(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車に搭載される車上装置であって、
地上側と無線通信を行う車上側無線通信部と、
前記無線通信のデータを暗号化又は復号化する車上側地車間通信セキュリティ部とを備え、
前記車上側地車間通信セキュリティ部は、
前記無線通信のデータの暗号化又は復号化を行う秘密鍵番号が付された複数の秘密鍵を保持する車上側秘密鍵保持部と、
前記列車に固有の第１の情報と前記列車の走行にともなって変化する第２の情報とを含む列車情報により算出した秘密鍵番号を用いて前記車上側秘密鍵保持部から１つの秘密鍵を選択する車上側秘密鍵選択部と、
前記車上側秘密鍵選択部が選択した１つの秘密鍵を用いて前記無線通信のデータの暗号化又は復号化を行う車上側暗号復号化処理部とを備えることを特徴とする車上装置。
【請求項２】
列車に搭載される車上装置と無線通信を行う地上データ管理装置であって、
前記車上装置と無線通信を行う地上側無線通信部と、
前記無線通信のデータを暗号化又は復号化する地上側地車間通信セキュリティ部とを備え、
前記地上側地車間通信セキュリティ部は、
前記無線通信のデータの暗号化又は復号化を行う秘密鍵番号が付された複数の秘密鍵を保持する地上側秘密鍵保持部と、
前記列車に固有の第１の情報と前記列車の走行にともなって変化する第２の情報とを含む列車情報により算出した秘密鍵番号を用いて前記地上側秘密鍵保持部から１つの秘密鍵を選択する地上側秘密鍵選択部と、
前記地上側秘密鍵選択部が選択した１つの秘密鍵を用いて前記無線通信のデータの暗号化又は復号化を行う地上側暗号復号化処理部とを備えることを特徴とする地上データ管理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の車上装置と請求項２に記載の地上データ管理装置とを備えることを特徴とする地車間通信セキュリティシステム。
【請求項４】
列車に搭載される車上装置が地上側に設置された地上データ管理装置と無線通信を行う地車間通信方法であって、
前記車上装置が、
前記無線通信のデータの暗号化又は復号化を行う秘密鍵番号が付された複数の秘密鍵を保持するステップと、
前記列車に固有の第１の情報と前記列車の走行にともなって変化する第２の情報とを含む列車情報により算出した秘密鍵番号を用いて前記複数の秘密鍵のなかから１つの秘密鍵を選択するステップと、
選択された前記秘密鍵を用いて前記無線通信のデータの暗号化又は復号化を行うステップとを含むことを特徴とする地車間通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車の車上側と地上側との間で行う通信のセキュリティ性を確保する車上装置、地上データ管理装置、地車間通信セキュリティシステム及び地車間通信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車上側と地上側との間で行う無線通信には、通信キャリアが提供する閉域網通信サービスを用いることで、地車間通信のセキュリティが確保されていたが、この閉域網通信サービスは、公衆無線回線に比べて高額であり、運用コストが高い。そこで、閉域網に代えて公衆無線回線を用いることが考えられるが、公衆無線回線は、インターネットを利用するユーザで共有しているため、地車間通信においては、通信データに対するセキュリティ上の脅威が存在する。そこで、公衆無線回線を用いる場合には、インターネットＶＰＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｐｒｉｖａｔｅ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）をはじめとする手法により暗号化してからデータ通信を行うべきである。しかしながら、インターネットＶＰＮでは特定の１つの秘密鍵を使い続けると、セキュリティ上の脅威への効果が薄れてしまう。【０００３】
従来技術の一例である特許文献１には、列車毎に異なる秘密鍵を用いる列車制御システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３７５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の従来技術によれば、列車毎に異なる秘密鍵を用いるものの、依然として各列車においては予め配布された１つの特定の鍵を用いて暗号化処理及び復号化処理を行っている。そのため、地車間通信に公衆無線回線を用いる場合には、要求されるセキュリティ性を確保することが依然として困難である、という問題があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、公衆無線回線においても高いセキュリティ性を確保することが可能な車上装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、列車に搭載される車上装置であって、地上側と無線通信を行う車上側無線通信部と、前記無線通信のデータを暗号化又は復号化する車上側地車間通信セキュリティ部とを備え、前記車上側地車間通信セキュリティ部は、前記無線通信のデータの暗号化又は復号化を行う秘密鍵番号が付された複数の秘密鍵を保持する車上側秘密鍵保持部と、前記列車に固有の第１の情報と前記列車の走行にともなって変化する第２の情報とを含む列車情報により算出した秘密鍵番号を用いて前記車上側秘密鍵保持部から１つの秘密鍵を選択する車上側秘密鍵選択部と、前記車上側秘密鍵選択部が選択した１つの秘密鍵を用いて前記無線通信のデータの暗号化又は復号化を行う車上側暗号復号化処理部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、公衆無線回線においても高いセキュリティ性を確保することが可能な車上装置を得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態にかかる地車間通信セキュリティシステムの一構成例を示す図
【図２】図１に示す車上装置の一構成例を示す図
【図３】図１に示す地上データ管理装置の一構成例を示す図
【図４】図１に示す地車間通信セキュリティシステムにおいて、暗号化されたデータを、車上装置が地上データ管理装置に送信するときの一動作例を示すフローチャート
【図５】図１に示す地車間通信セキュリティシステムにおいて、地上データ管理装置が受信した暗号化されたデータを復号化するときの一動作例を示すフローチャート
【図６】図２に示す車上装置及び図３に示す地上データ管理装置を実現するハードウエアの一般的な一構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかる車上装置、地上データ管理装置、地車間通信セキュリティシステム及び地車間通信方法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。
【００１１】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかる地車間通信セキュリティシステムの一構成例を示す図である。図１に示す地車間通信セキュリティシステム４００は、列車に搭載された車上装置１００と、地上側に設置された地上データ管理装置２００とを備える。
【００１２】
車上装置１００が備える第１の車上側無線通信部１０１は、地上データ管理装置２００が備える第１の地上側無線通信部２０１との間で、第１の通信回線３０１を介して無線通信を行う。車上装置１００が備える第２の車上側無線通信部１０２は、地上データ管理装置２００が備える第２の地上側無線通信部２０２との間で、第２の通信回線３０２を介して無線通信を行う。
【００１３】
第１の通信回線３０１は、大容量のデータ通信を行うための公衆無線回線であり、第２の通信回線３０２にて送受信される地車間の送受信データの全てを送受信する。ここで、第１の通信回線３０１の通信速度の一例は、１Ｍｂｐｓ以上であればよいが、これに限定されるものではない。なお、第１の通信回線３０１は公衆無線回線であるため、通信時にデータの暗号化を行う。
【００１４】
第２の通信回線３０２は、最小限のデータ通信を行う小容量の閉域網の回線である。ここで、第２の通信回線３０２の通信速度の一例は、９．６ｋｂｐｓであるが、これに限定されるものではない。なお、第２の通信回線３０２は閉域網の回線であるため、通信時にデータの暗号化は行わない。
【００１５】
図２は、図１に示す車上装置１００の一構成例を示す図である。図２に示す車上装置１００は、第１の車上側無線通信部１０１と、第２の車上側無線通信部１０２と、車上側列車情報保持部１０３と、カード情報読取部１０４と、キロ程演算部１０５と、車上側地車間通信セキュリティ部１０６と、車上側データ記憶部１０７と、車上側データ送受信部１０８とを備える。
【００１６】
車上側列車情報保持部１０３は、列車情報、列車運行情報及び列車走行状態情報を保持し、始発駅の位置情報をキロ程演算部１０５に設定する。
【００１７】
なお、列車情報は、列車の現在のキロ程及び列車番号をはじめとする列車に固有の情報を含む。また、列車運行情報は、列車の走行予定経路、走行位置、前方駅、後方駅、次駅着番線及び時刻情報を含む情報である。また、列車走行状態情報は、列車情報を含む。
【００１８】
カード情報読取部１０４は、車上装置１００が搭載された列車の運転台に設けられており、運転士によりセットされたカードから走行予定経路を含む列車運行情報を読み取り、車上側列車情報保持部１０３に格納する。
【００１９】
キロ程演算部１０５は、列車に搭載された、図示しない速度発電機からのパルス信号を積算し、車上側列車情報保持部１０３が設定した始発駅の位置情報を始点として列車の現在のキロ程を演算し、演算結果を車上側列車情報保持部１０３に格納する。
【００２０】
車上側データ記憶部１０７は、列車が有する複数の機器の状態情報である車両状態データを収集して記憶する。車上側データ送受信部１０８は、第２の車上側無線通信部１０２からデータを取得して車上側地車間通信セキュリティ部１０６に対してデータの復号化を要求し、又は車上側データ記憶部１０７からデータを取得して車上側地車間通信セキュリティ部１０６に対してデータの暗号化を要求する。なお、車両状態データは、列車情報、列車運行情報及び列車走行状態情報を含み、走行時に変化しない列車長及び車両に搭載された機器のＩＤ情報も含むデータである。
【００２１】
車上側地車間通信セキュリティ部１０６は、車上側秘密鍵選択部１６１と、車上側秘密鍵保持部１６２と、車上側暗号復号化処理部１６３とを備え、車上側データ送受信部１０８からの要求に応じてデータの暗号化又は復号化を行う。車上側秘密鍵選択部１６１は、車上側列車情報保持部１０３から現在のキロ程及び列車番号をはじめとする当該列車に固有の列車情報を取得し、この列車情報に対応した１つの秘密鍵を車上側秘密鍵保持部１６２から選択して取得する。車上側秘密鍵保持部１６２は、データの暗号化又は復号化に用いる複数の秘密鍵を保持する。車上側暗号復号化処理部１６３は、車上側データ送受信部１０８からの要求に応じて、車上側秘密鍵選択部１６１が選択した秘密鍵を用いて、データの暗号化又は復号化を行う。なお、複数の秘密鍵の各々には秘密鍵番号が付されており、秘密鍵番号が決まれば選択される１つの秘密鍵が決定される。また、車上側秘密鍵選択部１６１は、列車情報から算出した値とこの秘密鍵番号とを対応させるテーブルを保持しているものとする。
【００２２】
図３は、図１に示す地上データ管理装置２００の一構成例を示す図である。図３に示す地上データ管理装置２００は、第１の地上側無線通信部２０１と、第２の地上側無線通信部２０２と、地上側列車情報保持部２０３と、地上側地車間通信セキュリティ部２０６と、地上側データ記憶部２０７と、地上側データ送受信部２０８とを備える。
【００２３】
地上側列車情報保持部２０３は、列車情報、列車運行情報及び列車走行状態情報を保持する。
【００２４】
地上側データ記憶部２０７は、各列車の車両状態データを記憶する。地上側データ送受信部２０８は、第２の地上側無線通信部２０２からデータを取得して地上側地車間通信セキュリティ部２０６に対してデータの復号化を要求し、又は地上側データ記憶部２０７からデータを取得して地上側地車間通信セキュリティ部２０６に対してデータの暗号化を要求する。
【００２５】
地上側地車間通信セキュリティ部２０６は、地上側秘密鍵選択部２６１と、地上側秘密鍵保持部２６２と、地上側暗号復号化処理部２６３とを備え、地上側データ送受信部２０８からの要求に応じてデータの暗号化又は復号化を行う。地上側秘密鍵選択部２６１は、地上側列車情報保持部２０３から各列車に固有の列車情報を取得し、この列車情報に対応した１つの秘密鍵を地上側秘密鍵保持部２６２から選択して取得する。地上側秘密鍵保持部２６２は、データの暗号化又は復号化に用いる複数の秘密鍵を保持する。地上側暗号復号化処理部２６３は、地上側データ送受信部２０８からの要求に応じて、地上側秘密鍵選択部２６１が選択した秘密鍵を用いてデータを暗号化又は復号化する。
【００２６】
図４は、図１に示す地車間通信セキュリティシステム４００において、暗号化されたデータを、車上装置１００が地上データ管理装置２００に送信するときの一動作例を示すフローチャートである。列車の図示しない車両電源が加圧されると処理を開始し、まず、車上側データ送受信部１０８は、車上側データ記憶部１０７から車両状態データを取得する（Ｓ１１）。
【００２７】
次に、車上側データ送受信部１０８は、車上側暗号復号化処理部１６３に対し、車両状態データの暗号化を要求する（Ｓ１２）。
【００２８】
暗号化を要求された車上側暗号復号化処理部１６３は、車上側秘密鍵選択部１６１へ暗号化用の秘密鍵を要求する（Ｓ１３）。なお、暗号化用の秘密鍵は、暗号鍵とも呼ばれる。
【００２９】
暗号化用の秘密鍵を要求された車上側秘密鍵選択部１６１は、車上側列車情報保持部１０３から列車走行状態情報を取得する（Ｓ１４）。
【００３０】
列車走行状態情報を取得した車上側秘密鍵選択部１６１は、列車走行状態情報から秘密鍵番号を算出する（Ｓ１５）。ここで、秘密鍵番号の算出には、対象の列車に固有の列車情報を用いる。秘密鍵番号の算出方法の例については後述する。
【００３１】
秘密鍵番号を算出した車上側秘密鍵選択部１６１は、算出した秘密鍵番号に合致した鍵情報を車上側秘密鍵保持部１６２から取得して車上側暗号復号化処理部１６３に渡す（Ｓ１６）。
【００３２】
車上側暗号復号化処理部１６３は、車上側秘密鍵保持部１６２から取得した鍵情報を用いて車両状態データを暗号化する（Ｓ１７）。
【００３３】
次に、第２の車上側無線通信部１０２は、鍵選択時の列車走行状態情報と暗号化されたデータとを第２の地上側無線通信部２０２へ送信して（Ｓ１８）処理を終了する。なお、ここで、鍵選択時は暗号化要求時である。
【００３４】
図５は、図１に示す地車間通信セキュリティシステム４００において、地上データ管理装置２００が受信した暗号化されたデータを復号化するときの一動作例を示すフローチャートである。列車の図示しない車両電源が加圧されると処理を開始し、まず、地上側データ送受信部２０８は、第２の地上側無線通信部２０２から暗号化されたデータと鍵選択時の列車走行状態情報とを取得する（Ｓ２１）。
【００３５】
暗号化されたデータを取得した地上側データ送受信部２０８は、地上側暗号復号化処理部２６３に対し、暗号化されたデータの復号化を要求する（Ｓ２２）。
【００３６】
復号化を要求された地上側暗号復号化処理部２６３は、地上側秘密鍵選択部２６１へ復号化用の秘密鍵を要求する（Ｓ２３）。なお、復号化用の秘密鍵は、復号鍵とも呼ばれる。
【００３７】
復号化用の秘密鍵を要求された地上側秘密鍵選択部２６１は、地上側データ送受信部２０８から暗号化時の列車走行状態情報を取得する（Ｓ２４）。
【００３８】
暗号化時の列車走行状態情報を取得した地上側秘密鍵選択部２６１は、取得した列車走行状態情報から秘密鍵番号を算出する（Ｓ２５）。ここで、秘密鍵番号の算出方法は、Ｓ１５と同様であり、後述する。
【００３９】
秘密鍵番号を算出した地上側秘密鍵選択部２６１は、秘密鍵番号に合致した鍵情報を地上側秘密鍵保持部２６２から取得して地上側暗号復号化処理部２６３に渡す（Ｓ２６）。
【００４０】
地上側暗号復号化処理部２６３は、地上側秘密鍵保持部２６２から取得した鍵情報を用いて暗号化されたデータを復号化する（Ｓ２７）。
【００４１】
次に、地上側データ送受信部２０８は、復号化されたデータを地上側データ記憶部２０７に格納して（Ｓ２８）処理を終了する。
【００４２】
図４，５に示すように、対象の列車に固有の列車情報を用いて秘密鍵を選択することで、公衆無線回線においても高いセキュリティ性を確保することが可能である。なお、図４，５においては車上装置１００にて暗号化し、地上データ管理装置２００にて復号化しているが、地上データ管理装置２００にて暗号化し、車上装置１００にて復号化する場合も同様である。
【００４３】
ここで、上記した秘密鍵番号の算出方法について例示する。第１の方法としては、走行中の現在のキロ程を秘密鍵候補数で割り、その余りｎ１を算出して秘密鍵番号ｎ１の秘密鍵を選択する方法を例示することができる。第２の方法としては、列車番号を秘密鍵候補数で割り、その余りｎ２を算出して秘密鍵番号ｎ２の秘密鍵を選択する方法を例示することができる。第３の方法としては、列車番号と編成番号の合計値を秘密鍵候補数で割り、その余りｎ３を算出して秘密鍵番号ｎ３の秘密鍵を選択する方法を例示することができる。第４の方法としては、１６進数で表される、現在走行中のひとつ前の駅である後方駅コードを秘密鍵候補数で割り、その余りｎ４を算出して秘密鍵番号ｎ４の秘密鍵を選択する方法を例示することができる。第５の方法としては、１６進数で表される、現在走行中のひとつ先の駅である前方駅コードに到着駅番線番号を加算した数値を秘密鍵候補数で割り、その余りｎ５を算出して秘密鍵番号ｎ５の秘密鍵を選択する方法を例示することができる。又は、全号車の室内温度の加算値又は全号車の乗車率の加算値を母数として上記と同様に秘密鍵番号を算出してもよい。
【００４４】
図６は、図２に示す車上装置１００及び図３に示す地上データ管理装置２００を実現するハードウエアの一般的な一構成例を示す図である。図６に示すハードウエア５００は、プロセッサ５０１と、メモリ５０２と、通信部５０３と、入力部５０４とを備え、プロセッサ５０１は、メモリ５０２又は通信部５０３からのデータを用いてソフトウエアによる演算及び制御を行う。メモリ５０２は、プロセッサ５０１が演算及び制御を行うに際して必要なデータ及びソフトウエアを記憶する。通信部５０３は、外部のハードウエアとの間で無線通信によりデータの送受信を行う。入力部５０４は、ハードウエア５００へのデータの入力を行う。
【００４５】
第１の車上側無線通信部１０１、第２の車上側無線通信部１０２、第１の地上側無線通信部２０１、第２の地上側無線通信部２０２、車上側データ送受信部１０８及び地上側データ送受信部２０８は、通信部５０３により実現される。
【００４６】
また、車上側列車情報保持部１０３、車上側データ記憶部１０７、車上側秘密鍵保持部１６２、地上側列車情報保持部２０３、地上側データ記憶部２０７及び地上側秘密鍵保持部２６２は、メモリ５０２により実現される。
【００４７】
また、キロ程演算部１０５、車上側秘密鍵選択部１６１、車上側暗号復号化処理部１６３、地上側秘密鍵選択部２６１及び地上側暗号復号化処理部２６３は、プロセッサ５０１及びメモリ５０２により実現される。
【００４８】
また、カード情報読取部１０４は、入力部５０４により実現される。なお、プロセッサ５０１、メモリ５０２及び通信部５０３は、各々複数設けられていてもよい。
【００４９】
本実施の形態によれば、公衆無線回線を用いた場合であっても、高いセキュリティ性を確保することが可能である。そのため、閉域網である第１の通信回線３０１では最小限のデータ通信のみを行い、その他のデータ通信は、公衆無線回線である第２の通信回線３０２を用いて行うことが可能となり、閉域網によるデータ通信量を大幅に削減することが可能であるため運用コストを大幅に抑えることができる。
【００５０】
なお、本発明は、車上装置１００、地上データ管理装置２００及び地車間通信セキュリティシステム４００のみならず、列車に搭載される車上装置１００と地上側に設置された地上データ管理装置２００とが無線通信を行う地車間通信方法も本発明に含まれる。本発明の地車間通信方法は、無線通信時に、列車に固有の列車情報により算出した秘密鍵番号を用いて１つの秘密鍵を選択するステップと、選択された秘密鍵を用いて無線通信のデータの暗号化又は復号化を行うステップとを含むものである。
【００５１】
なお、本発明において、車上装置の構成は図２に示す構成に限定されず、カード情報読取部１０４に代えて、走行予定記録部が設けられていてもよい。
【００５２】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１００  車上装置、１０１  第１の車上側無線通信部、１０２  第２の車上側無線通信部、１０３  車上側列車情報保持部、１０４  カード情報読取部、１０５  キロ程演算部、１０６  車上側地車間通信セキュリティ部、１０７  車上側データ記憶部、１０８  車上側データ送受信部、１６１  車上側秘密鍵選択部、１６２  車上側秘密鍵保持部、１６３  車上側暗号復号化処理部、２００  地上データ管理装置、２０１  第１の地上側無線通信部、２０２  第２の地上側無線通信部、２０３  地上側列車情報保持部、２０６  地上側地車間通信セキュリティ部、２０７  地上側データ記憶部、２０８  地上側データ送受信部、２６１  地上側秘密鍵選択部、２６２  地上側秘密鍵保持部、２６３  地上側暗号復号化処理部、３０１  第１の通信回線、３０２  第２の通信回線、４００  地車間通信セキュリティシステム、５００  ハードウエア、５０１  プロセッサ、５０２  メモリ、５０３  通信部、５０４  入力部。
【図１】
0006479262.tif 000002
【図２】
0006479262.tif 000003
【図３】
0006479262.tif 000004
【図４】
0006479262.tif 000005
【図５】
0006479262.tif 000006
【図６】
0006479262.tif 000007