JP5726159B2

JP5726159B2 - 機器制御システム、ネットワークアダプタ、制御端末およびサーバ

Info

Publication number: JP5726159B2
Application number: JP2012270200A
Authority: JP
Inventors: 操人黒田; 信弘三上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: JP2014115868A

Description

本発明は、機器制御システムに関する。

従来、制御端末では、サーバを介して制御対象機器と操作情報をやり取りする際、ＩＤ、パスワード、共通鍵等を用いてサーバとの間で認証を行うことが一般的である。ここで、鍵をユーザ自身で設定する場合には、暗号化等の専門知識が必要であり、毎回双方の機器に同様の鍵の設定が必要となり手間がかかる。また、鍵を自動生成する場合には、共通の電波を使用して鍵の交換を行うため、鍵自体の秘匿性が落ちてしまう。傍受されずに鍵が交換された後においても、サーバとの通信上で鍵が傍受される可能性があり、第三者からの操作を許してしまうおそれがある。

傍受される可能性を低減して鍵を交換するため、制御端末と制御対象機器との間でショートレンジのリンクによって互いに認証し合い、その認証情報を用いて外部ネットワークで制御端末を認証する技術が提案されている。例えば、下記特許文献１では、ショートレンジ・ワイヤレスリンク（ここではＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））による通信で機器認証を行い、所定の認証情報（ここでは認証キー、パスワード等）をあらかじめ各機器に入力しておく。次に、ショートレンジ・ワイヤレスリンク外のネットワークで認証済みの機器にアクセスする機器は、自動的に認証成功時の認証情報を機器同士でやりとりする。これにより、アクセス毎にユーザが認証情報を入力することなく互いに認証し合うことができ、通信することができるという技術が開示されている。

また、下記特許文献２では、サーバ側であらかじめ使用回数・使用可能期間を限定した短期ＩＤを発行することにより、仮に短期ＩＤが漏えいした場合でも、使用回数・使用可能期間が制限されているため、悪用が困難となるという技術が開示されている。

特表２００４−５０１４５９号公報特開２００６−２４３９８４号公報

しかしながら、上記従来の技術（特許文献１）によれば、宅内（ショートレンジ）で認証を行わなければ宅外から別のネットワーク経由でアクセスしても通信が許可されないが、宅内で認証が成功していれば、その認証情報を１度でも傍受された場合は第三者がアクセスできる、という問題があった。

また、上記従来の技術（特許文献２）によれば、サーバ側でユーザ認証を行うため、ユーザに付与する短期ＩＤの識別情報とユーザが認証のために使用する識別情報が一致する必要がある。そのため、サーバからユーザへ識別情報を付与する時およびユーザからサーバへ識別情報を用いて認証する時の少なくとも２回は識別情報を送信する必要があり、この通信時に識別情報が傍受された場合は第三者がアクセスできる、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ユーザが意識することなく認証鍵の交換が可能な機器制御システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ローカルネットワークおよび前記ローカルネットワーク外にある外部ネットワークから、前記ローカルネットワークの制御対象機器に対する制御を行う制御端末と、前記制御対象機器を前記ローカルネットワークに接続するネットワークアダプタと、前記ローカルネットワークにおいて前記制御端末と接続し、当該制御端末を前記ローカルネットワークに接続するアクセスポイントと、前記外部ネットワークにおいて前記制御端末と接続し、前記アクセスポイントと通信を行うサーバと、を備え、前記ネットワークアダプタは、前記ローカルネットワークにおいて前記制御端末が前記制御対象機器の制御を行う毎に認証鍵を生成し、生成した認証鍵を前記アクセスポイント経由で前記制御端末および前記サーバへ送信し、前記制御端末および前記サーバは、受信した前記認証鍵を用いて前記外部ネットワークにおいて認証を行う、ことを特徴とする。

本発明によれば、ユーザが意識することなく認証鍵の交換ができる、という効果を奏する。

図１は、制御端末がローカルネットワークに接続された場合の機器制御システムの構成例を示す図である。図２は、制御端末がサーバを介して外部ネットワークに接続された場合の機器制御システムの構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかる機器制御システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
本実施の形態では、機器制御システムの具体的な例として、制御対象機器を空気調和機とし、認証鍵の生成方法として、空気調和機に対する制御端末の操作時に押下されたボタンの情報を用いて生成する場合について説明する。

図１は、制御端末がローカルネットワークに接続された場合の機器制御システムの構成例を示す図である。なお、図１では、本実施の形態の動作に関わる要部の構成のみを示しており、各機器に通常備わる各種構成部については省略している。

機器制御システム１は、空気調和機２と、制御端末３と、アクセスポイント４と、サーバ５と、から構成される。空気調和機２はローカルネットワーク６１と接続するためのネットワークアダプタ２１を備えている。

制御端末３は、ローカルネットワーク６１および外部ネットワーク６２のいずれにも接続可能である。制御端末３は、ローカルネットワーク６１内では、アクセスポイント４と認証することでローカルネットワーク６１と接続し、ネットワークアダプタ２１経由でローカルネットワーク６１に接続された空気調和機２にアクセスすることができる。また、制御端末３は、外部ネットワーク６２内では、サーバ５と認証することで、アクセスポイント４を経由して、ネットワークアダプタ２１経由でローカルネットワーク６１に接続された空気調和機２にアクセスすることができる。

ここで、制御端末３は、空気調和機２の操作および設定変更を行うためには、機器の認証が必要になる。そのため、制御端末３は、ローカルネットワーク６１に接続されたアクセスポイント４を介してネットワークアダプタ２１にアクセスし、ネットワークアダプタ２１との間で制御端末３の機器情報よる機器認証を行う。

制御端末３とアクセスポイント４との間の通信については、無線通信による送信を想定しているがこれに限定するものではなく、例えば、赤外線による送信、有線通信による送信等であってもよい。

制御端末３としては、スマートフォンを想定しているがこれに限定するものではなく、例えば、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、専用のリモートコントローラ等でもよい。

制御端末３とネットワークアダプタ２１との間の機器認証の方法としては、Ｗｉ−Ｆｉアライアンスによって策定されたＷＰＳ（Wi-Fi Protected Setup）のセキュアな認証方法を想定しているが、ＷＰＡ２（Wi-Fi Protected Access）、ＥＡＰ（Extensible Authentication Protocol）など、他のセキュアな認証方法であってもよい。

機器情報としては、例えば、個体識別番号やＰＩＮ（Personal Identification Number）コード、ＥＳＳＩＤ（Extended Service Set IDentifier）を想定しているが、制御端末３が持つＭＡＣ（Media Access Control）アドレスなどであってもよい。

ネットワークアダプタ２１と機器認証が完了した制御端末３は、ローカルネットワーク６１と接続時、すなわち、ローカルネットワーク６１内において、空気調和機２の操作および設定変更が可能になる。

制御端末３による空気調和機２の操作としては、例えば、運転状態、設定温度、設定湿度、風向、風速、風量等の変更があり、制御端末３による空気調和機２の設定としては、室外機圧縮機のＯＮ／ＯＦＦおよび運転周波数の設定、時間設定等がある。

なお、制御端末３による空気調和機２の操作／設定時において、空気調和機２が、運転状態、消費電力、稼働時間、室内温度等、取得可能な情報を制御端末３に送信し、制御端末３が、空気調和機２から受信したこれらの情報を表示してもよい。

つづいて、機器制御システム１において、認証鍵の生成および交換する方法について説明する。

制御端末３が空気調和機２の操作／設定を実行すると、ネットワークアダプタ２１は、制御端末３において操作／設定時に押下されたボタンの情報に基づいて認証鍵を生成する。ネットワークアダプタ２１は、例えば、内部で生成した乱数からハッシュ値を取得することができる。ネットワークアダプタ２１は、取得したハッシュ値に、例えば、制御端末３において操作されたときに押下されたボタンが、設定温度の上昇であれば「ＡＢＣ」、運転モードの変更であれば「７８９」などの文字を追加した文字列を認証鍵とする。

なお、認証鍵の上記生成アルゴリズムは一例であり、制御端末３において操作時に押下されたボタンによる唯一な認証鍵の生成ができればよく、これに限定するものではない。

また、制御端末３は、操作時の情報（ここでは、制御端末３において操作時に押下されたボタンの情報）を、アクセスポイント４経由でネットワークアダプタ２１へ送信することとする。

ネットワークアダプタ２１は、図１に示すように、制御端末３の操作に対して生成した認証鍵を、アクセスポイント４経由で制御端末３およびサーバ５へ送信する。以降、ネットワークアダプタ２１は、ローカルネットワーク６１内で制御端末３が空気調和機２の操作／設定を行う毎に新規に認証鍵を生成し、アクセスポイント４経由で新規に生成した認証鍵を制御端末３およびサーバ５へ送信する。制御端末３は、新たな認証鍵を受信した時点で過去に受信した古い認証鍵がある場合、古い認証鍵を破棄して新たに受信した認証鍵を使用する。

以上の動作により、制御端末３の機器認証が行われ、制御端末３の操作に応じた唯一な認証鍵の交換が行われる。

つづいて、機器制御システム１において、制御端末３が外部ネットワーク６２から空気調和機２を操作／設定する動作について説明する。

図２は、制御端末がサーバを介して外部ネットワークに接続された場合の機器制御システムの構成例を示す図である。図１と同様、図２では、本実施の形態の動作に関わる要部の構成のみを示しており、各機器に通常備わる各種構成部については省略している。

図２では、図１と異なり、制御端末３は、外部ネットワーク６２に接続されたサーバ５にアクセスしている様子を示すものである。

ここで、図１でも示しているように、機器制御システム１では、ローカルネットワーク６１内で制御端末３が空気調和機２を操作／設定し、ネットワークアダプタ２１が認証鍵を生成している場合、ネットワークアダプタ２１は、生成した認証鍵を、アクセスポイント４経由で制御端末３へ送信するとともに、アクセスポイント４経由で外部ネットワーク６２のサーバ５にも送信している。

サーバ５は、アクセスポイント４経由でネットワークアダプタ２１から受信した認証鍵を登録する。なお、制御端末３と同様、サーバ５は、新たな認証鍵を受信した時点で過去に受信した古い認証鍵がある場合、古い認証鍵を破棄して新たに受信した認証鍵を使用する。

図２において、まず、制御端末３は、サーバ５にアクセスし、外部ネットワーク６２と接続するための認証情報、および、空気調和機２へ通信可能かどうか認証するための認証鍵をサーバ５に送信する。

認証情報とは、例えば、ＩＤ、パスワード、認証鍵を想定しているが、個体識別ＩＤや、制御端末３のＭＡＣアドレス等でもよい。

サーバ５は、制御端末３から受信した認証情報を用いて、制御端末３を外部ネットワーク６２に接続する認証処理を行う。制御端末３と外部ネットワーク６２の接続を認証した後、つぎに、サーバ５は、制御端末３から受信した認証鍵が、ネットワークアダプタ２１からアクセスポイント４経由で受信した認証鍵と一致するかどうかを判定する。サーバ５は、一致する場合は制御端末３を認証可と判定し、制御端末３から受信した空気調和機２の操作／設定情報をアクセスポイント４、ネットワークアダプタ２１経由で空気調和機２へ送信し、一致しない場合は制御端末３を認証不可と判定し、制御端末３から受信した空気調和機２の操作／設定情報を空気調和機２側へ送信しない。

サーバ５と認証が完了した制御端末３は、外部ネットワーク６２と接続時、すなわち、外部ネットワーク６２内において、空気調和機２の操作および設定変更が可能になる。

ここで、認証鍵は、ローカルネットワーク６１内で制御端末３が空気調和機２の操作／設定を行う毎に随時新しい認証鍵に自動的に更新されるため、外部ネットワーク６２から操作を行う場合においても、セキュリティを確保することが可能となる。

仮に、制御端末３が外部ネットワーク６２から操作中に認証鍵が漏えいした場合でも、制御端末３が外部ネットワーク６２からローカルネットワーク６１に戻って空気調和機２の操作／設定を行うと認証鍵の変更が発生することになる。そのため、１度認証鍵が漏えいした場合でも、第三者によって認証鍵を悪用され、長期間にわたり不正に操作され続けることを防ぐことができる。

また、認証鍵は、生成時にその時点での動作を元に変更されるため、第三者による認証鍵の推定がされにくくなる。

また、認証鍵は生成後に使用回数、使用可能期間等の制限を設けてもよい。

具体的には、認証鍵の生成後、３回までその認証鍵で認証可能とした場合、使用可能期間を１日とした場合、使用可能な時間帯を設定した場合、使用可能な曜日を設定した場合等、このような制限を設けることで、たとえ有効な認証鍵と認証情報が漏えいしても、不正にアクセスできる回数、期間が限られるため、長期間にわたり不正に操作され続ける事態を防ぐことができる。なお、これらの制限については、それぞれ１つずつで使用してもよいし、複数の制限を組み合わせて使用してもよい。

また、ここでは認証鍵の生成方法として「制御端末３において操作時に押下されたボタン」の情報を用いる場合について説明したが、一例であり、これに限定するものではない。例えば、ネットワークアダプタ２１では、制御端末３操作時の情報として、制御端末３操作時の時刻、制御端末３操作時の位置、制御端末３操作時の制御端末３の傾き等の情報に基づいて認証鍵を生成するようにしてもよく、これらの複数の情報に基づいて認証鍵を生成するようにしてもよい。さらに、ネットワークアダプタ２１は、制御端末３のＩＰアドレス、ＭＡＣアドレス等の情報を用いて認証鍵を生成するようにしてもよい。なお、制御端末３は、制御端末３において操作時に押下されたボタンの場合と同様、操作時の時刻、操作時の位置、操作時の傾き等の情報を、アクセスポイント４経由でネットワークアダプタ２１へ送信することとする。

また、ここでは制御対象機器を空気調和機２として動作を説明したが、ローカルネットワーク６１に接続され、制御端末３から操作可能な機器であればよく、例えば、給湯システム、壁床暖房システム、扇風機、テレビ、照明などでもよい。この場合、制御端末３から制御可能な情報は、運転のＯＮ／ＯＦＦ、輝度等、対象の機器によって変更されることになる。

また、ここでは無線通信での動作について説明しているが、認証鍵を交換する際に意図的に電波強度を弱くするようにしてもよい。具体的には、仮に第三者が外部ネットワーク６２から不正にローカルネットワーク６１にアクセスを行い、制御対象機器に対して操作を行った場合、認証鍵の送信で意図的に電波強度を弱くすることで、ローカルネットワーク６１の範囲内に存在する制御端末３しか認証鍵を受け取れないため、第三者が認証鍵を取得することが難しくなる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、機器制御システムでは、接続される対象が限定されているローカルネットワーク６１内でネットワークアダプタ２１と制御端末３がセキュアな機器認証を行い、機器の操作／設定実行時の唯一な生成条件により生成される認証鍵を交換することで、機器認証時および認証鍵交換時の認証情報漏えいのリスクを少なくすることができる。さらに、ローカルネットワーク６１内での制御端末３による操作／設定実行毎に新規に認証鍵を生成して交換する。これにより、ユーザが意識することなく認証鍵の交換が可能となり、仮に外部ネットワーク６２で認証鍵を傍受されても、ユーザが毎日行うような操作により最新の認証鍵に更新されることから、第三者によって悪用されるおそれを低減することができる。

以上のように、本発明にかかる機器制御システムは、機器の制御に有用であり、特に、宅外からサーバを介して宅内の機器を制御する場合に適している。

１機器制御システム、２空気調和機、２１ネットワークアダプタ、３制御端末、４アクセスポイント、５サーバ、６１ローカルネットワーク、６２外部ネットワーク。

Claims

ローカルネットワークおよび前記ローカルネットワーク外にある外部ネットワークから、前記ローカルネットワークの制御対象機器に対する制御を行う制御端末と、
前記制御対象機器を前記ローカルネットワークに接続するネットワークアダプタと、
前記ローカルネットワークにおいて前記制御端末と接続し、当該制御端末を前記ローカルネットワークに接続するアクセスポイントと、
前記外部ネットワークにおいて前記制御端末と接続し、前記アクセスポイントと通信を行うサーバと、
を備え、
前記ネットワークアダプタは、前記ローカルネットワークにおいて前記制御端末が前記制御対象機器の制御を行う毎に認証鍵を生成し、生成した認証鍵を前記アクセスポイント経由で前記制御端末および前記サーバへ送信し、
前記制御端末は、前記ネットワークアダプタから前記認証鍵を受信した場合、以前に受信した認証鍵があるときはこれを破棄して新たに受信した認証鍵を前記外部ネットワークにおいて前記サーバへ送信する認証鍵とし、
前記サーバは、前記ネットワークアダプタから前記認証鍵を受信した場合、以前に受信した認証鍵があるときはこれを破棄して新たに受信した認証鍵を用いて、前記外部ネットワークにおいて前記制御端末から受信した認証鍵と一致するかどうか判定を行う、
ことを特徴とする機器制御システム。
前記ネットワークアダプタは、前記制御端末において押下されたボタン、前記制御端末操作時の時刻、前記制御端末操作時の位置、前記制御端末操作時の当該制御端末の傾き、のうち１つ以上の情報に基づいて前記認証鍵を生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の機器制御システム。
前記ネットワークアダプタは、さらに、前記制御端末が持つＩＰアドレス、前記制御端末が持つＭＡＣアドレス、のうち１つ以上の情報を用いて前記認証鍵を生成する、
ことを特徴とする請求項２に記載の機器制御システム。
前記認証鍵は、使用可能回数、使用可能期限、使用可能時間帯、使用可能曜日、のうち１つ以上の制限を含む、
ことを特徴とする請求項１，２または３に記載の機器制御システム。
前記制御対象機器が空気調和機の場合、
前記空気調和機は、前記制御端末からの操作、リモートコントローラからの操作、または自律判定によって空調制御を行う、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の機器制御システム。
前記空気調和機は、前記空調制御として、運転状態、設定温度、設定湿度、風向、風速、風量、室外機圧縮機、時間設定、のうち１つ以上の項目の設定を変更する、
ことを特徴とする請求項５に記載の機器制御システム。
ローカルネットワークおよび前記ローカルネットワーク外にある外部ネットワークから、前記ローカルネットワークの制御対象機器に対する制御を行う制御端末と、
前記制御対象機器を前記ローカルネットワークに接続するネットワークアダプタと、
前記ローカルネットワークにおいて前記制御端末と接続し、当該制御端末を前記ローカルネットワークに接続するアクセスポイントと、
前記外部ネットワークにおいて前記制御端末と接続し、前記アクセスポイントと通信を行うサーバと、
を備えた機器制御システムにおける前記ネットワークアダプタであって、
前記ローカルネットワークにおいて前記制御端末が前記制御対象機器の制御を行う毎に認証鍵を生成し、生成した認証鍵を前記アクセスポイント経由で、前記認証鍵を受信した場合に以前に受信した認証鍵があるときはこれを破棄して新たに受信したものを認証鍵とする前記制御端末および前記サーバへ送信する、
ことを特徴とするネットワークアダプタ。
前記制御端末において押下されたボタン、前記制御端末操作時の時刻、前記制御端末操作時の位置、前記制御端末操作時の当該制御端末の傾き、のうち１つ以上の情報に基づいて前記認証鍵を生成する、
ことを特徴とする請求項７に記載のネットワークアダプタ。
さらに、前記制御端末が持つＩＰアドレス、前記制御端末が持つＭＡＣアドレス、のうち１つ以上の情報を用いて前記認証鍵を生成する、
ことを特徴とする請求項８に記載のネットワークアダプタ。
前記認証鍵は、使用可能回数、使用可能期限、使用可能時間帯、使用可能曜日、のうち１つ以上の制限を含む、
ことを特徴とする請求項７，８または９に記載のネットワークアダプタ。
ローカルネットワークおよび前記ローカルネットワーク外にある外部ネットワークから、前記ローカルネットワークの制御対象機器に対する制御を行う制御端末と、
前記制御対象機器を前記ローカルネットワークに接続するネットワークアダプタと、
前記ローカルネットワークにおいて前記制御端末と接続し、当該制御端末を前記ローカルネットワークに接続するアクセスポイントと、
前記外部ネットワークにおいて前記制御端末と接続し、前記アクセスポイントと通信を行うサーバと、
を備えた機器制御システムにおける前記制御端末であって、
前記ネットワークアダプタが、前記ローカルネットワークにおいて前記制御端末が前記制御対象機器の制御を行う毎に認証鍵を生成し、生成した認証鍵を前記アクセスポイント経由で前記制御端末および前記サーバへ送信し、
前記サーバが、前記ネットワークアダプタから前記認証鍵を受信した場合、以前に受信した認証鍵があるときはこれを破棄して新たに受信した認証鍵を、前記外部ネットワークにおいて前記制御端末の認証に用いる場合に、
前記ネットワークアダプタから前記認証鍵を受信した場合、以前に受信した認証鍵があるときはこれを破棄して新たに受信したものを認証鍵とし、前記外部ネットワークにおいて前記サーバへ送信する、
ことを特徴とする制御端末。
前記認証鍵は、使用可能回数、使用可能期限、使用可能時間帯、使用可能曜日、のうち１つ以上の制限を含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載の制御端末。
ローカルネットワークおよび前記ローカルネットワーク外にある外部ネットワークから、前記ローカルネットワークの制御対象機器に対する制御を行う制御端末と、
前記制御対象機器を前記ローカルネットワークに接続するネットワークアダプタと、
前記ローカルネットワークにおいて前記制御端末と接続し、当該制御端末を前記ローカルネットワークに接続するアクセスポイントと、
前記外部ネットワークにおいて前記制御端末と接続し、前記アクセスポイントと通信を行うサーバと、
を備えた機器制御システムにおける前記サーバであって、
前記ネットワークアダプタが、前記ローカルネットワークにおいて前記制御端末が前記制御対象機器の制御を行う毎に認証鍵を生成し、生成した認証鍵を前記アクセスポイント経由で前記制御端末および前記サーバへ送信し、
前記制御端末が、前記ネットワークアダプタから前記認証鍵を受信した場合、以前に受信した認証鍵があるときはこれを破棄して新たに受信したものを認証鍵とし、前記外部ネットワークにおいて前記サーバへ送信する場合に、
前記ネットワークアダプタから前記認証鍵を受信した場合、以前に受信した認証鍵があるときはこれを破棄して新たに受信したものを認証鍵とし、前記制御端末の認証に用いる、
ことを特徴とするサーバ。
前記認証鍵は、使用可能回数、使用可能期限、使用可能時間帯、使用可能曜日、のうち１つ以上の制限を含む、
ことを特徴とする請求項１３に記載のサーバ。