(57)【要約】【課題】  データの秘匿性に優れており、かつ確実に復号することが可能な暗号化システム及び暗号化方法の提供。【解決手段】  測定データを暗号化して送信する際、IEEE 浮動小数点数演算標準（IEEE754）に従って測定データを浮動小数点数に変換する。本実施形態では交換形式として、32ビットに浮動小数点数を格納する32ビット単精度を用いる。そして、32ビットのデータを符号部s、指数部eee及び一部の仮数部nnnから構成される上位の16ビットと、残余の仮数部nnnから構成される下位の16ビットに分けて把握し、下位の16ビットの数を用いて上位の16ビットの数を暗号化する。その上で、暗号化された16ビットの数に、下位の16ビットをそのまま付加して、32ビットの暗号化測定データを生成する。【選択図】図3
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の測定値を取得する測定値取得手段、
前記測定値を、仮数部、指数部及び基数を用いて表す浮動小数点数に変換する変換手段、
前記浮動小数点数の仮数部の数値の一部もしくは全部、又は指数部の数値の一部もしくは全部のいずれか一方を用いて他方を暗号化し、暗号値を生成する暗号値生成手段、
を備えたことを特徴とする暗号化システム。
【請求項２】
請求項１に係る暗号化システムにおいて、
前記暗号値生成手段は、仮数部の数値又は指数部の数値のいずれか一方又は双方に、所定の固定値を加えた上で暗号化する、
ことを特徴とする暗号化システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に係る暗号化システムにおいて、
前記変換手段は、IEEE 浮動小数点数演算標準に従って測定値を浮動小数点数に変換する、
ことを特徴とする暗号化システム。
【請求項４】
請求項３に係る暗号化システムにおいて、
変換手段は、IEEE 浮動小数点数演算標準の交換形式として、32ビットに浮動小数点数を格納する32ビット単精度を用い、
暗号値生成手段は、32ビットを、指数部の数値の一部又は全部を含んで格納されている第1ビット群、及び仮数部の数値の一部又は全部を含んで格納されている第2ビット群に分けて把握し、第1ビット群の数値又は第2ビット群の数値のいずれか一方を用いて他方を暗号化し、暗号値を生成する、
ことを特徴とする暗号化システム。
【請求項５】
測定対象の測定値を取得し、
前記測定値を、仮数部、指数部及び基数を用いて表す浮動小数点数に変換し、
前記浮動小数点数の仮数部の数値の一部もしくは全部、又は指数部の数値の一部もしくは全部のいずれか一方を用いて他方を暗号化し、暗号値を生成する、
ことを特徴とする暗号化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願に係る暗号化システム及び暗号化方法は、データの秘匿性に優れており、かつ復号の確実性を高めることができる暗号化の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
データの通信技術の発達を背景に、通信時における情報漏洩が問題視されており、これを防止するために種々のデータの暗号化・復号の技術が提案されている。ところで、産業プラントにおいて採用されている検査システムにもデータの通信技術が用いられることがある。たとえば、産業プラントに設置されている配管系統の各スチームトラップにセンサを設け、定期的に各スチームトラップの温度や振動等を検出してデータを送信する技術である。このような検出データの中には第三者に知られたくない秘匿情報が含まれていることがあり、情報漏洩を防止するため、センサは検出データを暗号化して暗号化データを送信する。
【０００３】
特に近年、産業プラントにおける通信効率の向上を図るため、産業プラント内にフィールドバスを設置し、一つの配線に多数の機器を接続してデータを通信することがある。フィールドバスを用いた通信は、無線通信に比べて通信の安定性、信頼性が高いが、その反面、一つの配線に多数の機器の接続を許容するものであるため、情報漏洩の危険性も高まるという問題がある。したがって、産業プラントにおける情報漏洩防止の技術は特に重要視される。
【０００４】
通信データの暗号化に関しては、後記の特許文献に記載された技術がある。この技術は、まず元データをＮ個（Ｎは2以上の自然数）のデータに分割して、Ｎ個の分割データを生成する。そして、分割した分割データの1番目と2番目の排他的論理和を算出することによって1番目の暗号化データを生成し、以後、ｎ（ｎ＝1、2・・・、Ｎ-2）番目の暗号化データと、ｎ+2番目の分割データとの排他的論理和を算出して、ｎ+1番目の暗号化データを生成することを、ｎが、Ｎ-2となるまで繰り返すことで、Ｎ-1個の暗号化データを算出する。その後、すべての暗号化データを復号装置に送信し、1番目の分割データを、復号キーとして暗号化データとは異なるルートで復号装置に送信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2011-119985号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
産業プラントにおいて採用されている検査システムでは、たとえば一つのスチームトラップの温度及び振動等の各データを一群のデータとして送信する。
【０００７】
この際、前述の特許文献に記載された技術を適用して暗号化するとした場合、温度データの数値を用いて振動データを暗号化することになるが、通信の際に、暗号化に用いた温度データと振動データとの組み合わせが乱れると、適正に復号できないという問題がある。特に、検査の測定時間が短い場合、各データの書き込み処理等の周期も短くなり、データの組み合わせが乱れる危険が高まる。
【０００８】
すなわち、前述の特許文献に記載された技術は、複数の分割データを前提に、暗号化データを生成するため、データの組み合わせに乱れが生じた場合、適正な復号を行うことができないという問題がある。
【０００９】
そこで本願に係る暗号化システム及び暗号化方法は、測定値の秘匿性に優れており、かつ確実に復号することが可能な暗号化システム及び暗号化方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願に係る暗号化システムは、
測定対象の測定値を取得する測定値取得手段、
前記測定値を、仮数部、指数部及び基数を用いて表す浮動小数点数に変換する変換手段、
前記浮動小数点数の仮数部の数値の一部もしくは全部、又は指数部の数値の一部もしくは全部のいずれか一方を用いて他方を暗号化し、暗号値を生成する暗号値生成手段、
を備えたことを特徴としている。
【００１１】
また、本願に係る暗号化方法は、
測定対象の測定値を取得し、
前記測定値を、仮数部、指数部及び基数を用いて表す浮動小数点数に変換し、
前記浮動小数点数の仮数部の数値の一部もしくは全部、又は指数部の数値の一部もしくは全部のいずれか一方を用いて他方を暗号化し、暗号値を生成する、
ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本願に係る暗号化システム及び暗号化方法においては、測定値を浮動小数点数に変換した上、この浮動小数点数の仮数部の数値の一部もしくは全部、又は指数部の数値の一部もしくは全部のいずれか一方を用いて他方を暗号化し、暗号値を生成している。
【００１３】
すなわち、測定値を浮動小数点数に変換し、仮数部の数値の一部もしくは全部、又は指数部の数値の一部もしくは全部のいずれか一方を用いて他方を暗号化しているため、測定値の秘匿性に優れている。また、他の測定値を用いて暗号化するものではなく、単一の測定値のみで暗号化を実現するため、復号の際、復号に必要な他の測定値との組み合わせの乱れ等によって復号できないという事態が生じることはなく、確実に復号することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本願に係る暗号化システム及び暗号化方法の一実施形態を示す配管系統の検査システムの機能ブロック図である。
【図２】図1に示すセンサが実行する暗号化処理のフローチャートである。
【図３】図2に示す暗号化処理に係るデータ構成等を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［実施形態における用語説明］
実施形態において示す主な用語は、それぞれ本願に係る暗号化システム及び暗号化方法の下記の構成要素に対応している。
温度計21、振動計22…測定値取得手段
制御部30…変換手段、暗号値生成手段
温度値a1、振動値a2…測定値
暗号化温度値c1、暗号化振動値c2…暗号値
スチームトラップ…測定対象
【００１６】
［第１の実施形態］
本願に係る暗号化システム及び暗号化方法の第１の実施形態を、産業プラントに設置されている配管系統の検査システムを例に説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態における配管系統の検査システムの機能ブロック図である。産業プラント内にはフィールドバス10が設置されており、このフィールドバス10に複数のセンサ5を含む多数の機器が接続されている。そして、各機器はフィールドバス10を通じてコントローラ6との間で通信を行う。コントローラ6には端末機8が接続されており、オペレータは端末機8を通じて必要な操作を行う。
【００１８】
図示する各々のセンサ5は、産業プラント内における検査のため、高温・高圧の蒸気を移送する配管系統（図示せず）等の状態を検出する。本実施形態では、配管系統に設けられている多数のスチームトラップ（図示せず）の状態を検出するためのセンサ5を例示する。図1に示すように、各々のセンサ5は温度計21及び振動計22を備えて構成されている。そして、温度計21によって検出した温度a1、及び振動計22によって検出した振動a2は制御部30に取り込まれる。
【００１９】
ところで、配管内で蒸気が液化するとドレン（蒸気の凝縮水）が滞留し、蒸気の移送効率が低下してしまう。このような事態を回避するために、配管系統の随所に設けられているのがスチームトラップである。例えばフロート式のスチームトラップは、配管内部のドレン水量が一定レベルに達した場合、内蔵されているフロートが浮上して排出口を開放し、自動的にドレンを排出する構造を備えている。
【００２０】
ここで、スチームトラップに故障等の異常が発生し、適正な動作が確保できなくなると、蒸気等の移送効率の低下を招くことになり、さらに配管系統に沿ってその異常の影響は広がり、主要装置にも動作不良・故障等の悪影響がおよぶ。スチームトラップの故障による異常発生としては、ドレンが適正に排出されない排出不良や、フロートや弁口等の摩耗、変形、破損等によって蒸気漏れが生じる密閉不良がある。
【００２１】
このような排出不良や密閉不良等のスチームトラップの異常を検出するために、それぞれのスチームトラップにセンサ5が取り付けられている。すなわち、スチームトラップに排出不良が生じてドレンが適正に排出されなくなった場合、ドレンの滞留によってその配管部分に高温・高圧の蒸気が流れなくなり、スチームトラップの表面温度は低下する。このため、センサ5は温度計21によってこの温度の低下を検知してスチームトラップの排出不良を検出する。また、スチームトラップに密閉不良が生じた場合、蒸気漏れによって振動（異音）が発生するため、センサ5は振動計22によってこの振動の発生を検知してスチームトラップの密閉不良を検出する。
【００２２】
各センサ5が、温度計21によって検出した温度a1、及び振動計22によって検出した振動a2は、制御部30の制御に従い、通信部34からフィールドバス10を介してコントローラ6に与えられる。ここで、スチームトラップの異常発生の判断の基礎となる温度a1や振動a2の中には第三者に知られたくない秘匿情報が含まれていることがある。このため、情報漏洩を防止するために、センサ5は温度a1、振動a2のデータを暗号化し暗号化データを発信する。特に、フィールドバス10には様々な機器が接続されており、複数の企業がフィールドバス10を介して各種データ通信を行っていることがあるため、情報漏洩の危険も大きい。したがって、フィールドバス10を通じてスチームトラップの温度や振動を送信する場合、その暗号化の必要性は高い。
【００２３】
図2は各センサ5の制御部30が実行する暗号化処理のフローチャートである。まず、制御部30は暗号化の対象となる測定データを取得する（ステップS2）。今、かりに振動計22から振動値a2を取得したとする。制御部30は、この振動値a2を、下式によって表される浮動小数点数に変換する（ステップS4）。本実施形態においては、IEEE 浮動小数点数演算標準（IEEE754）に従って測定データを浮動小数点数に変換している。このIEEE 浮動小数点数演算標準とは、浮動小数点数の表現形式に関する標準規格であり、「ANSI/IEEE std 754-1985  IEEE Standard for Binary Floating-Point Arithmetic」と表されることもある。下式中、sは符号部、nnnは仮数部、eeeは指数部である。なお、指数部eee には固定値であるバイアス値「+127」が加算される。
【数１】
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【００２４】
また、本実施形態では、IEEE 浮動小数点数演算標準の交換形式として、図3に示すように、32ビットに浮動小数点数の数値を格納する32ビット単精度を用い、符号を最上位の1ビットに割り当て、指数部eeeを続く8ビットに割り当て、仮数部nnn を下位の23ビットに割り当てる。なお、不足する桁には配置の右側（下位）のビットに「0」を配置し、全体として32ビットのデータを得る。
【００２５】
次に、制御部30は、仮数部nnn を用いて指数部eeeを暗号化し、暗号化測定データとして暗号化振動値を生成する（ステップS6）。この場合、本実施形態においては、まず配列された32ビットのデータを符号部s、指数部eee及び一部の仮数部nnnから構成される上位の16ビットと、残余の仮数部nnnから構成される下位の16ビットに分けて把握する。上位の16ビットが本実施形態における第1ビット群であり、下位の16ビットが本実施形態における第2ビット群である。
【００２６】
そして、下位の16ビットの数値を用いて上位の16ビットの数値を暗号化する。本実施形態では、排他的論理和を用いて暗号化する。こうして暗号化された上位の16ビットの数値を取得し、これに下位の16ビットの数値をそのまま付加して、32ビットの暗号化振動値c2を生成する。なお、下位の16ビットの数値は暗号化せずそのまま付加しているが、下位の部分は端数部分であるため秘匿性に問題はない。
【００２７】
この後、制御部30は通信部34を介して暗号化振動値c2を送信する（ステップS8）。本実施形態においては、制御部30は、温度値a1についても、上記と同様の処理を経て暗号化温度値c1を生成し通信部34を介して送信する。なお、温度値a1については暗号化せずに、そのまま送信することもできる。
【００２８】
これらの暗号化温度値c1、暗号化振動値c2は、コントローラ6を通じて端末機8に取り込まれる。そして、端末機8は復号処理を実行し、温度値a1及び振動値a2を得る。復号に際し、32ビットの数値を分けた上、下位の16ビットを用いて上位の16ビットを暗号化していることを前提とするため、測定データの秘匿性は確保される。
【００２９】
また、温度値a1、振動値a2のそれぞれについて、単一の測定データの中で暗号化を実現するものであり、たとえば温度値a1を用いて振動値a2を暗号化するという形式ではないため、復号の際、復号に必要な温度値a1と振動値a2との組み合わせの乱れ等によって復号できないという事態が生じることはなく、確実に復号することが可能である。
【００３０】
［第2の実施形態］
次に、本願に係る暗号化システム及び暗号化方法の第2の実施形態を説明する。基本的な構成は第1の実施形態と同様である。前述の第1の実施形態における暗号化処理を行った場合、対象となる測定データの数値によっては、浮動小数点数に変換したとき仮数部nnnに配列される数値の多くが「0」になることがある。このような場合、図2のステップS6で暗号化しても高い秘匿性を確保できない。
【００３１】
このため、本実施形態では、仮数部nnnに所定の固定値x1を加算した上で前述の第1の実施形態におけるステップS6（図2）の暗号化処理を実行する。すなわち、固定値x1を加算した仮数部nnnを用いて、図3に示すように指数部eeeを含んだ上位の16ビットの数値を暗号化した上で通信部34からフィールドバス10を介して暗号化されたデータを送信する。そして、複合に際しては、固定値x1を減算して仮数部nnnを得る。
なお、測定データ（温度値a1又は振動値a2）を取得した段階で所定の固定値x2を加算し、これを浮動小数点数に変換して秘匿性を確保してもよい。
【００３２】
［その他の実施形態］
前述の各実施形態においては、仮数部nnnから構成される下位の16ビットの数を用いて、符号部s、指数部eee及び一部の仮数部nnnから構成される上位の16ビットの数を暗号化したが、逆に上位の16ビットを用いて下位の16ビットを暗号化してもよい。
【００３３】
また、前述の実施形態においては、暗号化にあたって排他的論理和を用いたが（図2、ステップS6）、他の論理演算を用いて暗号化してもよい。
【符号の説明】
【００３４】
5：センサ    21：温度計    22：振動計    30：制御部
a1：温度値    a2：振動値    c1：暗号化温度値    c2：暗号化振動値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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