワード入力画面を表示し、前記入力部に所定のパスワードが入力される前まで前記物理的接続または前記入力を遮断するか、
或いは、前記管理者の入力に基づいて暗号化機能をオン/オフするための緊急切替選択画面を表示し、前記入力部に緊急切替選択が入力される場合、前記スイッチファブリックモジュールが前記暗号化モジュールへフレームを伝達しないように制御する動作をさらに行う、請求項2に記載のネットワークセキュリティ用L2スイッチ。 - 前記スイッチファブリックモジュールは、
前記フレームが受信されたポートがユーザ−ネットワークインターフェースとして設定された場合には、前記受信したフレームを暗号化するために前記暗号化モジュールへ伝達し、前記フレームが受信されたポートがネットワーク−ネットワークインターフェースとして設定された場合には、前記受信したフレームを復号化するために前記暗号化モジュールへ伝達し、前記フレームが受信されたポートがユーザ−ネットワークインターフェースまたはネットワーク−ネットワークインターフェースとして設定されていないポートである場合には、前記フレームの目的地に接続された送信ポートに、前記受信されたフレームをスイッチングする、請求項2に記載のネットワークセキュリティ用L2スイッチ。 - 前記暗号化モジュールは、
前記ユーザ−ネットワークインターフェースとして設定されたポートから受信したフレームの目的地であるL2スイッチと自分との関係で暗号化セッションが設定されているか否かを確認し、暗号化セッションが設定されていない場合には、暗号化セッションの設定を要求するコントロールフレームを生成して、前記目的地であるL2スイッチへ伝送し、前記暗号化セッションの設定を要求するコントロールフレームを受信した場合には、返信で前記暗号化セッションの設定を承諾するコントロールフレームを生成して、前記暗号化セッションの設定を要求するコントロールフレームを送信したL2スイッチへ伝送し、前記暗号化セッションの設定を承諾するコントロールフレームを受信した場合には、暗号化セッションを設定するセッション設定動作をさらに行う、請求項5に記載のネットワークセキュリティ用L2スイッチ。 - フレームが受信された受信ポートの設定に基づいて前記フレームを暗号化または復号化して、目的地に接続された送信ポートにスイッチングするネットワークセキュリティ用L2スイッチと、
前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチに接続され、監視データを生成して送信する制御設備と、
前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチに接続され、前記制御設備から受信した監視データに基づいて制御命令を生成して送信する遠隔監視制御装置とを含む、ネットワークセキュリティ用L2スイッチを用いた遠隔監視制御システム。 - 前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチは、
前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチに関する情報を含む状態報告フレームをモードバス(MODBUS)プロトコルに基づいて生成して前記遠隔監視制御装置へ提供し、
前記遠隔監視制御装置は、
前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチが提供する前記状態報告フレームに基づいて、前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチの状態を監視し制御する、請求項7に記載のネットワークセキュリティ用L2スイッチを用いた遠隔監視制御システム。 - 前記遠隔監視制御装置は、
前記モードバス(MODBUS)プロトコルに基づいて前記状態報告フレームを解析するが、前記状態報告フレームのモードバスデータに含まれている項目コードとデータ値をルックアップテーブルと対照して、前記ネットワークセキュリティ用L2スイッチに関する情報の項目とその内容を認識する、請求項8に記載のネットワークセキュリティ用L2スイッチを用いた遠隔監視制御システム。
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