(57)【要約】モニタリングシステムは、それぞれのプライマリタスクを実行する複数の装置を有するシステムをモニタする。モニタリングのために、それぞれの装置は、非周期的で確率的な動作を有する有限状態マシン（ＦＳＭ）を有する。モニタリングシステムは、ＦＳＭの動作をソフトウェアにおいてシミュレートする。それぞれの時間ステップ後にＦＳＭにより想定される状態と、それぞれの時間ステップ後にシミュレーションにより想定される状態との相違は、ネットワークの保全性に関する故障、又は侵害を示す。主システムのようなハッキングは、検出されることなしに実際には不可能である。それぞれの装置は、計算リソースを有している。ウィルスが利用可能な計算環境を減少するために、ＦＳＭの複雑さを動的に増加することにより、リソースのアイドルタイムが吸収される。
2004510240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の装置を有する主システムと、
前記主システムの動作をシミュレートするためのシミュレータとを備え、
前記主システムをモニタするために、前記シミュレータにより計算された結果に関して、前記主システムにより供給される結果を評価する、
モニタリングシステム。
【請求項２】
前記複数の装置のそれぞれは、時間ステップ当り、引数を有する数学関数のそれぞれに従う、前記有限状態マシンのうちの少なくとも別の１つにより前の時間ステップで計算される数量の値を計算する有限状態マシンのそれぞれを備え、
前記有限状態マシンのそれぞれにより計算された前記数量により、前記値の履歴のそれぞれが想定され、
前記時間ステップで、前記複数の装置のそれぞれのメモリに存在するコンテンツにより、制御コードのそれぞれが決定され、
前記数学的関数のそれぞれは、前記数量が確率的な振る舞いを想定するように設定される、
請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記複数の装置のそれぞれは、計算リソースのそれぞれを有し、前記計算リソースのそれぞれを使用してプライマリタスクのそれぞれを実行し、
前記複数の装置のそれぞれは、前記プライマリタスクのそれぞれに依存して、前記計算リソースのそれぞれの可用性を減少するためのセカンダリタスクのそれぞれを実行する、
請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記複数の装置のそれぞれは、計算リソースのそれぞれを有し、前記計算リソースのそれぞれを使用してプライマリタスクのそれぞれを実行し、
前記複数の装置のそれぞれは、前記プライマリタスクのそれぞれのための前記計算リソースの使用に依存して、前記計算リソースのそれぞれの可用性を減少するためのセカンダリタスクのそれぞれを実行し、
前記セカンダリタスクのそれぞれは、前記履歴のそれぞれのレングスを適合することを使用して前記数量を計算することを含む、
請求項２記載のシステム。
【請求項５】
複数の装置を有する主システムを保護することを可能にする方法であって、
前記主システムの動作をシミュレートするステップと、
前記シミュレートするステップにより計算された結果に関して、前記主システムにより供給される結果を評価するステップと、
を備える方法。
【請求項６】
前記複数の装置のそれぞれは、時間ステップ当り、引数を有する数学関数のそれぞれに従う数量の値を計算する有限状態マシンのそれぞれを備え、
前記数量の値は、前記有限状態マシンのうちの少なくとも別の１つにより前の時間ステップで計算され、
前記有限状態マシンのそれぞれにより計算された前記数量により、前記値の履歴のそれぞれが想定され、
前記時間ステップで、前記複数の装置のそれぞれのメモリに存在するコンテンツにより、制御コードのそれぞれが決定され、
前記数学的関数のそれぞれは、前記数量が確率的な振る舞いを想定するように設定される、
請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記複数の装置のそれぞれが、計算リソースのそれぞれを有し、前記計算リソースのそれぞれを使用してプライマリタスクのそれぞれを実行するステップと、
前記複数の装置のそれぞれが、前記プライマリタスクのそれぞれに依存して、前記計算リソースのそれぞれの可用性を減少するためのセカンダリタスクのそれぞれを実行することを可能にするステップとを備える、
請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記複数の装置のそれぞれが、計算リソースのそれぞれを有し、前記計算リソースのそれぞれを使用してプライマリタスクのそれぞれを実行するステップと、
前記複数の装置のそれぞれが、前記プライマリタスクのそれぞれに依存して、前記計算リソースのそれぞれの可用性を減少するためのセカンダリタスクのそれぞれを実行することを可能にするステップとを備え、
前記セカンダリタスクのそれぞれは、前記履歴のそれぞれのレングスを適合することを使用して前記数量を計算するステップを含む、
請求項６記載の方法。
【請求項９】
プライマリタスクを実行するための計算リソースを有し、前記計算リソースの保全をモニタすることを可能にするための、前記プライマリタスクの実行に無関係な有限状態マシンを備える装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、分散機能を有する電子システムに侵入しようとするウィルス及びハッカーに対するセキュリティ手段に関する。本発明は、特に、排他するものではないが、ホームネットワーク環境に関する。
【０００２】
［発明の背景］
コンピュータシステム及びネットワークのセキュリティは、ハッカー及びコンピュータウィルスにより疑問視されている。
用語「ハッキング」は、別の機関のコンピュータシステム又はネットワークへの許可されていないアクセスを得るための試みを言及するために口語的に使用されることがある。全てのハッカーが悪意の目的を有してはいないが、かかるセキュリティ侵害は、電子情報の無断借用又は破壊、或いはシステムの破壊に繋がる場合には、深刻な結果を招く可能性がある。
【０００３】
ウィルスは、コンピュータシステムにロードされ、ウィルスについてユーザが知ることなしに実行されるコードからなる部分である。ウィルスの典型的な例は、それ自身が繁殖するプログラムである。かかるウィルスの可能性のある危険は、ウィルスが全ての利用可能なメモリを即座に占有し、システムを停止させてしまうことである。ウィルスがネットワークにわたってそれ自身トレイニングすることが可能で、セキュリティシステムをバイパスすることが可能である場合には、被害が拡がる可能性がある。
【０００４】
ホームネットワーク及びホームゲートウェイの出現により、ハッカー及びウィルスに対するセキュリティは、家庭環境における消費者の関心事になってきている。ホームネットワークは、制御ネットワーク及び／又は通信ネットワークにおいて装置を結合する。また、これらのネットワークは、インターネットアクセスを提供し、無線モデムを介して移動ユーザをカバーしており、したがって、家庭は、外部からの許可されていない電子的なアクセスにさらされる。
【０００５】
［発明の概要］
本発明は、とりわけ、このセキュリティ問題に対する解決策を提供するものである。より詳細には、本発明は、たとえば、ホームネットワークを形成するインタラクティブな装置又は機器からなるクラスタを備える分散情報処理システムを考慮する。装置又は機器は、クラスタの保全性をモニタする目的で有限状態マシン（ＦＳＭ）を搭載している。
【０００６】
システムは、クラスタのＦＳＭのシミュレータを実行する制御サーバを有している。それぞれの装置のＦＳＭは、時間ステップ当り、前のステップにおける他の装置のＦＳＭの値、（たとえば、装置のメモリの内容及びＩ／Ｏメッセージバッファの内容に基づいた）それぞれの装置の内部状態、及び前の値の履歴に依存する、それぞれの数値的な値を計算する。
【０００７】
この数学的な関係は、ＦＳＭの集合体が動的かつ非周期的な確率プロセスを形成するように、ＦＳＭの集合体を動作させるように選択される。シミュレータは、サーバ上で同様に動作する。シミュレータ及び装置のＦＳＭの結果は、同じである筈である。ミスマッチに応じて、警報が生成される。
【０００８】
システムのセキュリティは、システムをハッキングすることができるために、ハッカーは、ある所定のステップで、全てのＦＳＭの値のスナップショットを有し、履歴を考慮したステップの値を集め、それぞれの装置の内部状態になる必要がある。全てのこれらの操作は、１つの時間ステップで実行される必要があり、複雑な計算タスクにして、システムの分散特性により実際に不可能にしている。
【０００９】
追加的な手段は、考慮される前の状態の数を最大にすることにより、完全な１００％について、装置当りのＣＰＵの計算時間を数値の計算に割当てることである。計算時間について必要が存在する場合、前の状態の数が減少される。ウィルスは、アクティブになる処理環境を必要とする。ＣＰＵを完全に占有することにより、ウィルスが落ち着くための利用可能な計算環境が存在しない。
【００１０】
本発明は、ホームコントロールネットワークで使用することができる。ここで、機器は、簡単なプロセッサを有してＦＳＭの数値を生成する。
本発明は、添付図面を参照して、例を通して、以下に更に詳細に説明される。
【００１１】
［発明の実施の形態］
多くの異なる状況において、技術的なシステムの動作をモニタして、システムの動作に関する保全性、セキュリティ及び正確さを保証する必要がある。以下に考慮されるシステムのタイプは、装置の分散ネットワークとして実現されるシステムである。装置は、ＣＰＵベースのコントローラを有しており、情報の交換が可能である。システムの動作は、ＦＳＭ又は拡張された有限状態マシン（ＥＦＳＭ）のネットワークの動作として考えられる。
【００１２】
ＥＦＳＭは、ローカルの制約又はローカルデータ変数を有するＦＳＭである。ＦＳＭの後にモデル化することができるシステムの例は、産業オートメーション及び制御システム、ホームネットワーク、医療の生命維持装置等がある。
【００１３】
本発明が解決することを求める問題の１つには、自然的又は悪意的な影響により生じる場合がある故障の場合に警告を発生する制御及びセキュリティシステムをどのように構築すべきかである。本発明により向けられる別の問題は、不許可の再プログラミングハッキング及びソフトウェアウィルスの侵入をどのようにブロックすべきかである。
【００１４】
本発明者は、システムのプロテクション、ロバスト性及びセキュリティを強化するために個々に、又は組み合わせて適用することができる幾つかのセキュリティレイヤを提案する。以下の詳細な記載では、以下の定義が使用される。
【００１５】
システム“ＳＹＳＴＥＭ”は、モニタ及び防御されることを必要とする、考慮中の装置の集成体である。
装置“ＤＥＶＩＣＥ”は、ＣＰＵベースのコントローラを含む、システムの構成要素である。
装置状態情報“ＤＥＶＩＣＥ ＳＴＡＴＥ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ（ＤＳＩ）”は、装置のＩ／Ｏメッセージバッファを含む、装置のメモリにおけるあるルールにより計算された制御コードである。
制御サーバ“ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＥＲＶＥＲ”は、システムの動作をモニタし、警告を発生することが可能なシステムの外部のコンピュータである。
シミュレータ“ＳＩＭＵＬＡＴＯＲ”は、ＥＦＳＭからなる分散システムとしてシステムをシミュレートするシミュレーションソフトウェアである。
【００１６】
図１は、本発明におけるシステム１００のブロック図である。システム１００は、たとえば、ホームネットワークであるシステム（ＳＹＳＴＥＭ）１０２を備えている。システム１０２は、装置１０４，１０６，１０８を備えている。それぞれの装置１０４〜１０８は、それぞれのＦＳＭ１１０，１１２，１１４を有している。
【００１７】
システム１００は、ソフトウェアでシステム１０２の動作をシミュレートするシミュレータ（ＳＩＭＵＬＡＴＯＲ）１１８を実行する制御サーバ（ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＥＲＶＥＲ）１１６をさらに備えている。シミュレータ１１８の結果は、装置１０４〜１０８の状態と評価部１２０において比較され、相違の検出に応じて警告を発生する。
【００１８】
第１のセキュリティレイヤでは、シミュレータ１１８は、制御サーバ１１６で実行される。それぞれの時間ステップについて、それぞれの装置１０４〜１０８のＣＰＵは、関連する装置に関連されるそれぞれの装置状態情報ＤＳＩを計算する。この装置状態情報ＤＳＩは、シミュレータ１１８によりその装置について計算される対応する装置状態情報コードと比較される。これらの値の間のミスマッチは、動作の故障、又はシステム１０２の違法な再プログラミングを示唆するものである。
【００１９】
図２は、ＦＳＭを定義する数式である。値Ｘｋ（ｔ）は、この式に従い、それぞれの時間ステップ“ｔ”でのそれぞれの装置ＤＥＶＩＣＥ（ｋ）について計算される。
“ｔ”は、時間的な現在の瞬間である。
“ｋ”は、ＤＥＶＩＣＥ（ｋ）についてのインデックス又はラベルであり、装置の数がＭに等しいものとして、１からＭまで変化する。
“Ｓｋ”は、ＤＥＶＩＣＥ（ｋ）のＤＳＩである。
“Ｆｋ”は、Ｍ個の式からなるセットが確率的かつ非周期的な動的プロセスであるように選択される、数学的なベクトル関数の“ｋ”番目の成分である。
【００２０】
したがって、固定された“ｋ”についての値Ｘｋ（ｔ）は、前の時間ステップで取られた全ての装置の値Ｘ、ＤＥＶＩＣＥ（ｋ）のＤＳＩ、及びＤＥＶＩＣＥ（ｋ）についての値Ｘの履歴に依存する。考慮される履歴のレングスは、番号Ｎにより決定される。シミュレータ１１８は、同じ数式を使用して、それぞれの時間ステップにおいて全ての“ｋ”について、これらの値Ｘｋ（ｔ）を計算する。装置１０４〜１０８により計算されるような、それぞれの時間ステップでの値Ｘｋ（ｔ）は、シミュレータ１１８により計算されるような値Ｘｋ（ｔ）と比較される。相違は、システム１０２の保全性が侵されていることを示唆する。
【００２１】
装置１０４〜１０８のいずれかを再プログラムするために、又は幾つか余分なコマンドをシステム１０２に直接及び有効に発生するために、ウィルス又はハッカーは、システムの１０２の全ての装置１０４〜１０８に通過しなければならず、全ての装置１０４〜１０８について必要とされる履歴Ｘｋ（ｔ−１），Ｘｋ（ｔ）を集めなければならない。
【００２２】
図２の式からなるセットにより与えられるモデルの発展に関する確率的な性質により、全てのこれらの操作は、１つの時間ステップの間に実行されるべきである。これにより、システム１０２に妨害する検出されないハッキングは、技術的及び計算的に非常に複雑なタスクとなる。
【００２３】
コンピュータウィルスは、秘匿及び模倣といった行為を含むそのタスクを実行するために、少なくとも１つの装置１０４〜１０８からのＣＰＵリソースを必要とする。したがって、本発明者は、ウィルスにとって適した環境を作ることを防止するために、ＣＰＵのアイドリングを減少又は除去することを提案する。このことは、たとえば、以下のように行うことができる。
【００２４】
はじめに、すなわち、時間ｔ＝０で、システム１０２は、図２で説明されたような式がロードされ、これにより、装置のプライマリタスクについて必要とされるＣＰＵリソース以外の、それぞれの装置の全ての余分なＣＰＵリソースを要する。これは、たとえば、履歴のレングス又は考慮される反復を決定する量Ｎを増加することによる動的プロセスの計算上の複雑さを増加することにより行うことができる。
【００２５】
システム１０２の動作的な使用の間に、装置が追加のＣＰＵパワーを必要とする場合、適切なスケジューリングアルゴリズムの制御下で、番号Ｎが動的に減少される。これらの操作は、制御サーバ１１６と同様にシステム１０２で実行される。これにより、確率プロセスに関する計算された値と動作的な値の間の整合が保存される。したがって、シミュレータ１１８は、これらの更新１２２に関して通知され、この整合性を維持する。
【００２６】
制御サーバ１１６は、たとえば、家庭のようなシステム１０２と同じ地理的な環境において信頼することができ、良好にプロテクトされる装置とすることができる。代替的に、制御サーバ１１６は、信頼される機関のリモートサーバである場合がある。
【００２７】
纏めると、本発明者は、複数の装置からなる主システムをソフトウェアでシミュレートし、実際の装置の動作をシミュレーションに関して評価し、システムの動作の違法性を検出することを提案する。この装置は、ＦＳＭを有している。確率的な式の離散セットが使用され、クロスバインド（ｃｒｏｓｓ−ｂｉｎｄ）状態及びインターデバイス（ｉｎｔｅｒ−ｄｅｖｉｃｅ）メッセージにする。これにより、主システムの制御コード値が予測及び前処理されることが不可能にされる。
また、ウィルスに対する計算上のリソースの可用性を最小にすることができる、アンチウィルス手段のような計算上の環境がつくられる。この環境は、アイドル状態の計算リソースを吸収するためのメカニズムとして、離散式からなるセットにおける繰返しの動的な可変深度の使用により実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明におけるモニタリングシステムを示すブロック図である。
【図２】
ＦＳＭを表す数式である。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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2004510240.tif 000005
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2004510240.tif 000007
2004510240.tif 000008
2004510240.tif 000009
2004510240.tif 000010
2004510240.tif 000011
2004510240.tif 000012
2004510240.tif 000013
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004510240.tif 000014
【国際調査報告】
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2004510240.tif 000016
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