JP4138819B2

JP4138819B2 - Encrypted communication method

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Publication number: JP4138819B2
Application number: JP2006138157A
Authority: JP
Inventors: 竜男高橋; 史光三浦; 悟西郷
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2021-02-22
Also published as: JP2006230023A

Description

本発明は、ＩＰパケットの暗号化や、認証情報、及びシーケンス番号の付与などを行い、インターネット上において安全な情報の送受を可能とするＩＰセキュリティプロトコルにおいて、ＩＰパケットから、ＩＰセキュリティプロトコルパケットを組み立てる機能、及びＩＰセキュリティプロトコルパケットから、ＩＰパケットを復元する機能を有する暗号化通信システム及び暗号化通信方法に関する。 The present invention assembles an IP security protocol packet from an IP packet in an IP security protocol that enables IP packet encryption, authentication information, sequence number assignment, and the like to enable secure transmission / reception of information on the Internet. The present invention relates to an encrypted communication system and an encrypted communication method having a function and a function of restoring an IP packet from an IP security protocol packet.

例えば、インターネットのように、多数のユーザによって共用されるネットワークにおいて安全な通信を行うためには、情報の暗号化、送受信相手の認証、及びネットワーク上における改竄の検出等の対策を行い、通信上のセキュリティを確立することが必要となる。このようなセキュリティ機能を規定した代表的なプロトコルとして、ＩＰｓｅｃ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌＳｅｃｕｒｉｔｙ、または、ＩＰＳｅｃｕｒｉｔｙＰｒｏｔｏｃｏｌ）を挙げることができる。このＩＰｓｅｃの主要部分に関しては、下記に規定されている。 For example, in order to perform secure communication in a network shared by a large number of users, such as the Internet, measures such as information encryption, authentication of transmission / reception partners, and detection of tampering on the network are taken. It is necessary to establish security. As a typical protocol that defines such a security function, there is IPsec (Internet Protocol Security or IP Security Protocol). The main part of this IPsec is defined below.

ＲＦＣ２４０１“ＳｅｃｕｒｉｔｙＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｆｏｒｔｈｅＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ”、
ＲＤＣ２４０２“ＩＰＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎＨｅａｄｅｒ”、
ＲＦＣ２４０３“ＴｈｅＵｓｅｏｆＨＭＡＣ−ＭＤ５−９６ｗｉｔｈｉｎＥＳＰａｎｄＡＨ”、
ＲＦＣ２５０６“ＩＰＥｎｃａｐｓｕｌａｔｉｎｇＳｅｃｕｒｉｔｙＰａｙｌｏａｄ（ＥＳＰ）”、
ＲＦＣ２４０７“ＴｈｅＩｎｔｅｒｎｅｔＩＰＳｅｃｕｒｉｔｙＤｏｍａｉｎｏｆＩｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎｆｏｒＩＳＡＫＭＡＰ”、
ＲＦＣ２４０８“ＩｎｔｅｒｎｅｔＳｅｃｕｒｉｔｙＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎａｎｄＫｅｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＰｒｏｔｏｃｏｌ（ＩＳＡＫＭＡＰ）”、そして、
ＲＦＣ２４０９“ＴｈｅＩｎｔｅｒｎｅｔＫｅｙＥｘｃｈａｎｇｅ（ＩＫＥ）”である。このようなＩＰｓｅｃの概要について、図１０を参照して説明する。 RFC2401 “Security Architecture for the Internet Protocol”,
RDC2402 “IP Authentication Header”,
RFC 2403 “The Use of HMAC-MD 5-96 with ESP and AH”,
RFC 2506 “IP Encapsulating Security Payload (ESP)”,
RFC 2407 “The Internet IP Security Domain of Interpretation for ISAKMAP”,
RFC 2408 “Internet Security Association and Key Management Protocol (ISAKMAP)”, and
RFC 2409 “The Internet Key Exchange (IKE)”. An outline of such IPsec will be described with reference to FIG.

（１）ＩＰｓｅｃパケット
図１０（ａ）は、ＩＰｓｅｃ（トンネルモードＥＳＰ）パケットの構造を示す図である。先頭から、新しいＩＰヘッダ、ＥＳＰ（ヘッダ部）、オリジナルＩＰパケット、ＥＳＰ（トレイラ部）を有し、最後にＥＳＰ（認証部）を有している。また、オリジナルＩＰパケット及びＥＳＰ（トレイラ部）の部分が暗号化範囲であり、このオリジナルＩＰパケット、ＥＳＰ（トレイラ部）及びＥＳＰ（ヘッダ部）を含む部分が認証範囲となっている。このように、ＩＰｓｅｃでは、ＩＰパケット単位の暗号化、認証、及び改竄検出等をサポートしている。 (1) IPsec Packet FIG. 10A shows the structure of an IPsec (tunnel mode ESP) packet. From the beginning, it has a new IP header, ESP (header part), original IP packet, ESP (trailer part), and finally ESP (authentication part). Further, the original IP packet and ESP (trailer part) are the encryption range, and the part including the original IP packet, ESP (trailer part) and ESP (header part) is the authentication range. As described above, IPsec supports encryption, authentication, falsification detection, and the like in units of IP packets.

（２）ＩＰｓｅｃの実装形態
図１０（ｂ）は、ＩＰｓｅｃの実装形態を示す図である。ＩＰｓｅｃの実装形態には、通信を行うコンピュータが直接ＩＰｓｅｃを終端する形態と、ＬＡＮ内のルータ等がＩＰｓｅｃを終端する機能を有しておりＬＡＮ間あるいはＬＡＮとＩＰｓｅｃ機能を有するコンピュータ間の通信をＩＰｓｅｃパケットに変換して通信する形態とがある。以下、直接ＩＰｓｅｃを終端する機能を有するコンピュータを「ＩＰｓｅｃクライアント」と言い、ＩＰｓｅｃを終端し、ＬＡＮ間あるいはＬＡＮとＩＰｓｅｃ機能を有するコンピュータ間の通信をＩＰｓｅｃパケットに変換して通信する機能を有するルータ等をＳＧＷ（ＳｅｃｕｒｉｔｙＧａｔｅｗａｙ）と称する。 (2) Implementation of IPsec FIG. 10B is a diagram showing an implementation of IPsec. The IPsec implementation mode includes a mode in which a computer that performs communication directly terminates IPsec, and a router in the LAN has a function to terminate IPsec, and communication between LANs or between computers having a LAN and IPsec functions. There is a form in which the packet is converted into an IPsec packet for communication. Hereinafter, a computer having a function of directly terminating IPsec is referred to as an “IPsec client”, and a router having a function of terminating IPsec and converting communication between LANs or between computers having a LAN and an IPsec function into IPsec packets. Are referred to as SGW (Security Gateway).

（３）ＳＡ（ＳｅｃｕｒｉｔｙＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）［ＲＦＣ２４０１］
ＩＰｓｅｃによる通信を行うためには、通信を行う両ノードにおいて、「ＳＡ」と称するｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎを構築する必要がある。実装上、ＳＡは、パケットの送信元と受信元との双方で合意したセキュリティポリシ、暗号及び認証鍵を格納するオブジェクトである。このＳＡは、後述する鍵交換時に構築又は更新される。 (3) SA (Security Association) [RFC2401]
In order to perform communication by IPsec, it is necessary to construct a connection called “SA” in both nodes performing communication. In terms of implementation, the SA is an object that stores a security policy, a cipher, and an authentication key agreed by both the transmission source and the reception source of the packet. This SA is constructed or updated at the time of key exchange described later.

（４）鍵交換
ＤＥＳ等の共通鍵暗号方式では、送受信を行う両者間で同一の鍵を所有する必要がある。しかし、同じ鍵を長い時間利用し続けたり、同じ鍵で暗号化したデータをネットワーク上で大量にやりとりしたりすると、第三者に鍵を推察されてしまう可能性が高くなる。このため、ＳＡの開設に先立ち、両者で共通の鍵を共有し、さらに、一定の期間毎あるいは一定のデータを送受信する度にこの鍵を更新する必要がある。この処理を鍵交換という。ＩＰｓｅｃでは、ＩＫＥ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＫｅｙＥｘｃｈａｎｇｅ）［ＲＦＣ２４０９］によって、鍵交換及び各種セキュリティポリシのネゴシエーションに関して規定している。ＩＫＥでは、フェーズ１とフェーズ２という２段階の鍵交換を規定している。フェーズ１では、プロセッサに対する負荷の高いＤｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ法（ＲＦＣ２６３１）を利用することを義務付けているが、フェーズ２では、フェーズ１で共有した鍵による保護の下で実施されるため、Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ法の使用はオプションになっている。このため、フェーズ２では、高速に鍵交換の処理を行うことが可能である。通常、フェーズ１の鍵交換を数時間に１回行い、フェーズ２の鍵交換を数十分に１回行うというように、両者を組み合わせた使い方をすることが多い。 (4) Key exchange In a common key cryptosystem such as DES, it is necessary to possess the same key between both parties performing transmission and reception. However, if the same key is used for a long time, or if a large amount of data encrypted with the same key is exchanged over the network, there is a high possibility that the key will be guessed by a third party. For this reason, prior to the establishment of SA, it is necessary to share a common key between the two, and to update this key every certain period or every time certain data is transmitted / received. This process is called key exchange. In IPsec, IKE (Internet Key Exchange) [RFC 2409] defines key exchange and various security policy negotiations. IKE defines a two-stage key exchange called phase 1 and phase 2. In phase 1, it is obliged to use the Diffie-Hellman method (RFC2631), which has a high load on the processor. However, in phase 2, it is performed under the protection by the key shared in phase 1. The use of is an option. Therefore, in phase 2, it is possible to perform key exchange processing at high speed. In general, a combination of the two is often used, such as a phase 1 key exchange once every few hours and a phase 2 key exchange tens of times once.

（５）シーケンス番号付与及びチェック機能
上記のように、ＩＰｓｅｃでは、パケットに認証情報を付加することによって、受信側で送信側の認証を実現している。しかし、単純に送信側の認証情報を付加しただけでは、いわゆるｒｅｐｌａｙ攻撃を防御することができない。すなわち、第三者が認証情報の付加された正規のパケットをネットワーク上で採取し、採取したパケットの複製を大量に作成し、これらをネットワーク上に戻して宛先（受信側）へ送ることにより、受信側の認証機構を破り、宛先企業ＬＡＮ、又は端末に撹乱を与えるｒｅｐｌａｙ攻撃を防御することができない。しかも、このｒｅｐｌａｙ攻撃では、暗号を破る必要が無い。 (5) Sequence Number Assignment and Check Function As described above, in IPsec, authentication on the transmission side is realized on the reception side by adding authentication information to the packet. However, the simple addition of authentication information on the transmission side cannot prevent so-called replay attacks. That is, a third party collects legitimate packets with authentication information added on the network, creates a large number of duplicates of the collected packets, sends them back to the network and sends them to the destination (receiving side). It is impossible to prevent a replay attack that breaks the authentication mechanism on the receiving side and disturbs the destination company LAN or the terminal. Moreover, it is not necessary to break the encryption in this replay attack.

このような攻撃からシステムを防御するため、ＲＦＣ２４０１、２４０２、及び２４０６では、シーケンス番号（以下、「ＳＮ値」という。）と呼ばれる機構が利用されている。ＩＰｓｅｃパケット（ＥＳＰ／ＡＨ）のヘッダでは、３２ｂｉｔのＳＮ値フィールドを有しており、送信側は、送信パケットのＥＳＰ（ヘッダ部（ＲＦＣ２４０６の場合）、又は認証ヘッダ（ＲＦＣ２４０２の場合）にこのＳＮ値を付与する。このＳＮ値は、フェーズ２の鍵交換時に０にリセットされ、以降、パケットを送信する毎に１ずつ加算されて行く。 In order to protect the system from such an attack, RFCs 2401, 4022 and 2406 use a mechanism called a sequence number (hereinafter referred to as “SN value”). The header of the IPsec packet (ESP / AH) has a 32-bit SN value field, and the transmission side has this SN in the ESP (header part (in the case of RFC2406) or authentication header (in the case of RFC2402) of the transmission packet. This SN value is reset to 0 at the time of phase 2 key exchange, and is incremented by 1 each time a packet is transmitted.

受信側では、受信したパケットのＳＮ値が、当該ＳＡにおいて以前利用されたものであるかどうかをチェックする。ＳＮ値が以前利用されたものである場合には、当該パケットは直ちに破棄しなければならない。すなわち、ＳＮ値がオーバーフローする前に鍵交換を再起動しなければならない。 On the receiving side, it is checked whether or not the SN value of the received packet has been previously used in the SA. If the SN value was previously used, the packet must be discarded immediately. That is, the key exchange must be restarted before the SN value overflows.

このようなシーケンス番号を用いる機構により、上記のようなｒｅｐｌａｙ攻撃が行われたとしても、受信側でＳＮ値の受信履歴をチェックすることによって、直ちに不正なパケットを検出し、破棄することができる。また、第三者がＳＮ値を書き換えた場合でも、ＩＰｓｅｃの認証機構においてそのような改竄を検出することができるため、不正なパケットを検出し、破棄することができる。 By using such a sequence number mechanism, even if a replay attack as described above is performed, an illegal packet can be immediately detected and discarded by checking the reception history of the SN value on the receiving side. . Further, even when a third party rewrites the SN value, such an alteration can be detected by the IPsec authentication mechanism, so that an illegal packet can be detected and discarded.

次に、ＩＰｓｅｃ機能の冗長化について説明する。ＳＧＷによりＩＰｓｅｃ機能を実現している場合、何らかの原因でＳＧＷが故障すると、ＬＡＮ内のすべてのコンピュータは、ＩＰｓｅｃ通信を利用することができなくなる。このような問題の発生を防止するためには、ＳＧＷの冗長化（多重化）を行うことが必要となる。すなわち、企業ＬＡＮ内において複数のＳＧＷを利用できるようにし、１台のＳＧＷが故障した場合でも、直ちに予備のＳＧＷに切り替えてサービスを継続することができるようにすることが必要である。ここで、企業ＬＡＮ内において複数のＳＧＷを利用できる系を、以下、「冗長系」といい、１台のＳＧＷが故障した場合でも、直ちに予備のＳＧＷに切り替えてサービスを継続することを、以下、「系切り替え」という。以上のようなＳＧＷの冗長化に関連する従来技術について、具体例を挙げて説明する。 Next, redundancy of the IPsec function will be described. When the IPsec function is realized by the SGW, if the SGW fails for some reason, all the computers in the LAN cannot use the IPsec communication. In order to prevent the occurrence of such a problem, it is necessary to perform redundancy (multiplexing) of SGWs. That is, it is necessary to make it possible to use a plurality of SGWs in a corporate LAN so that even if one SGW breaks down, it can immediately switch to a spare SGW and continue the service. Here, a system in which a plurality of SGWs can be used in a corporate LAN is hereinafter referred to as a “redundant system”, and even when one SGW fails, the service is immediately switched to a spare SGW to continue the service. This is called “system switching”. The prior art related to the SGW redundancy as described above will be described with a specific example.

（従来技術における第１の具体例）
図１１は、従来技術におけるＳＧＷ２重化方式の一例を示す図である。ＩＰｓｅｃ通信の相手（対向側）は、ターゲットとなる企業ＬＡＮ内において冗長系を構成するＳＧＷのリスト（図１１中、ＳＧＷ１、ＳＧＷ２）を有している。（１）今、企業ＬＡＮ側のＳＧＷ１が何らかの原因で故障したとする。（２）ＳＧＷ１との間でＳＡを設定していた対向側は、通信が不可能となったことから、ＳＧＷ１の故障を検出し、（３）ＳＧＷリストから次に接続すべきＳＧＷ（この場合はＳＧＷ２）を検索し、（４）新たなＳＡを確立する。このような手順によって、対向側は、一定の中断時間の後、ＩＰｓｅｃを再利用できるようになる。 (First specific example in the prior art)
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the SGW duplex method in the prior art. The partner (opposite side) of the IPsec communication has a list of SGWs (SGW1 and SGW2 in FIG. 11) constituting a redundant system in the target corporate LAN. (1) Assume that the SGW 1 on the corporate LAN side has failed for some reason. (2) The opposite side that has set SA with SGW1 detects communication failure because it cannot communicate, and (3) SGW to be connected next from the SGW list (in this case) Searches SGW 2) and (4) establishes a new SA. Such a procedure enables the opposite side to reuse IPsec after a certain interruption time.

このような方式では、ＳＧＷは、それぞれ異なるＩＰアドレスを有する。ＩＰｓｅｃにおいては、ＳＡをＩＰアドレスによって識別しているため、系切り替え時にＳＧＷ１とＳＡを設定していた対向側は、新たにＳＧＷ２との間にＳＡを確立し直す必要がある。上記のように、このＳＡの確立時には、鍵交換が必要になるが、このときはＩＰアドレス自体が変わるため、フェーズ２の鍵交換のみならず、フェーズ１の鍵交換も行わなければならない。従って、系切り替え時に、ＳＧＷ１との間にＳＡを設定していたすべての対向側が、同時にＳＧＷ２にＳＡ確立の要求を行うと、ＳＧＷ２には非常に高い負荷がかけられ、系切り替え時間が非常に長くなるという問題があった。 In such a scheme, each SGW has a different IP address. In IPsec, since the SA is identified by the IP address, the opposite side that has set SGW1 and SA at the time of system switching needs to newly establish SA with SGW2. As described above, when the SA is established, key exchange is required. At this time, since the IP address itself changes, not only phase 2 key exchange but also phase 1 key exchange must be performed. Therefore, when all the opposing sides that have set SA with SGW1 at the time of system switching request SGW2 to establish SA at the same time, a very high load is applied to SGW2, and the system switching time is very long. There was a problem of becoming longer.

（従来技術における第２の具体例）
一方、従来からＩＰアドレスの変化を伴わない系切り替えの可能なルータの多重化方式が用いられている。この方式は、ＲＦＣ２３３８“ＶｉｒｔｕａｌＲｏｕｔｅｒＲｅｄｕｎｄａｎｃｙＰｒｏｔｏｃｏｌ”（ＶＲＲＰ）に基づいている。 (Second specific example in the prior art)
On the other hand, conventionally, a router multiplexing method capable of system switching without changing the IP address has been used. This scheme is based on RFC 2338 “Virtual Router Redundancy Protocol” (VRRP).

図１２（ａ）は、ＶＲＲＰによるルータ冗長化方式の概念図であり、同（ｂ）は、ＶＲＲＰルータの状態遷移図であり、同（ｃ）は、ＡＤＶＥＲＴＩＳＥＭＥＮＴメッセージフォーマットを示す図である。ここでは、２台のルータ＃０と＃１とが冗長系を構成する。＃０、＃１共に、複数のＩＰアドレスを有する機能を有し、それらを高速に活性化／非活性化することが可能である。図１２（ａ）に示す時点では、＃０がＩＰＡを活性化しており、＃１は、ＩＰＡを非活性化し、＃０の状態を監視している。＃１は、＃０の故障を検出したとき、ただちにＩＰＡを活性化する。すなわち、外部の端末からは、＃０と＃１はＩＰＡを有する一つのルータとして認識される。以下、これを仮想ルータと称する。図１２（ａ）の時点で、＃０の状態にあるルータをマスタールータ（以下、「ＭＲ」と記述する。）、＃１の状態にあるルータをバックアップルータ（以下、「ＢＲ」と記述する。）という。以下、ＭＲとＢＲの動作について説明する。 FIG. 12A is a conceptual diagram of a router redundancy method based on VRRP, FIG. 12B is a state transition diagram of a VRRP router, and FIG. 12C is a diagram illustrating an ADVERTISEENT message format. Here, the two routers # 0 and # 1 constitute a redundant system. Both # 0 and # 1 have a function having a plurality of IP addresses, and they can be activated / deactivated at high speed. At the time shown in FIG. 12A, # 0 is activating IPA, and # 1 is deactivating IPA and monitoring the state of # 0. # 1 activates IPA as soon as it detects the failure of # 0. That is, from the external terminal, # 0 and # 1 are recognized as one router having IPA. Hereinafter, this is referred to as a virtual router. At the time of FIG. 12A, the router in the # 0 state is described as a master router (hereinafter referred to as “MR”), and the router in the # 1 state is described as a backup router (hereinafter referred to as “BR”). .) The operation of MR and BR will be described below.

（通常状態）
（１）ＭＲは、ＩＰＡに対するＡＲＰ要求に対して物理ＭＡＣアドレスではなく、ＶｉｒｔｕａｌＭＡＣＡｄｄｒｅｓｓ（００−００−５Ｅ−００−０１−｛ＶＲＩＤ｝）を返す。
（２）ＢＲは、ＩＰＡに対するＡＲＰ要求は無視する。
（３）ＭＲは、定期的（デフォルト１秒）にＡｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔメッセージをブロードキャストする。
（４）ＢＲは、上記メッセージを受け取ったら、Ｍａｓｔｅｒ＿Ｄｏｗｎ＿Ｔｉｍｅｒを、Ｍａｓｔｅｒ＿Ｄｏｗｎ＿Ｉｎｔｅｒｖａｌにリセットする。 (Normal state)
(1) MR returns Virtual MAC Address (00-00-5E-00-01- {VRID}) instead of a physical MAC address in response to an ARP request for IPA.
(2) The BR ignores the ARP request for IPA.
(3) MR broadcasts an Advertisement message periodically (default 1 second).
(4) Upon receipt of the message, the BR resets Master_Down_Timer to Master_Down_Interval.

（ＭＲがダウン状態）
（１）ＭＲがダウンであるため、Ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔメッセージブロードキャストができない。
（２）ＢＲ側で、Ｍａｓｔｅｒ＿Ｄｏｗｎ＿Ｔｉｍｅｒが０になる。
（３）ＢＲ側がＡｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔメッセージをブロードキャストする。
（４）ＢＲが、ｇｒａｔｕｉｔｏｕｓＡＲＰ要求（ＩＰＡ、バーチャルＭＡＣアドレス）をブロードキャストする。
（５）ＢＲが、Ａｄｖｅｒ＿Ｔｉｍｅｒ（Ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ周期を測るためのタイマ）を規定の周期（デフォルト１秒）にセットする。
（６）ＢＲは、ＭＲに移行（自分のＮＩＣをＩＰＡに対して活性化（ｕｐ）する。）する。 (MR is down)
(1) Since the MR is down, the Advertisement message cannot be broadcast.
(2) Master_Down_Timer becomes 0 on the BR side.
(3) The BR side broadcasts an Advertisement message.
(4) The BR broadcasts a gratuitous ARP request (IPA, virtual MAC address).
(5) BR sets Adver_Timer (timer for measuring the Advertisement period) to a specified period (default 1 second).
(6) BR transitions to MR (activates (ups) its NIC to IPA).

ここで、Ｐｒｉｏｒｉｔｙは、１−２５５で各ＶＲＲＰルータに割り振られる
固定値（０は、別の用途で利用される）であり、
Ｓｋｅｗ＿ｔｉｍｅ＝（（２５６−Ｐｒｉｏｒｉｔｙ）／２５６）、
Ｍａｓｔｅｒ＿Ｄｏｗｎ＿Ｉｎｔｅｒｖａｌ＝（３×Ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ周期）＋ＳｋｅｗＴｉｍｅである。また、ＭＲ、ＢＲの他に、Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ状態という状態がある。これは、スタートアップを待っている状態である。 Here, Priority is a fixed value (0 is used for another purpose) assigned to each VRRP router at 1-255,
Skew_time = ((256-Priority) / 256),
Master_Down_Interval = (3 × Advertisement period) + SkewTime. In addition to MR and BR, there is a state called an Initialize state. This is a state waiting for startup.

これにより、複数のＢａｃｋｕｐがある場合、必ず最もプライオリティの高い（数値が大きい）ＢａｃｋｕｐのＭａｓｔｅｒ＿Ｄｏｗｎ＿Ｔｉｍｅｒが最初に０になり、Ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔを発行する。他のＢａｃｋｕｐは、このＡｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔを受け取ったら、Ｍａｓｔｅｒ＿Ｄｏｗｎ＿Ｔｉｍｅｒを、Ｍａｓｔｅｒ＿Ｄｏｗｎ＿Ｉｎｔｅｒｖａｌに戻すので、競合することはない。また、ＩＰＡｄｄｒｅｓｓｏｗｎｅｒは、最高の優先度（２５５）を有し、当該ＶＲＲＰルータが、Ｓｔａｒｔｕｐした場合には、必ずＭａｓｔｅｒになる。 As a result, when there are a plurality of backups, the master_down_timer of the backup with the highest priority (large numerical value) is always set to 0 first, and advertisement is issued. When the other Backup receives this Advertisement, it returns Master_Down_Timer to Master_Down_Interval, so there is no conflict. Further, the IP Address owner has the highest priority (255), and is always a Master when the VRRP router starts up.

以上の動作により、ＭＲが故障したときは、自動的にＢＲが、ＩＰＡを有するルータとして起動するので、外部からはＩＰＡを有するルータがサービスを継続しているように認識される。 With the above operation, when the MR fails, the BR is automatically activated as a router having the IPA, so that it is recognized from the outside that the router having the IPA continues the service.

しかしながら、従来技術における第１の具体例で、系切り替え時間が長期化するという問題を解決するために、従来技術における第２の具体例の仮想ルータ機能を、ＩＰｓｅｃ機能を有するＳＧＷにそのまま適用することは従来から不可能であった。以下、その理由を説明する。 However, in order to solve the problem that the system switching time is prolonged in the first specific example in the prior art, the virtual router function in the second specific example in the prior art is applied as it is to the SGW having the IPsec function. It has never been possible before. The reason will be described below.

（１）ＳＡ共有
上記のように、ＩＰｓｅｃでは、ＳＡによるＩＰｓｅｃコネクションの管理を行っているが、ＳＡのうち、共通鍵に関する情報は、Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ法の特性上、鍵交換を行うものの間だけで共有され得るものである。また、セキュリティ上、これをＬＡＮ上やインターネット上で流すことはできない。従来技術における第２の具体例のＶＲＲＰでは、ＭＲとＢＲとの間でＳＡ情報を共有する手段が存在しない。 (1) SA sharing As described above, in IPsec, the IPsec connection is managed by SA, but the information related to the common key is only between SAs that perform key exchange due to the Diffie-Hellman method. It can be shared with. For security reasons, it cannot be transmitted over a LAN or the Internet. In the VRRP of the second specific example in the prior art, there is no means for sharing SA information between MR and BR.

（２）ＳＮ値同期
ＳＡ情報のうち、特に上記のＳＮ値は、パケットを送受信する毎に更新する必要がある。例えば、１．５Ｍｂｐｓのパケット処理能力を有するＳＧＷで、この更新回数は、毎秒１２５回以上に及ぶ。従って、上記（１）ＳＡ共有の問題が解決されたとしても、このように更新頻度の高い情報を完全に共有することは極めて困難である。 (2) SN value synchronization Among the SA information, in particular, the above SN value needs to be updated every time a packet is transmitted and received. For example, in an SGW having a packet processing capacity of 1.5 Mbps, the number of updates reaches 125 times or more per second. Therefore, even if the problem of (1) SA sharing is solved, it is extremely difficult to completely share information with such a high update frequency.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ＩＰｓｅｃ機能を有する装置において、仮想ルータによる冗長化機能を利用可能とし、系切り替え時間を短縮することができる暗号化通信システム及び暗号化通信方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in an apparatus having an IPsec function, an encryption communication system and a cipher capable of using a redundancy function by a virtual router and shortening a system switching time. An object of the present invention is to provide a communication method.

請求項１記載の暗号化通信方法の発明は、自系と前記自系の通信の相手先ノードである対向系との間でＩＰセキュリティプロトコルを終端する暗号化通信方法であって、前記自系内のセキュリティゲートウェイが、前記自系内のセキュリティゲートウェイの数を認識する自系認識工程と、前記自系内のセキュリティゲートウェイが、前記自系内の各セキュリティゲートウェイに付与された固有の番号を認識する自系固有番号認識工程と、前記自系内のセキュリティゲートウェイが、前記対向系が備えるセキュリティゲートウェイの数を認識する対向系認識工程と、前記自系内のセキュリティゲートウェイが、前記対向系内の各セキュリティゲートウェイに付与された固有の番号を認識する対向系固有番号認識工程と、前記自系内のセキュリティゲートウェイが、前記対向系内で通信中のセキュリティゲートウェイに付与された固有の番号と、前記自系内で通信中のセキュリティゲートウェイに付与された固有の番号とを、前記自系と前記対向系との間で交換する交換工程と、前記自系内のセキュリティゲートウェイが、送信用シーケンス番号の全領域を、前記自系内のセキュリティゲートウェイの数に相当する数の送信領域に分割すると共に、前記各送信領域を、前記対向系内のセキュリティゲートウェイの数に相当する数の送信小領域に分割し、現在通信中の自系内及び対向系内のセキュリティゲートウェイに付与された固有の番号に対応した前記送信小領域を送信用シーケンス番号付与領域とする送信シーケンス番号分割工程と、前記自系内のセキュリティゲートウェイが、受信用シーケンス番号の全領域を、前記対向系内のセキュリティゲートウェイの数に相当する数の受信領域に分割すると共に、前記各受信領域を、前記自系内のセキュリティゲートウェイの数に相当する数の受信小領域に分割し、現在通信中の自系内及び対向系内のセキュリティゲートウェイに付与された固有の番号に対応した前記受信小領域を受信検査用シーケンス番号検査領域とする受信シーケンス番号分割工程と、前記自系内のセキュリティゲートウェイが、前記送信用シーケンス番号付与領域の範囲内でのみシーケンス番号を付与するシーケンス番号付与工程と、前記自系内のセキュリティゲートウェイが、前記送信用シーケンス番号付与領域を逸脱する前に対向系内のセキュリティゲートウェイとの間で共通鍵を更新し、前記付与したシーケンス番号をリセットする共通鍵更新工程と、前記自系内のセキュリティゲートウェイが、前記受信検査用シーケンス番号検査領域の範囲内でシーケンス番号の受信履歴を検査する検査工程と、前記自系が、前記自系内でセキュリティゲートウェイの切り替えを実施した結果、特定の固有の番号を有するセキュリティゲートウェイが新たに通信を行うこととなった場合は、前記新たに通信を行うセキュリティゲートウェイが、そのセキュリティゲートウェイ及び前記自系切り替え時に通信中の対向系内のセキュリティゲートウェイに付与された固有の番号に対応した送信小領域を送信用シーケンス番号付与領域とすると共に、そのセキュリティゲートウェイ及び前記自系切り替え時に通信中の対向系内のセキュリティゲートウェイに付与された固有の番号に対応した受信小領域を受信検査用シーケンス番号検査領域とする領域変更工程と、前記新たに通信を行うセキュリティゲートウェイが、当該セキュリティゲートウェイの固有の番号を前記対向系内のセキュリティゲートウェイへ通知する通知工程と、前記新たに通信を行うセキュリティゲートウェイが、前記受信検査用シーケンス番号検査領域となっている受信小領域以外のシーケンス番号が付与されたパケットを受信せずに廃棄する破棄工程と、前記新たに通信を行うセキュリティゲートウェイが、前記切り替え前に動作をしていたセキュリティゲートウェイが再び動作を行う前に、前記対向系内のセキュリティゲートウェイに対して１回以上の前記共通鍵の更新処理を行い、前記切り替え前に動作していたセキュリティゲートウェイの前記シーケンス番号をリセットするリセット工程とを含む構成を採る。
The invention of the encrypted communication method according to claim 1 is an encrypted communication method for terminating an IP security protocol between an own system and an opposite system which is a communication partner node of the own system , wherein the own system The security gateway in the system recognizes the number of security gateways in the system , and the security gateway in the system recognizes a unique number assigned to each security gateway in the system. and autologous specific number recognition step of said security gateway in the own system is facing based recognition step of recognizing the number of security gateways the opposing system is provided, wherein the security gateway in the own system is, in the counter system and unique number recognizing faces based unique number recognition step assigned to each security gateway, security of said autologous Gateway, and a unique number given to the security gateway in the communication within the counter system, the a unique number given to the security gateway in communication with the autologous, wherein the autologous and the facing system The security gateway in the own system, the entire area of the sequence number for transmission is divided into a number of transmission areas corresponding to the number of security gateways in the own system, the transmission area is divided into transmit small regions of a number corresponding to the number of the security gateways in the counter system, corresponding to the self-situ and a unique number given to the security gateway in the opposite system currently in communication the a transmission sequence number dividing step of sending small region and the transmission sequence number assigning area, the security gateway in said autologous is received The entire area of use sequence numbers, as well as divided into the number of the reception area corresponding to the number of the security gateways in the counter system, the respective receiving area, the number of reception corresponding to the number of the security gateways in the own system A reception sequence number dividing step of dividing the received small area corresponding to the unique number assigned to the security gateway in the own system and the opposite system that is currently communicating with the received small area as a reception inspection sequence number inspection area. The security gateway in the own system assigns a sequence number only within the range of the transmission sequence number assignment area, and the security gateway in the own system sets the transmission sequence number assignment area. Before deviating, update the common key with the security gateway in the opposite system, and give it A common key update step for resetting a sequence number , a security gateway in the own system, an inspection step for inspecting a sequence number reception history within the range of the reception inspection sequence number inspection area, and the own system, As a result of switching the security gateway in the local system , when a security gateway having a specific unique number newly communicates, the security gateway that newly communicates , the security gateway and the security gateway A small transmission area corresponding to a unique number assigned to the security gateway in the opposite system that is communicating at the time of switching the own system is used as a transmission sequence number assigning area, and the communication gateway that is communicating at the time of switching the own system granted to the security gateway in the system Is a reception area changing step of the subregion received test sequence number examination region corresponding to the unique number and the security gateway to perform the new communication, security in the unique number of the security gateway the counter system A notification step of notifying the gateway , and discarding the newly-communication security gateway without receiving a packet with a sequence number other than the reception small area that is the reception inspection sequence number inspection area. And the security gateway that newly communicates with the security gateway that has been operating before the switching again performs the operation of the common key at least once with respect to the security gateway in the opposite system. Update processing and the security that was working before the switchover A configuration including a reset step for resetting the sequence number of the gateway.

本発明において、終端とは、（１）共通鍵に基づいた暗号化、認証情報の付与、シーケンス番号の付与等を行い、ＩＰパケットからＩＰｓｅｃパケットを作成する機能と、（２）共通鍵に基づいた複合化、認証情報のチェック、シーケンス番号のチェック等を行い、ＩＰｓｅｃパケットからＩＰパケットを復元する機能と、（３）共通鍵を、通信を行う両者間で安全に共有するための鍵交換を行う機能を果たすことを言う。本項に係る発明は、例えば、ＲＦＣ２４０２及び２４０６に規定されたＳＮ値の３２ｂｉｔの領域（００００００００〜ＦＦＦＦＦＦＦＦ）をｎ×ｍ個の小ブロックに分割する。ここでは、自系がｎ台のＳＧＷで冗長系を構成し、対向系がｍ台のＳＧＷで冗長系を構成するとする。送信用のＳＮ値フィールドに関しては、前記３２ｂｉｔの領域を自系のセキュリティゲートウェイの数に相当するブロックに分割した後、各ブロックを対向系のセキュリティゲートウェイの数に相当する小ブロックにさらに分割する。この小ブロックを、例えば、ｂ００、ｂ０１、・・・、ｂ０ｍ−１、ｂ１０、・・・、ｂｎ−１ｍ−１とする。ここで、ｂｉｊは、自系ＳＧＷｉが、対向系ＳＧＷｊに割当てた送信シーケンス番号の小ブロックである。 In the present invention, termination refers to (1) a function of performing encryption based on a common key, giving authentication information, giving a sequence number, etc., and creating an IPsec packet from an IP packet, and (2) based on a common key Function that restores IP packets from IPsec packets by performing decryption, authentication information check, sequence number check, etc., and (3) key exchange to securely share a common key between the two communicating parties Say to fulfill the function to do. In the invention according to this section, for example, a 32-bit area (0000000 to FFFFFFFF) of SN values defined in RFCs 2402 and 2406 is divided into n × m small blocks. Here, it is assumed that the own system forms a redundant system with n SGWs, and the opposing system forms a redundant system with m SGWs. For the SN value field for transmission, the 32-bit area is divided into blocks corresponding to the number of security gateways of the own system, and then each block is further divided into small blocks corresponding to the number of security gateways of the opposite system. These small blocks are, for example, b00, b01, ..., b0m-1, b10, ..., bn-1m-1. Here, bij is a small block of a transmission sequence number assigned by the own system SGWi to the opposite system SGWj.

また、受信検査領域として、前記３２ｂｉｔの領域を対向系のセキュリティゲートウェイの数に相当するブロックに分割した後、各ブロックを自系のセキュリティゲートウェイの数に相当した小ブロックに分割する。この小ブロックを、例えば、ｂ００、ｂ０１、・・・、ｂ１０、・・・、ｂｍ−１ｎ−１とする。ここで、ｂｊｉは、自系ＳＧＷｉが対向系ＳＧＷｊ用として用意する受信検査用の小ブロックである。すなわち、対向系ＳＧＷｊが、自系ＳＧＷｉ向けに割当てた送信シーケンス番号の小ブロックに等しい。 Further, as the reception inspection area, the 32-bit area is divided into blocks corresponding to the number of opposing security gateways, and then each block is divided into small blocks corresponding to the number of own security gateways. Let this small block be b00, b01, ..., b10, ..., bm-1n-1. Here, bji is a small block for reception inspection prepared by the own system SGWi for the opposite system SGWj. That is, the opposite system SGWj is equal to the small block of the transmission sequence number assigned to the own system SGWi.

自系及び対向系のマスタがそれぞれＳＧＷｉ、ＳＧＷｊであるとする。ＳＧＷｉは、対向系へ送信するパケットのＳＮ値を必ずｂｉｊの領域の最初から使用し、パケットを送信する度に１ずつ加算する。自系ＳＧＷｉと対向系ＳＧＷｊとがマスタである限り、このｂｉｊの最大値を超えたＳＮ値を付与したパケットを送信してはならない。すなわち、ｂｉｊの領域がオーバーフローする前に、フェーズ２の鍵交換を行い、ＳＮ値を初期値（ｂｉｊの最初の数値）に戻さなければならない。対向系においては、自系から送られてきた領域ｂｉｊのＳＮ値の受信履歴を管理し、同じＳＮ値のパケットを以前受信していないかどうかをチェックする。 Assume that the self-system and counter-system masters are SGWi and SGWj, respectively. SGWi always uses the SN value of the packet to be transmitted to the opposite system from the beginning of the area of bij, and adds 1 each time a packet is transmitted. As long as the own system SGWi and the opposite system SGWj are masters, a packet to which an SN value exceeding the maximum value of this bij is not transmitted. That is, before the area of bij overflows, the key exchange in phase 2 must be performed and the SN value must be returned to the initial value (the first numerical value of bij). In the opposite system, the reception history of the SN value of the area bij sent from the own system is managed, and it is checked whether a packet having the same SN value has been received before.

同様に、対向系から自系に送信されるパケットには、対向系のＳＧＷｊは、領域ｂｊｉのＳＮ値を付与される。自系では、対向系から送られてきた領域ｂｊｉのＳＮ値の受信履歴を管理し、同じＳＮ値のパケットを以前受信していないかどうかのチェックを行う。 Similarly, the SGWj of the opposite system is given the SN value of the area bji to the packet transmitted from the opposite system to the own system. The own system manages the reception history of the SN value of the area bji sent from the opposite system, and checks whether a packet having the same SN value has been received before.

自系において、ＳＧＷｉが故障等により動作を停止した場合の処理は、以下のように行われる。すなわち、ＲＦＣ２３３８に従い、次にＳＧＷｋが自系の新たなＭＲとして選択されたとすると、ＳＧＷｋは、ＳＧＷｉからＳＡ情報をコピーしているが、ＳＮ値のコピーは行っていない。ＳＧＷｋは、自分が新たなＭＲとなったことを、全対向系に通知する。ＳＧＷｋは、対向系のＳＧＷｊに対して、パケット送信を開始する。この時のＳＮ値は、領域ｂｋｊの最初から使用し、パケットを送信する度に１ずつ加算される。自系ＳＧＷｋと対向系ＳＧＷｊがＭＲであるかぎり、この領域を超えたＳＮ値を付与したパケットを送信してはならない。すなわち、ｂｋｊの領域がオーバーフローする前に鍵交換を行い、ＳＮ値を初期値（ｂｋｊの最初の数値）に戻さなければならない。 In the own system, processing when SGWi stops operation due to a failure or the like is performed as follows. That is, according to RFC2338, if SGWk is selected as a new MR of its own system, SGWk has copied SA information from SGWi, but has not copied SN values. SGWk notifies all oncoming systems that it has become a new MR. The SGWk starts packet transmission to the opposite SGWj. The SN value at this time is used from the beginning of the area bkj, and is incremented by 1 every time a packet is transmitted. As long as the own system SGWk and the opposite system SGWj are MRs, a packet to which an SN value exceeding this area is not transmitted should not be transmitted. That is, key exchange must be performed before the bkj area overflows, and the SN value must be returned to the initial value (the first numerical value of bkj).

上記の系切り替え通知を受け取った対向系は、自系からのパケットの受信ＳＮ値チェック用領域を、ｂｋｊに切り替える。ここで、

より、故障等をしたＳＧＷｉから、送信ＳＮ値の最終値を転送しなくても、同じＳＮ値が付与されたパケットを再度送信することは無くなる。 The opposite system that has received the above system switching notification switches the reception SN value check area of the packet from its own system to bkj. here,

Thus, even if the final value of the transmission SN value is not transferred from the SGWi that has failed or the like, the packet with the same SN value is not transmitted again.

また、上記の系切り替え通知を受け取った対向系は、自系に向けた送信ＳＮ値をｂｊｋの先頭値に切り替え、以降、パケットを送信する度に１ずつ加算する。自系ＳＧＷｋと対向系ＳＧＷｊがＭＲである限り、この領域を超えたＳＮ値が付与されたパケットを対向系は送信しない。すなわち、対向系は、ｂｋｊの領域がオーバーフローする前に鍵交換を行い、ＳＮ値を初期値（ｂｊｋの最初の数値）に戻さなければならない。自系では、対向系からの受信パケットのＳＮ値チェック領域をｂｊｋに切り替え、以降、同じＳＮ値のパケットを以前受信していないかどうかをチェックする。なお、自系では、ｂｊｋ領域以外のＳＮ値を有するパケットはすべて廃棄しなければならない。また、

の条件を満たし、かつ、自系における系切り替えの後、ｂｊｋ領域以外のＳＮ値のパケットは廃棄することによって（この再送は上位プロトコルで行う）、故障等をしたＳＧＷｉから領域ｂｊｉに関する受信履歴を転送しなくても、ＳＧＷｋは、受信パケットのＳＮ値がｂｊｋ内でのみ再利用されていないことが確認できれば、ＳＮ値の全領域で当該ＳＮ値が再利用されていないことを確認することが可能となる。これにより、系切り替えにより新たに通信を行うセキュリティゲートウェイが動作を停止したセキュリティゲートウェイから送信シーケンス番号の最終値及び受信シーケンス番号の検査履歴を転送する必要が無くなると共に、以前使用した送信シーケンス番号を再利用することなく、かつ、以前受信したシーケンス番号を再度受信することが無くなるため、いわゆるｒｅｐｌａｙ攻撃からシステムを防御することが可能となる。以上により、従来技術におけるＳＮ値同期に関する問題を解決することが可能となる。 Further, the opposite system that has received the above system switching notification switches the transmission SN value directed to its own system to the head value of bjk, and thereafter adds 1 each time a packet is transmitted. As long as the own system SGWk and the opposite system SGWj are MR, the opposite system does not transmit a packet to which an SN value exceeding this region is given. In other words, the opposing system must perform key exchange before the bkj area overflows, and return the SN value to the initial value (the first numerical value of bjk). The own system switches the SN value check area of the received packet from the opposite system to bjk, and thereafter checks whether or not a packet having the same SN value has been received before. In the local system, all packets having SN values other than the bjk area must be discarded. Also,

After the system switching in the local system, packets with SN values other than the bjk region are discarded (this retransmission is performed by a higher-level protocol), so that the reception history related to the region bji is obtained from the failed SGWi. Even without forwarding, SGWk can confirm that the SN value is not reused in the entire SN value area if it can be confirmed that the SN value of the received packet is not reused only within bjk. It becomes possible. This eliminates the need to transfer the final value of the transmission sequence number and the inspection history of the reception sequence number from the security gateway that has stopped operating when the security gateway that newly communicates due to system switching, and retransmits the previously used transmission sequence number. Since it is not used and the previously received sequence number is not received again, the system can be protected from the so-called replay attack. As described above, it is possible to solve the problem related to SN value synchronization in the prior art.

請求項２記載の発明は、請求項１記載の暗号化通信方法において、前記対向系認識工程は、前記対向系の多重化機能の有無を検出する工程を含む構成を採る。
According to a second aspect of the present invention, in the encrypted communication method according to the first aspect, the opposing system recognition step includes a step of detecting the presence / absence of a multiplexing function of the opposing system .

これにより、対向系の冗長度（バックアップＳＧＷの数）や、冗長機能の有無に関する情報を収集することができるため、系切り替え信号送信の要否、ＳＮ値ブロック分割信号送信の可否について対向系と合意を得ることが可能となる。また冗長機能を有していない対向系に対しても、通常のＩＰｓｅｃセッションを設定することができる。これにより、従来技術との互換性を実現することができる。 Thereby, since it is possible to collect information on the redundancy degree of the opposing system (number of backup SGWs) and the presence / absence of the redundant function, whether the system switching signal transmission is necessary or not and whether the SN value block division signal transmission is possible or not It is possible to obtain an agreement. Also, a normal IPsec session can be set for the opposite system that does not have a redundant function. Thereby, compatibility with a prior art is realizable.

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の暗号化通信方法において、前記切り替え前に動作をしていたセキュリティゲートウェイが、当該ゲートウェイの動作を再開する前に、それまで通信を行っていたセキュリティゲートウェイから当該時点における共通鍵に関する情報を収集する収集工程と、前記切り替え前に動作をしていたセキュリティゲートウェイが、前記切り替え後に１回以上共通鍵の更新が行われているかどうかを検査する更新検査工程とを含み、前記検査の結果、前記共通鍵の更新が行われていなかった場合は、前記切り替え前に動作をしていたセキュリティゲートウェイの動作を再開しない一方、前記共通鍵の更新が行われていた場合は、それまで通信を行っていたセキュリティゲートウェイから前記共通鍵に関する情報を取得した後前記切り替え前に動作をしていたセキュリティゲートウェイの動作を再開する構成を採る。 The invention according to claim 3 is the encrypted communication method according to claim 1 or claim 2, wherein the security gateway that has been operating before the switching does not communicate until the restart of the operation of the gateway. A collecting step of collecting information on the common key at the time from the security gateway that has been performed, and whether or not the security gateway that was operating before the switching has updated the common key at least once after the switching An update inspection step to inspect, and if the result of the inspection is that the common key has not been updated, the operation of the security gateway that was operating before the switching is not resumed, If the update has been performed, the security gateway that has been communicating until then will receive the common key. Take resumed configure the operation of the security gateway that was running before the switching after getting that information.

このように、動作を一時停止してから１回以上共通鍵の更新が行われているかどうかを検査し、検査結果に応じて動作を一時停止したセキュリティゲートウェイの動作を再開させるかどうかを決定する。その結果、共通鍵の更新が１度も行われていない場合は、セキュリティ確保のため、動作を一時停止したセキュリティゲートウェイの動作を再開しない。一方、共通鍵の更新が１回以上行われている場合は、動作を一時停止したセキュリティゲートウェイの動作をすぐに再開するので、復帰動作を迅速に行うことが可能となる。 In this way, it is checked whether or not the common key has been updated at least once after the operation is suspended, and it is determined whether or not to resume the operation of the security gateway whose operation has been suspended according to the inspection result. . As a result, if the common key has never been updated, the operation of the security gateway whose operation has been temporarily suspended is not resumed to ensure security. On the other hand, when the common key has been updated once or more, the operation of the security gateway whose operation has been suspended is immediately resumed, so that the return operation can be performed quickly.

本発明に係る暗号化通信システムは、ＩＰセキュリティパケットを送受信する複数のセキュリティゲートウェイと、前記各セキュリティゲートウェイを接続し、共通鍵に関する情報を伝送する専用通信回線とを備えた構成を採る。 The encrypted communication system according to the present invention employs a configuration including a plurality of security gateways that transmit and receive IP security packets, and a dedicated communication line that connects the security gateways and transmits information related to a common key.

この構成により、共通鍵に関する情報を、ＬＡＮやＷＡＮ等のネットワークとは完全に独立した回線で伝送することができるため、通信の安全性を確保することが可能となる。従って、従来技術におけるＳＡ（ＳｅｃｕｒｉｔｙＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）を共有する問題を解決し、冗長化されたＳＧＷ（ＳｅｃｕｒｉｔｙＧａｔｅｗａｙ）において、仮想ルータ機能を実装し、系切り替えを高速に行うことが可能となる。 With this configuration, information related to the common key can be transmitted through a line that is completely independent of a network such as a LAN or a WAN, so that communication safety can be ensured. Therefore, it is possible to solve the problem of sharing SA (Security Association) in the prior art and to implement a virtual router function in a redundant SGW (Security Gateway) to perform system switching at high speed.

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る多重化暗号通信システムの概略構成を示す図である。この多重化暗号通信システムは、Ａ系１０、Ｂ系２０、及びＣ系３０がインターネット４０を介してＩＰｓｅｃコネクションを設定している。Ａ系１０及びＢ系２０は、それぞれ冗長度が２であり、Ｃ系３０は、冗長度が１である。Ａ系１０におけるＳＧＷ（ＳｅｃｕｒｉｔｙＧａｔｅｗａｙ）では、ＳＧＷ０がＭＲ（マスタールータ）状態、ＳＧＷ１がＢＲ（バックアップルータ）状態となっている。Ｂ系２０におけるＳＧＷでは、ＳＧＷ０がスタートアップを待っているＩｎｉｔｉａｌｉｚｅ状態、ＳＧＷ１がＭＲ状態となっている。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a multiplexed cryptographic communication system according to Embodiment 1 of the present invention. In this multiplexed cryptographic communication system, an A system 10, a B system 20, and a C system 30 establish an IPsec connection via the Internet 40. The A system 10 and the B system 20 each have a redundancy of 2, and the C system 30 has a redundancy of 1. In the SGW (Security Gateway) in the A system 10, SGW0 is in the MR (master router) state, and SGW1 is in the BR (backup router) state. In the SGW in the B system 20, the SGW0 is in the Initialize state waiting for startup, and the SGW1 is in the MR state.

図１には、ノードＡ１１の詳細も併せて示されている。ノードＡ１１におけるＳＧＷ０、ＳＧＷ１は、グローバル側であるＷＡＮ側ネットワーク１２とローカル側であるＬＡＮ側ネットワーク１３にネットワークインタフェースを有し、さらに、ＳＡ（ＳｅｃｕｒｉｔｙＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）情報を共有するための専用通信回線１４（専用ネットワークインタフェース）を有する。ＳＧＷ０及びＳＧＷ１は、自系の冗長度（２）、及び冗長系における自分の優先度を設定情報として保有している。ＳＧＷ０のグローバル側及びローカル側のインタフェースは、それぞれ、ＩＰＡｇ、ＩＰＡｌが割当てられており、活性化（ｕｐ）状態にある。その他に、ローカル側インタフェースでは、ＩＰ０１も活性化状態にある。 FIG. 1 also shows details of the node A11. The SGW 0 and SGW 1 in the node A 11 have network interfaces in the WAN side network 12 that is the global side and the LAN side network 13 that is the local side, and furthermore, a dedicated communication line 14 (for sharing SA (Security Association) information) ( Dedicated network interface). SGW0 and SGW1 have their own redundancy (2) and their priority in the redundant system as setting information. IPAg and IPAl are assigned to the global side interface and the local side interface of SGW0, respectively, and are in an activated (up) state. In addition, in the local side interface, IP01 is also in an activated state.

一方、ＳＧＷ１は、グローバル側、ローカル側のＩＰアドレスとして、それぞれＩＰＡｇ、ＩＰＡｌが割当てられているが、非活性化（ｄｏｗｎ）状態にある。その他に、ローカル側インタフェースでは、ＩＰ０２が割当てられており、活性化状態にある。すなわち、ＳＧＷ０及びＳＧＷ１のローカル側ネットワークインタフェースは、同時に２つのＩＰアドレスを活性化することができる機能を有している。ＩＰＡｇ及びＩＰＡｌは、それぞれ、仮想ＳＧＷのグローバル及びローカルＩＰであり、ＭＲ状態にあるＳＧＷのみがこれらのＩＰアドレスを活性化して使用することができる。ＩＰ０１及びＩＰ０２は、それぞれＳＧＷ０、ＳＧＷ１個有のメンテナンス用ＩＰアドレスとして使用される。 On the other hand, IPAg and IPAl are assigned as IP addresses on the global side and the local side, respectively, but the SGW 1 is in a deactivated (down) state. In addition, the local interface is assigned IP02 and is in an activated state. That is, the local network interfaces of SGW0 and SGW1 have a function that can activate two IP addresses at the same time. IPAg and IPAl are the global and local IPs of the virtual SGW, respectively, and only the SGW in the MR state can activate and use these IP addresses. IP01 and IP02 are used as maintenance IP addresses having SGW0 and SGW1, respectively.

ＭＲが正常状態にあることを示すＡｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ信号は、ＭＲによってＷＡＮ側もしくはＬＡＮ側インタフェースから一定期間毎にブロードキャストされる。鍵交換、ＩＰｓｅｃパケットの組み立て分解処理は、すべてＭＲにおいて行われ、ＢＲは、ＭＲからのＡｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ信号を受信し、ＭＲの状態を監視している。ＭＲが対向系と鍵交換を行い、ＳＡ情報が更新されると、ＭＲは専用通信回線１４を介してＢＲに新しいＳＡ情報を転送する。 An Advertisement signal indicating that the MR is in a normal state is broadcast by the MR from the WAN side or LAN side interface at regular intervals. Key exchange and IPsec packet assembly / disassembly processing are all performed in the MR, and the BR receives the Advertisement signal from the MR and monitors the state of the MR. When the MR exchanges keys with the opposite system and the SA information is updated, the MR transfers the new SA information to the BR via the dedicated communication line 14.

図２は、冗長化ＳＧＷにおけるブロック分割の手順を示す図である。各ＳＧＷは、Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ状態における初期設定時に、初期設定情報を参照して、自系の冗長度及び自分の優先度を取得する（ステップＳ１）。次に、ＭＲは、対向系ノードとの間で鍵交換を行う（ステップＳ２）。鍵交換時のセキュリティポリシのネゴシエーションパラメータとして、本発明に係る冗長化機能のサポートの有無、冗長度、及びＭＲの番号を交換する。ＭＲは、ネゴシエーションを行ったＳＡを、専用回線を介してＢＲに転送する（ステップＳ３）。 FIG. 2 is a diagram showing a block division procedure in the redundant SGW. Each SGW refers to the initial setting information at the time of initial setting in the Initialize state, and acquires its own redundancy and its own priority (step S1). Next, the MR performs key exchange with the opposite node (step S2). As security parameter negotiation parameters at the time of key exchange, presence / absence of redundancy function support, redundancy, and MR number are exchanged. The MR transfers the negotiated SA to the BR via the dedicated line (step S3).

各ＳＧＷは、送信用、及び受信用ＳＮ値フィールドの小ブロック化を行う（ステップＳ４）。すなわち、送信用ＳＮ値フィールドは、自系の装置数＝ｎ、相手系の装置数＝ｍより、ｂ００〜ｂｎ−１ｍ−１の小領域に分割し、受信検査用のＳＮ値フィールドは、ｂ００〜ｂｍ−１ｎ−１の小領域に分割する。 Each SGW makes the transmission and reception SN value fields into smaller blocks (step S4). That is, the SN value field for transmission is divided into small areas of b00 to bn-1m-1 based on the number of devices of own system = n and the number of devices of the partner system = m, and the SN value field for reception inspection is b00. Divide into small areas of ~ bm-1n-1.

Ａ系−Ｂ系（２対２）のＳＡでは、ＳＮ値を以下のブロックに分割する。
Ａ系の場合の小ブロック分割
Ａ系ＳＧＷ０用送信ＳＮ値ブロック
００００００００〜３ＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック００（Ａ系ＳＧＷ０からＢ系
ＳＧＷ０へ）
４０００００００〜７ＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック０１（Ａ系ＳＧＷ０からＢ系
ＳＧＷ１へ） In A system-B system (2 to 2) SA, the SN value is divided into the following blocks.
Small block division A system SGW0 transmission SN value block 0000000 to 3FFFFFFF small block 00 (from system A SGW0 to system B SGW0)
40000000-7FFFFFFFF small block 01 (from A system SGW0 to B system SGW1)

Ａ系ＳＧＷ０用受信ＳＮ値検査ブロック
００００００００〜３ＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック００（Ｂ系ＳＧＷ０からＡ系ＳＧＷ０へ）
８０００００００〜ＢＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック１０（Ｂ系ＳＧＷ１からＡ系
ＳＧＷ０へ） Receive SN value check block for A system SGW0 0000000 to 3FFFFFFF Small block 00 (from B system SGW0 to A system SGW0)
80000000-BFFFFFFF Small block 10 (from B system SGW1 to A system SGW0)

Ａ系ＳＧＷ１用送信ＳＮ値ブロック
８０００００００〜ＢＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック１０（Ａ系ＳＧＷ１からＢ系
ＳＧＷ０へ）
Ｃ０００００００〜ＦＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック１１（Ａ系ＳＧＷ１からＢ系
ＳＧＷ１へ） Transmission SN value block for A system SGW1 80000000 to BFFFFFFF Small block 10 (from A system SGW1 to B system SGW0)
C0000000 to FFFFFFFF Small block 11 (from A system SGW1 to B system SGW1)

Ａ系ＳＧＷ１用受信ＳＮ値検査ブロック
４０００００００〜７ＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック０１（Ｂ系ＳＧＷ０からＡ系
ＳＧＷ１へ）
Ｃ０００００００〜ＦＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック１１（Ｂ系ＳＧＷ１からＡ系
ＳＧＷ１へ） Receive SN value check block for A system SGW1 40000000-7FFFFFFF Small block 01 (from B system SGW0 to A system SGW1)
C0000000 to FFFFFFFF Small block 11 (from B system SGW1 to A system SGW1)

Ｂ系の場合の小ブロック分割
Ｂ系ＳＧＷ０用送信ＳＮ値ブロック
００００００００〜３ＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック００（Ｂ系ＳＧＷ０からＡ系
ＳＧＷ０へ）
４０００００００〜７ＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック０１（Ｂ系ＳＧＷ０からＡ系
ＳＧＷ１へ） Transmission SN value block for small block division B system SGW0 in case of B system 0000000 to 3FFFFFFF Small block 00 (from B system SGW0 to A system SGW0)
40000000-7FFFFFFFF small block 01 (from B system SGW0 to A system SGW1)

Ｂ系ＳＧＷ０用受信ＳＮ値検査ブロック
００００００００〜３ＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック００（Ａ系ＳＧＷ０からＢ系
ＳＧＷ０へ）
８０００００００〜ＢＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック１０（Ａ系ＳＧＷ１からＢ系
ＳＧＷ０へ） Receive SN value check block for B system SGW0 00000000-3FFFFFFF Small block 00 (from A system SGW0 to B system SGW0)
80000000 ~ BFFFFFFF Small block 10 (from A system SGW1 to B system SGW0)

Ｂ系ＳＧＷ１用送信ＳＮ値ブロック
８０００００００〜ＢＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック１０（Ｂ系ＳＧＷ１からＡ系
ＳＧＷ０へ）
Ｃ０００００００〜ＦＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック１１（Ｂ系ＳＧＷ１からＡ系
ＳＧＷ１へ） Transmission SN value block for B system SGW1 80000000-BFFFFFFF Small block 10 (from B system SGW1 to A system SGW0)
C0000000 to FFFFFFFF Small block 11 (from B system SGW1 to A system SGW1)

Ｂ系ＳＧＷ１用受信ＳＮ値検査ブロック
４０００００００〜７ＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック０１（Ａ系ＳＧＷ０からＢ系
ＳＧＷ１へ）
Ｃ０００００００〜ＦＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック１１（Ａ系ＳＧＷ１からＢ系
ＳＧＷ１へ） Received SN value check block for B system SGW1 40000000-7FFFFFFF Small block 01 (from A system SGW0 to B system SGW1)
C0000000 to FFFFFFFF Small block 11 (from A system SGW1 to B system SGW1)

Ａ系−Ｃ系（２対１）のＳＡでは、ＳＮ値を以下のブロックに分割する。
Ａ系ＳＧＷ０用送信ＳＮ値ブロック
００００００００〜７ＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック００（Ａ系ＳＧＷ０からＣ系
へ）
Ａ系ＳＧＷ１用送信ＳＮ値ブロック
８０００００００〜ＦＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック１０（Ａ系ＳＧＷ１からＣ系
へ）
Ａ系ＳＧＷ０用受信ＳＮ値検査ブロック
００００００００〜７ＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック００（Ｃ系からＡ系ＳＧＷ０
へ）
Ａ系ＳＧＷ１用受信ＳＮ値検査ブロック
８０００００００〜ＦＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック０１（Ｃ系からＡ系ＳＧＷ１
へ） In SA of A system-C system (2 to 1), the SN value is divided into the following blocks.
Transmission SN value block for A system SGW0 00000000-7FFFFFFF Small block 00 (from A system SGW0 to C system)
Transmission SN value block for A system SGW1 80000000 to FFFFFFFF Small block 10 (from A system SGW1 to C system)
Receive SN value check block for A system SGW0 00000000-7FFFFFFF Small block 00 (from C system to A system SGW0
What)
Received SN value inspection block for A system SGW1 80000000 to FFFFFFFF Small block 01 (from C system to A system SGW1
What)

Ｃ系送信ＳＮ値ブロック
送信ＳＮ値ブロック
００００００００〜７ＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック００（Ｃ系からＡ系ＳＧＷ０
へ）
８０００００００〜ＦＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック０１（Ｃ系からＡ系ＳＧＷ１
へ）
受信ＳＮ値ブロック
００００００００〜７ＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック００（Ａ系ＳＧＷ０からＣ系
へ）
８０００００００〜ＦＦＦＦＦＦＦＦ小ブロック１０（Ａ系ＳＧＷ１からＣ系
へ） C system transmission SN value block Transmission SN value block 0000000 to 7FFFFFFF Small block 00 (from system C to system A SGW0
What)
80000000-FFFFFFFF small block 01 (from C system to A system SGW1
What)
Receive SN value block 00000000-7FFFFFFF Small block 00 (from A system SGW0 to C system)
80000000-FFFFFFFF Small block 10 (from A system SGW1 to C system)

このように、各ＳＧＷによって送信用、及び受信用ＳＮ値フィールドの小ブロ
ック化が行われる。 In this way, each SGW makes the transmission and reception SN value fields into smaller blocks.

図３は、二重化ノード同士のＩＰｓｅｃ通信におけるＳＮ値の使用方法を示す図である。図３に示すように、Ａ系ではＳＧＷ０がＭＲの状態にあり、Ｂ系ではＳＧＷ１がＭＲの状態にある。
（１）Ａ系ＳＧＷ０は、Ｂ系向けのパケットに、小ブロック０１内のシーケンス番号（４０００００００〜７ＦＦＦＦＦＦＦ）を順に付与する。
（２）Ｂ系ＳＧＷ１は、Ａ系から受信したパケットの受信履歴を管理し、以前受け取ったことのあるＳＮ値が無いかどうかをチェックする。
（３）Ｂ系ＳＧＷ１は、Ａ系向けの送信パケットに、小ブロック１０内のシーケンス番号（８０００００００〜ＢＦＦＦＦＦＦＦ）を順に付与する。
（４）Ａ系ＳＧＷ０は、Ｂ系から受信したパケットの受信履歴を管理し、以前受け取ったことのあるＳＮ値が無いかどうかをチェックする。 FIG. 3 is a diagram illustrating a method of using an SN value in IPsec communication between duplex nodes. As shown in FIG. 3, SGW0 is in the MR state in the A system, and SGW1 is in the MR state in the B system.
(1) The A system SGW0 sequentially assigns the sequence number (40000000 to 7FFFFFFF) in the small block 01 to the packet for the B system.
(2) The B-system SGW 1 manages the reception history of the packets received from the A-system, and checks whether there is any SN value that has been received before.
(3) The B system SGW 1 sequentially assigns the sequence numbers (80000000 to BFFFFFFF) in the small block 10 to the transmission packets for the A system.
(4) The A system SGW0 manages the reception history of the packets received from the B system, and checks whether there is any SN value that has been received before.

図４は、二重化ノードと一重化ノード間のＩＰｓｅｃ通信におけるＳＮ値の使
用方法を示す図である。図４に示すように、Ａ系ではＳＧＷ０がＭＲの状態にあ
り、Ｃ系ではＳＧＷ０がＭＲの状態にある。
（１）Ａ系ＳＧＷ０は、Ｃ系向けのパケットに、小ブロック００内のシーケンス番号（００００００００〜７ＦＦＦＦＦＦＦ）を順に付与する。
（２）Ｃ系は、Ａ系から受信したパケットの受信履歴を管理し、以前受け取ったことのあるＳＮ値が無いかどうかをチェックする。
（３）Ｃ系は、Ａ系向けの送信パケットに、小ブロック００内のシーケンス番号（００００００００〜７ＦＦＦＦＦＦＦ）を順に付与する。
（４）Ａ系ＳＧＷ０は、Ｃ系から受信したパケットの受信履歴を管理し、以前受け取ったことのあるＳＮ値が無いかどうかをチェックする。 FIG. 4 is a diagram illustrating a method of using an SN value in IPsec communication between a duplex node and a single node. As shown in FIG. 4, SGW0 is in the MR state in the A system, and SGW0 is in the MR state in the C system.
(1) The A system SGW0 sequentially assigns the sequence number (0000000 to 7FFFFFFFF) in the small block 00 to the packet for the C system.
(2) The C system manages the reception history of the packets received from the A system, and checks whether there is an SN value that has been received before.
(3) The C system sequentially assigns the sequence number (0000000 to 7FFFFFFF) in the small block 00 to the transmission packet for the A system.
(4) The A system SGW0 manages the reception history of the packets received from the C system, and checks whether there is any SN value that has been received before.

図５は、冗長度が２以上の系における系切り替え手順を示す図である。系切り替えは、何らかの原因で系に故障が発生した場合等に行われる。ここで、故障が発生した系を自系、故障が発生した系とそれまで通信を行っていた系を対向系とする。冗長度は、（自系）：（対向系）＝ｎ：ｍであるとする。自系では、ＳＧＷｉがＭＲであり、ＳＧＷｋがＢＲ状態のＳＧＷのうち最も優先度が高い。また、対向系では、ＳＧＷｊがＭＲであるとする。 FIG. 5 is a diagram showing a system switching procedure in a system having a redundancy of 2 or more. The system switching is performed when a failure occurs in the system for some reason. Here, the system in which the failure has occurred is referred to as the own system, and the system in which the failure has occurred and the system that has been communicating until then is referred to as the opposite system. The redundancy is assumed to be (own system) :( opposite system) = n: m. In the own system, SGWi is MR and SGWk has the highest priority among SGWs in the BR state. In the opposite system, SGWj is assumed to be MR.

このような系において、自系のＭＲが故障した場合の系切り替え手順を説明する。ＳＧＷｉは、小ブロックｂｉｊ内のＳＮ値を利用して、対向系にパケットを送信する（ステップＴ１）。次に、ＳＧＷｉが何らかの原因で故障すると（ステップＴ２）。ＳＧＷｋは、ＭＲからのＡｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔが不到着であることから、ＭＲがダウンしたことを検出する（ステップＴ３）。次に、ＳＧＷｋは、ＭＲ状態に遷移し（ステップＴ４）、ＳＧＷｋが新たにＭＲになったことを対向系に通知する（ステップＴ５）。ＳＧＷｋは、送信用の小ブロックをｂｋｊに設定し、受信用の小ブロックをｂｊｋに設定する（ステップＴ６）。ＳＧＷｋは、ｂｊｋ以外の小ブロックのＳＮ値を有するパケットは直ちに破棄する（ステップＴ７）。一方、対向系のＳＧＷｊは、ステップＴ５における通知信号を受信する（ステップＴ８）。対向系のＳＧＷｊは、送信用の小ブロックをｂｊｋに設定し、受信用の小ブロックをｂｋｊに設定する（ステップＴ９）。対向系のＳＧＷｊは、ｂｋｊ以外の小ブロックのＳＮ値を有するパケットも受信することができる（ステップＴ１０）。 In such a system, a system switching procedure when the MR of the own system fails will be described. SGWi uses the SN value in small block bij to transmit the packet to the opposite system (step T1). Next, when SGWi fails for some reason (step T2). The SGWk detects that the MR has been down because the advertisement from the MR has not arrived (step T3). Next, the SGWk transitions to the MR state (step T4), and notifies the opposite system that the SGWk has newly become MR (step T5). The SGWk sets the transmission small block to bkj and the reception small block to bjk (step T6). SGWk immediately discards a packet having the SN value of a small block other than bjk (step T7). On the other hand, the opposing SGWj receives the notification signal in step T5 (step T8). The opposite SGWj sets the small block for transmission to bjk and sets the small block for reception to bkj (step T9). The opposite SGWj can also receive a packet having an SN value of a small block other than bkj (step T10).

図６は、二重化ノード同士のＩＰｓｅｃ通信における系切り替えが発生した場合のＳＮ値の使用方法を示す図である。ここでは、Ａ系において、ＳＧＷ０からＳＧＷ１への系切り替えが発生した場合を示す。 FIG. 6 is a diagram illustrating a method of using an SN value when system switching occurs in IPsec communication between duplex nodes. Here, a case where system switching from SGW0 to SGW1 occurs in system A is shown.

Ａ系のＳＧＷ０がＭＲであり、Ｂ系のＳＧＷ０がＭＲとなる系切り替えが発生した場合は、

を利用し、Ａ系のＳＧＷ１がＭＲであり、Ｂ系のＳＧＷ０がＭＲとなる系切り替えが発生した場合は、

を利用して同様の処理を行う。 When system switching occurs in which the A system SGW0 is MR and the B system SGW0 is MR,

When system switching occurs in which the A-system SGW1 is MR and the B-system SGW0 is MR,

The same processing is performed using.

このように、ＳＧＷ０は、小ブロック００と１０、ＳＧＷ１は小ブロック０１と１１の受信履歴のみを管理し、相互に相手の領域の受信履歴は管理しないシステムを構成することができるため、系切り替え時にＳＮ値の受信履歴及び送信ＳＮ値を転送する必要が無くなる。 In this way, it is possible to configure a system in which SGW0 can manage only the reception histories of small blocks 00 and 10, and SGW1 can manage only the reception histories of the small blocks 01 and 11, but does not manage the reception histories of the partner area. Sometimes it is not necessary to transfer the reception history of SN values and transmission SN values.

これにより、系切り替えにより新たに通信を行うセキュリティゲートウェイが動作を停止したセキュリティゲートウェイから送信シーケンス番号の最終値及び受信シーケンス番号の検査履歴を転送する必要が無くなると共に、以前使用した送信シーケンス番号を再利用することなく、かつ、以前受信したシーケンス番号を再度受信することが無くなるため、いわゆるｒｅｐｌａｙ攻撃からシステムを防御することが可能となる。以上により、従来技術におけるＳＮ値同期に関する問題を解決することが可能となる。 This eliminates the need to transfer the final value of the transmission sequence number and the inspection history of the reception sequence number from the security gateway that has stopped operating when the security gateway that newly communicates due to system switching, and retransmits the previously used transmission sequence number. Since it is not used and the previously received sequence number is not received again, the system can be protected from the so-called replay attack. As described above, it is possible to solve the problem related to SN value synchronization in the prior art.

図７は、二重化ノードと一重化ノード間のＩＰｓｅｃ通信における系切り替えが発生した場合のＳＮ値の使用方法を示す図である。ここでは、Ａ系において、ＳＧＷ０からＳＧＷ１への系切り替えが発生した場合を示す。ここでは、下記の表３に示す各小ブロックを利用する。

FIG. 7 is a diagram illustrating a method of using an SN value when system switching occurs in IPsec communication between a duplex node and a single node. Here, a case where system switching from SGW0 to SGW1 occurs in system A is shown. Here, each small block shown in Table 3 below is used.

図８は、ＳＧＷｊが故障回復し、再度利用可能となった場合の復旧手順を示す図である。また、図９は、実施の形態１におけるＳＧＷの状態遷移図である。故障から回復し、Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ状態にあるＳＧＷｉに、スタートアップイベント（コマンド投入等）が発生する（ステップＳＴ１）。次に、ＳＧＷｉは、従来技術のように直接ＭＲ又はＢＲ状態に遷移するのではなく、図９に示すように、一旦Ｓｔａｒｔｕｐ状態に遷移する（ステップＳＴ２）。Ｓｔａｒｔｕｐ状態において、ＳＧＷｉは、ＭＲから設定しているすべてのＳＡに対する鍵交換情報を取得する（ステップＳＴ３）。ＳＧＷｉは、前回故障してから１回以上鍵交換が行われているかどうかをチェックする（ステップＳＴ４）。このチェックの結果、１つでも鍵交換が行われていないＳＡが存在した場合は、ステップＳＴ１におけるＩｎｉｔｉａｌｉｚｅ状態へ遷移する。すなわち、コマンドに対する戻り値としてその旨を報告する。一方、ＳＧＷｉは、前回故障してから１回以上鍵交換が行われていた場合は、ＭＲからＳＡを転送（コピー）する（ステップＳＴ５）。最後に、優先度に応じてＭＲ又はＢＲに遷移する（ステップＳＴ６）。 FIG. 8 is a diagram showing a recovery procedure when the SGWj recovers from a failure and becomes usable again. FIG. 9 is a state transition diagram of the SGW in the first embodiment. A startup event (command input, etc.) occurs in SGWi that has recovered from the failure and is in the Initialize state (step ST1). Next, SGWi does not directly transit to the MR or BR state as in the prior art, but temporarily transits to the Startup state as shown in FIG. 9 (step ST2). In the Startup state, SGWi acquires key exchange information for all SAs set from MR (step ST3). SGWi checks whether or not key exchange has been performed at least once since the previous failure (step ST4). As a result of this check, if there is at least one SA for which key exchange has not been performed, the state transits to the Initialize state in step ST1. That is, this is reported as a return value for the command. On the other hand, the SGWi transfers (copies) the SA from the MR when the key exchange has been performed at least once since the previous failure (step ST5). Finally, transition is made to MR or BR according to the priority (step ST6).

以上により、実施の形態１によれば、ＲＦＣ２３３８に規定されている仮想ルータによるルータ冗長化機能を、ＩＰｓｅｃ機能を有する装置でも利用可能となるため、装置が故障等した場合の系切り替え時間を大幅に短縮することが可能となる。 As described above, according to the first embodiment, the router redundancy function by the virtual router stipulated in RFC2338 can be used even in a device having an IPsec function, so that the system switching time in the event of a device failure is greatly increased. It becomes possible to shorten to.

（実施の形態２）
実施の形態１では、ＳＡ情報を共有する上で安全性を確保するため、専用のネットワークを利用した。しかし、安全性に対する要求の条件がそれほど高くない場合は、ＳＡ情報の共有にＬＡＮ回線を流用し、ＬＡＮ内において行われるＳＡ情報の転送を守るために、自系内の各ＳＧＷ間でＳＡを共有するためのＩＰｓｅｃコネクションを構築することも可能である。また、ＷＡＮ側インタフェースに複数のＩＰアドレスを割当てて、ＷＡＮ回線経由でＩＰｓｅｃコネクションを構築し、ＷＡＮ回線経由でＳＡ情報を共有することも可能である。 (Embodiment 2)
In the first embodiment, a dedicated network is used to ensure safety in sharing SA information. However, when the requirements for safety are not so high, a LAN line is used for sharing SA information, and the SA is transferred between each SGW in the own system in order to protect the transfer of SA information performed in the LAN. It is also possible to construct an IPsec connection for sharing. It is also possible to assign a plurality of IP addresses to the WAN side interface, establish an IPsec connection via the WAN line, and share SA information via the WAN line.

（実施の形態３）
実施の形態１では、冗長度が２対２の場合と、２対１の場合とで、ＳＮ値領域の分割方法を切り替えていた。相手系の冗長度に応じて、ＳＮ値領域の分割方法を切り替えず、２対１の場合にも、２対２の場合と同じＳＮ値分割を流用することにより、実装が容易となる場合がある。この場合、図３に示すような、二重化ノード同士のＩＰｓｅｃ通信におけるＳＮ値の使用、及び、図６に示すような、二重化ノード同士のＩＰｓｅｃ通信における系切り替えが発生した場合のＳＮ値の使用においては、
Ａ側送信小ブロック０１、１１、
Ａ側受信小ブロック１０、１１、
Ｂ（Ｃ）側送信小ブロック１０、１１、
Ｂ（Ｃ）側受信小ブロック０１、１１、
を無効な領域とすることによって、２対１の場合にも、２対２の場合と同じＳＮ値分割を流用することが可能となる。 (Embodiment 3)
In the first embodiment, the SN value region dividing method is switched between the case where the redundancy is 2 to 2 and the case where the redundancy is 2 to 1. Depending on the degree of redundancy of the partner system, the SN value area dividing method is not switched, and even in the case of 2 to 1, the same SN value division as in the case of 2 to 2 can be used to facilitate the implementation. is there. In this case, in the use of the SN value in the IPsec communication between the duplex nodes as shown in FIG. 3 and the use of the SN value in the case of the system switching in the IPsec communication between the duplex nodes as shown in FIG. Is
A side transmission small blocks 01, 11,
A side reception small block 10, 11,
B (C) side transmission small blocks 10, 11,
B (C) side reception small blocks 01, 11,
By making S into an invalid area, the same SN value division as in the case of 2 to 2 can be used even in the case of 2 to 1.

（実施の形態４）
上記の説明では、３２ｂｉｔのシーケンス番号領域を、３０ｂｉｔの領域４ブロック（２対２の場合）に分割することによって、系切り替え時における情報共有の問題を解決したが、シーケンス番号の領域を２ｂｉｔ拡張して３２ｂｉｔの領域４ブロックとしても同様の効果を得ることが可能である。 (Embodiment 4)
In the above description, the problem of information sharing at the time of system switching was solved by dividing the 32-bit sequence number area into 30-bit area 4 blocks (in the case of 2 to 2). Thus, the same effect can be obtained with a 32-bit area 4 block.

なお、以上の説明では、代表的なセキュリティプロトコルとして、ＩＰｓｅｃを例にとって実装法を示した。しかし、定期鍵交換を行う、共通鍵型の暗号及び認証機構を利用するプロトコルであれば、ＩＰｓｅｃに限られるわけではない。また、媒体もインターネットには限定されない。さらに、シーケンス番号機構を利用するプロトコルであれば、自系及び対向系のＳＧＷ数に応じてＳＮ値の領域を小ブロックに分割する手段や、鍵交換時に相手系の冗長性に関する情報を交換する手段や、故障していたＳＧＷが復旧し、ＢＲ状態又はＭＲに遷移するための手段を実現することが可能となる。 In the above description, the implementation method is shown by taking IPsec as an example as a representative security protocol. However, the protocol is not limited to IPsec as long as it is a protocol that uses a common key type encryption and authentication mechanism for performing periodic key exchange. Further, the medium is not limited to the Internet. Furthermore, in the case of a protocol using the sequence number mechanism, means for dividing the SN value area into small blocks according to the number of SGWs of the own system and the opposite system, and information on the redundancy of the partner system during key exchange are exchanged. It becomes possible to realize the means and the means for recovering the failed SGW and making a transition to the BR state or MR.

また、以上の説明では、ＳＧＷを利用する場合の冗長化方式を例にとって示したが、コンピュータが直接ＩＰｓｅｃを終端する場合において、コンピュータ自体に二重化機能を適用する場合においても、同様の方式が適用可能である。 In the above description, the redundancy method when using the SGW is shown as an example. However, when the computer directly terminates IPsec, the same method can be applied even when the duplex function is applied to the computer itself. Is possible.

本発明の実施の形態１に係る多重化暗号通信システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the multiplexed encryption communication system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 冗長化ＳＧＷにおけるブロック分割の手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure of the block division | segmentation in redundancy SGW. 二重化ノード同士のＩＰｓｅｃ通信におけるＳＮ値の使用方法を示す図である。It is a figure which shows the usage method of SN value in the IPsec communication between duplication nodes. 二重化ノードと一重化ノード間のＩＰｓｅｃ通信におけるＳＮ値の使用方法を示す図である。It is a figure which shows the usage method of SN value in the IPsec communication between a duplex node and a single node. 冗長度が２以上の系における系切り替え手順を示す図である。It is a figure which shows the system switching procedure in the system | strain with a redundancy of 2 or more. 二重化ノード同士のＩＰｓｅｃ通信における系切り替えが発生した場合のＳＮ値の使用方法を示す図である。It is a figure which shows the usage method of SN value when the system switching in the IPsec communication of duplex nodes occurs. 二重化ノードと一重化ノード間のＩＰｓｅｃ通信における系切り替えが発生した場合のＳＮ値の使用方法を示す図である。It is a figure which shows the usage method of SN value when the system switching in IPsec communication between a duplex node and a single node occurs. ＳＧＷｊが故障回復し、再度利用可能となった場合の復旧手順を示す図である。It is a figure which shows the recovery procedure when SGWj recovers from failure and becomes usable again. 実施の形態１におけるＳＧＷの状態遷移図である。FIG. 6 is a state transition diagram of the SGW in the first embodiment. （ａ）は、ＩＰｓｅｃ（トンネルモードＥＳＰ）パケットの構造を示す図、（ｂ）は、ＩＰｓｅｃの実装形態を示す図である。(A) is a figure which shows the structure of an IPsec (tunnel mode ESP) packet, (b) is a figure which shows the implementation form of IPsec. 従来技術におけるＳＧＷ２重化方式の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the SGW duplication system in a prior art. （ａ）は、ＶＲＲＰルータの多重化方式の概念図、（ｂ）は、ＶＲＲＰルータの状態遷移図、（ｃ）は、ＡＤＶＥＲＴＩＳＥメッセージフォーマットを示す図である。(A) is a conceptual diagram of a VRRP router multiplexing method, (b) is a state transition diagram of the VRRP router, and (c) is a diagram showing an ADVERTISE message format.

符号の説明Explanation of symbols

１０…Ａ系、１１…ノードＡ、２０…Ｂ系、３０…Ｃ系、４０…インターネット、１２…ＷＡＮ側ネットワーク、１３…ＬＡＮ側ネットワーク、１４…専用通信回線。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... A system, 11 ... Node A, 20 ... B system, 30 ... C system, 40 ... Internet, 12 ... WAN side network, 13 ... LAN side network, 14 ... Dedicated communication line.

Claims

自系と前記自系の通信の相手先ノードである対向系との間でＩＰセキュリティプロトコルを終端する暗号化通信方法であって、
前記自系内のセキュリティゲートウェイが、前記自系内のセキュリティゲートウェイの数を認識する自系認識工程と、
前記自系内のセキュリティゲートウェイが、前記自系内の各セキュリティゲートウェイに付与された固有の番号を認識する自系固有番号認識工程と、
前記自系内のセキュリティゲートウェイが、前記対向系が備えるセキュリティゲートウェイの数を認識する対向系認識工程と、
前記自系内のセキュリティゲートウェイが、前記対向系内の各セキュリティゲートウェイに付与された固有の番号を認識する対向系固有番号認識工程と、
前記自系内のセキュリティゲートウェイが、前記対向系内で通信中のセキュリティゲートウェイに付与された固有の番号と、前記自系内で通信中のセキュリティゲートウェイに付与された固有の番号とを、前記自系と前記対向系との間で交換する交換工程と、
前記自系内のセキュリティゲートウェイが、送信用シーケンス番号の全領域を、前記自系内のセキュリティゲートウェイの数に相当する数の送信領域に分割すると共に、前記各送信領域を、前記対向系内のセキュリティゲートウェイの数に相当する数の送信小領域に分割し、現在通信中の自系内及び対向系内のセキュリティゲートウェイに付与された固有の番号に対応した前記送信小領域を送信用シーケンス番号付与領域とする送信シーケンス番号分割工程と、
前記自系内のセキュリティゲートウェイが、受信用シーケンス番号の全領域を、前記対向系内のセキュリティゲートウェイの数に相当する数の受信領域に分割すると共に、前記各受信領域を、前記自系内のセキュリティゲートウェイの数に相当する数の受信小領域に分割し、現在通信中の自系内及び対向系内のセキュリティゲートウェイに付与された固有の番号に対応した前記受信小領域を受信検査用シーケンス番号検査領域とする受信シーケンス番号分割工程と、
前記自系内のセキュリティゲートウェイが、前記送信用シーケンス番号付与領域の範囲内でのみシーケンス番号を付与するシーケンス番号付与工程と、
前記自系内のセキュリティゲートウェイが、前記送信用シーケンス番号付与領域を逸脱する前に対向系内のセキュリティゲートウェイとの間で共通鍵を更新し、前記付与したシーケンス番号をリセットする共通鍵更新工程と、
前記自系内のセキュリティゲートウェイが、前記受信検査用シーケンス番号検査領域の範囲内でシーケンス番号の受信履歴を検査する検査工程と、
前記自系が、前記自系内でセキュリティゲートウェイの切り替えを実施した結果、特定の固有の番号を有するセキュリティゲートウェイが新たに通信を行うこととなった場合は、前記新たに通信を行うセキュリティゲートウェイが、そのセキュリティゲートウェイ及び前記自系切り替え時に通信中の対向系内のセキュリティゲートウェイに付与された固有の番号に対応した送信小領域を送信用シーケンス番号付与領域とすると共に、そのセキュリティゲートウェイ及び前記自系切り替え時に通信中の対向系内のセキュリティゲートウェイに付与された固有の番号に対応した受信小領域を受信検査用シーケンス番号検査領域とする領域変更工程と、
前記新たに通信を行うセキュリティゲートウェイが、当該セキュリティゲートウェイの固有の番号を前記対向系内のセキュリティゲートウェイへ通知する通知工程と、
前記新たに通信を行うセキュリティゲートウェイが、前記受信検査用シーケンス番号検査領域となっている受信小領域以外のシーケンス番号が付与されたパケットを受信せずに廃棄する破棄工程と、
前記新たに通信を行うセキュリティゲートウェイが、前記切り替え前に動作をしていたセキュリティゲートウェイが再び動作を行う前に、前記対向系内のセキュリティゲートウェイに対して１回以上の前記共通鍵の更新処理を行い、前記切り替え前に動作していたセキュリティゲートウェイの前記シーケンス番号をリセットするリセット工程とを含むことを特徴とする暗号化通信方法。 An encrypted communication method for terminating an IP security protocol between an own system and an opposite system that is a communication partner node of the own system ,
Wherein the security gateway in the own system is a self-system recognition step of recognizing the number of security gateway within said autologous,
A self- system unique number recognition step in which the security gateway in the self- system recognizes a unique number assigned to each security gateway in the self- system ;
Wherein the security gateway in the own system is the number recognizing faces based recognition process of the security gateway, wherein the facing system comprises,
Wherein the security gateway in the own system is a unique number that recognize the counter system ID number recognition step assigned to each security gateway in the counter system,
The security gateway in the local system assigns the unique number assigned to the security gateway communicating in the opposite system and the unique number assigned to the security gateway communicating in the local system . an exchange step of exchanging between the system and the counter system,
The security gateway in the own system divides the entire area of the transmission sequence number into a number of transmission areas corresponding to the number of security gateways in the own system, and each transmission area is divided in the opposite system. The transmission sub-region is divided into the number of transmission sub-regions corresponding to the number of security gateways, and the transmission sub-region is assigned the transmission sub-region corresponding to the unique number assigned to the security gateway in the own system and the opposite system that is currently communicating. A transmission sequence number dividing step as an area;
The security gateway in the own system divides the entire area of the reception sequence number into a number of reception areas corresponding to the number of security gateways in the opposite system, and each of the reception areas is set in the own system. The reception small area is divided into the number of reception small areas corresponding to the number of security gateways, and the reception small area corresponding to the unique number assigned to the security gateway in the own system and the opposite system that is currently communicating is received. A reception sequence number dividing step as an inspection area;
The security gateway in the own system, a sequence number giving step for giving a sequence number only within the range of the transmission sequence number giving area,
A common key update step in which the security gateway in the local system updates a common key with the security gateway in the opposite system before deviating from the transmission sequence number assignment area, and resets the assigned sequence number; ,
An inspection step in which the security gateway in the local system inspects the reception history of the sequence number within the range of the reception inspection sequence number inspection area;
The own system, the result of the switching of the security gateway in the autologous, if the security gateway having a specific unique number has become possible to perform a new communication, the security gateway to perform the new communication A small transmission area corresponding to a unique number assigned to the security gateway and the security gateway in the opposite system that is communicating at the time of switching the own system as a transmission sequence number assigning area, and the security gateway and the own system An area changing step in which a reception small area corresponding to a unique number assigned to the security gateway in the opposite system that is communicating at the time of switching is set as a reception inspection sequence number inspection area;
A notification step in which the security gateway that newly communicates notifies the security gateway in the opposite system of the unique number of the security gateway ;
A discarding step in which the security gateway that newly communicates discards without receiving a packet with a sequence number other than the reception small area that is the reception inspection sequence number inspection area;
The security gateway that newly communicates performs the update process of the common key one or more times for the security gateway in the opposite system before the security gateway that was operating before the switching again operates. And a resetting step of resetting the sequence number of the security gateway that was operating before the switching.

前記対向系認識工程は、前記対向系の多重化機能の有無を検出する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の暗号化通信方法。 2. The encrypted communication method according to claim 1, wherein the opposing system recognition step includes a step of detecting presence or absence of a multiplexing function of the opposing system .

前記切り替え前に動作をしていたセキュリティゲートウェイが、当該ゲートウェイの動作を再開する前に、それまで通信を行っていたセキュリティゲートウェイから当該時点における共通鍵に関する情報を収集する収集工程と、
前記切り替え前に動作をしていたセキュリティゲートウェイが、前記切り替え後に１回以上共通鍵の更新が行われているかどうかを検査する更新検査工程とを含み、
前記検査の結果、前記共通鍵の更新が行われていなかった場合は、前記切り替え前に動作をしていたセキュリティゲートウェイの動作を再開しない一方、前記共通鍵の更新が行われていた場合は、それまで通信を行っていたセキュリティゲートウェイから前記共通鍵に関する情報を取得した後前記切り替え前に動作をしていたセキュリティゲートウェイの動作を再開することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の暗号化通信方法。
Security gateway that was running before the switching, before resuming the operation of the gateway, a collection step for collecting information regarding the common key at that time from the security gateway that has communicating far,
A security gateway that was operating before the switching includes an update checking step of checking whether or not the common key has been updated at least once after the switching;
As a result of the inspection, if the update of the common key has not been performed, the operation of the security gateway that was operating before the switching is not resumed, while the update of the common key has been performed, 3. The encryption according to claim 1, wherein after the information about the common key is acquired from the security gateway that has been communicating until then, the operation of the security gateway that was operating before the switching is resumed. Communication method.