【手続補正書】
【提出日】平成23年4月20日(2011.4.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の保護制御計測を行う保護制御計測装置を含む複数の装置を伝送路で接続し、
これら複数の装置間でデータの授受を行う保護制御計測システムにおいて、
各装置は、
予め設定された設定数の鍵データを保存する鍵データ保存手段と、
送信目的の本体データと、前記鍵データ保存手段に保存された１つの鍵データとを使用して認証タグを生成する認証タグ生成手段と、
生成した認証タグをその生成に使用した本体データに付加して送信データとし、この送信データを前記伝送路に送信すると共に、前記伝送路からデータを受信して、この受信したデータを本体データと認証タグに分離する送受信手段と、
前記送受信手段により受信した受信データ中の本体データと認証タグ、および、前記鍵データ保存手段中に保存された鍵データを使用して受信データの正当性を認証する受信データ認証手段を備え、
情報量的観点に基づくセキュリティ方式として、前記認証タグ生成手段によって認証タグを生成する際に使用する鍵データを毎回変更する方式が採用されると共に、個々の鍵データを、前記保護制御計測装置の運用期間に応じて予め設定された設定期間内において予め設定された鍵データの繰り返し使用回数の上限を超えて使用しないという使用回数制限が採用され、
前記設定期間内における前記送信データの送信回数合計と前記鍵データの繰り返し使用回数の上限に応じて前記鍵データの前記設定数が決定され、この鍵データの設定数に応じて鍵データサイズが決定されることによって、運用開始時点で、前記鍵データ保存手段には、各々が前記鍵データサイズを有する前記設定数の鍵データが保存されている
ことを特徴とする保護制御計測システム。
【請求項２】
前記鍵データ保存手段中に保存された前記設定数の鍵データは、固定的に与えられた共通の固定鍵行列と、当該設定数の使い捨て鍵ベクトルとに分離されており、
前記認証タグ生成手段は、本体データのベクトルをｘ、固定鍵行列をＵ、使い捨て鍵ベクトルをｖとした場合に、認証タグベクトルｙを、以下のベクトル演算で求める
ことを特徴とする請求項１に記載の保護制御計測システム。
ｙ＝ｘＵ＋ｖ
【請求項３】
前記受信データ認証手段により受信データが不正なデータであると判定した場合に、この受信データを破棄する手段と、不正判定結果をセキュリティ情報として記録する手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の保護制御計測システム。
【請求項４】
前記鍵データ保存手段中には、前記設定数の鍵データと共に、個々の鍵データを一意に特定する同数の鍵識別情報が保存されており、
前記送受信手段は、生成された認証タグと共に、この認証タグの生成に使用した鍵データを特定する鍵識別情報を前記本体データに付加して送信データとするように構成され、
前記受信データ認証手段は、受信した受信データ中の鍵識別情報により特定される鍵データを使用して受信データの正当性を認証するように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の保護制御計測システム。
【請求項５】
不正な受信データが誤って正当と認証される確率を決定するために、鍵データおよび認証タグ生成アルゴリズムを利用者に設定させる手段を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の保護制御計測システム。
【請求項６】
前記鍵データ保存手段、認証タグ生成手段、送受信手段、受信データ認証手段を備えた前記装置の構成を有する複数の電気所の保護リレー装置を伝送路で接続し、各保護リレー装置により保護対象の電流、電圧サンプリングデータを他電気所の保護リレー装置と相互に送受信して電流差動演算を行う電流差動保護システムを構成する場合に、
各保護リレー装置は、
前記サンプリングデータを送信する際には、前記認証タグ生成手段により、送信目的の当該サンプリングデータと前記鍵データ保存手段に保存された１つの鍵データとを使用して認証タグを生成し、前記送受信手段により、生成した認証タグをその生成に使用したサンプリングデータに付加して送信データとし、
前記送受信手段によりデータを受信した際には、前記データ認証手段により、受信した受信データに含まれるサンプリングデータと認証タグ、および、前記鍵データ保存手段中に保存された鍵データを使用して受信データの認証を行い、正当な受信データである場合にのみそのサンプリングデータを使用して電流差動演算を行うように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の保護制御計測システム。
【請求項７】
各保護リレー装置は、前記受信データ認証手段により受信データが不正なデータであると判定した場合に、この受信データの値を零として電流差動演算を行うように構成されている
ことを特徴とする請求項６に記載の保護制御計測システム。
【請求項８】
各保護リレー装置は、前記受信データ認証手段により受信データが不正なデータであると判定した場合に、遮断器へのトリップ指令をロックするように構成されている
ことを特徴とする請求項６に記載の保護制御計測システム。
【請求項９】
前記鍵データ保存手段、認証タグ生成手段、送受信手段、受信データ認証手段を備えた前記装置の構成を有する複数の制御装置を伝送路で接続し、各制御装置により制御用コンピュータまたは他の制御装置からの制御指令を受信して被制御機器を制御する変電所制御システムを構成する場合に、
各制御装置は、
請求項１に記載の鍵データ保存手段、認証タグ生成手段、送受信手段、受信データ認証手段を備えており、
前記制御指令を送信する際には、前記認証タグ生成手段により、送信目的の当該制御指令と前記鍵データ保存手段に保存された１つの鍵データとを使用して認証タグを生成し、前記送受信手段により、生成した認証タグをその生成に使用した制御指令に付加して送信データとし、
前記送受信手段によりデータを受信した際には、前記データ認証手段により、受信した受信データ中の制御指令と認証タグ、および、前記鍵データ保存手段中に保存された鍵データを使用して受信データの認証を行い、正当な受信データである場合にのみその制御指令を使用して被制御機器を制御するように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の保護制御計測システム。
【請求項１０】
電力系統の保護制御計測を行うと共に、伝送路で接続された他の装置との間でデータの授受を行う保護制御計測装置において、
予め設定された設定数の鍵データを保存する鍵データ保存手段と、
送信目的の本体データと、前記鍵データ保存手段に保存された１つの鍵データとを使用して認証タグを生成する認証タグ生成手段と、
生成した認証タグをその生成に使用した本体データに付加して送信データとし、この送信データを前記伝送路に送信すると共に、前記伝送路からデータを受信して、この受信したデータを本体データと認証タグに分離する送受信手段と、
前記送受信手段により受信した受信データ中の本体データと認証タグ、および、前記鍵データ保存手段中に保存された鍵データを使用して受信データの正当性を認証する受信データ認証手段を備え、
情報量的観点に基づくセキュリティ方式として、前記認証タグ生成手段によって認証タグを生成する際に使用する鍵データを毎回変更する方式が採用されると共に、個々の鍵データを、前記保護制御計測装置の運用期間に応じて予め設定された設定期間内において予め設定された鍵データの繰り返し使用回数の上限を超えて使用しないという使用回数制限が採用され、
前記設定期間内における前記送信データの送信回数合計と前記鍵データの繰り返し使用回数の上限に応じて前記鍵データの前記設定数が決定され、この鍵データの設定数に応じて鍵データサイズが決定されることによって、運用開始時点で、前記鍵データ保存手段には、各々が前記鍵データサイズを有する前記設定数の鍵データが保存されている
ことを特徴とする保護制御計測装置。
【請求項１１】
電力系統の保護制御計測を行うと共に、伝送路で接続された他の装置との間でデータの授受を行う保護制御計測装置のデータ伝送方法において、
前記保護制御計測装置は、予め設定された設定数の鍵データを保存する鍵データ保存手段を備え、
前記保護制御計測装置によって、
送信目的の本体データと、前記鍵データ保存手段に保存された１つの鍵データとを使用して認証タグを生成する認証タグ生成処理と、
生成した認証タグをその生成に使用した本体データに付加して送信データとし、この送信データを前記伝送路に送信する送信処理と、
前記伝送路からデータを受信して、この受信したデータを本体データと認証タグに分離する受信処理と、
受信した受信データ中の本体データと認証タグ、および、前記鍵データ保存手段中に保存された鍵データを使用して受信データの正当性を認証する受信データ認証処理を行い、
情報量的観点に基づくセキュリティ方式として、前記認証タグ生成処理によって認証タグを生成する際に使用する鍵データを毎回変更する方式が採用されると共に、個々の鍵データを、前記保護制御計測装置の運用期間に応じて予め設定された設定期間内において予め設定された鍵データの繰り返し使用回数の上限を超えて使用しないという使用回数制限が採用され、
前記設定期間内における前記送信データの送信回数合計と前記鍵データの繰り返し使用回数の上限に応じて前記鍵データの前記設定数が決定され、この鍵データの設定数に応じて鍵データサイズが決定されることによって、運用開始時点で、前記鍵データ保存手段には、各々が前記鍵データサイズを有する前記設定数の鍵データが保存されている
ことを特徴とする保護制御計測装置のデータ伝送方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明は、電力系統の保護制御計測を行う保護制御計測装置を含む複数の装置を伝送路で接続し、これら複数の装置間でデータの授受を行う保護制御計測システムにおいて、各装置が、次のような技術的特徴を有するものである。すなわち、各装置は、予め設定された設定数の鍵データを保存する鍵データ保存手段と、送信目的の本体データと、前記鍵データ保存手段に保存された１つの鍵データとを使用して認証タグ(Authentication Tag)を生成する認証タグ生成手段と、生成した認証タグをその生成に使用した本体データに付加して送信データとし、この送信データを前記伝送路に送信すると共に、前記伝送路からデータを受信して、この受信したデータを本体データと認証タグに分離する送受信手段と、前記送受信手段により受信した受信データ中の本体データと認証タグ、および、前記鍵データ保存手段中に保存された鍵データを使用して受信データの正当性を認証する受信データ認証手段を備える。さらに、情報量的観点に基づくセキュリティ方式として、前記認証タグ生成手段によって認証タグを生成する際に使用する鍵データを毎回変更する方式が採用されると共に、個々の鍵データを、前記保護制御計測装置の運用期間に応じて予め設定された設定期間内において予め設定された鍵データの繰り返し使用回数の上限を超えて使用しないという使用回数制限が採用される。前記設定期間内における前記送信データの送信回数合計と前記鍵データの繰り返し使用回数の上限に応じて前記鍵データの前記設定数が決定され、この鍵データの設定数に応じて鍵データサイズが決定されることによって、運用開始時点で、前記鍵データ保存手段には、各々が前記鍵データサイズを有する前記設定数の鍵データが保存されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本実施形態においては、本発明の特徴である情報量的観点に基づくセキュリティ方式として、次のような鍵データ使用方式を採用した認証タグ生成アルゴリズムを使用する。すなわち、一つには、認証タグ生成手段１３によって認証タグを生成する際に使用する鍵データ２２を毎回変更する方式が採用される。これに加えて、個々の鍵データ２２を、保護制御計測装置１の運用期間などの予め設定された設定期間内において予め設定された設定回数（例えば２回）以上は使用しないという使用回数制限が採用される。すなわち、使用回数制限における「設定回数」は、「鍵データの繰り返し使用禁止回数の下限の設定回数」であり、この回数が「２回」であれば、「鍵データの繰り返し使用回数の上限」は「１回」となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
図４に示す鍵データテーブルは、送信目的の本体データとなる最大数「ｓ」個の送信目的データ「No.１」〜「No.ｓ」に対して、ｋ個の鍵データ「No.１」〜「No.ｋ」を用意した場合を示している。ここで、この鍵データテーブル中の鍵データの使用回数制限が、例えば、保護制御計測装置を運用開始してから、設定期間「２０年間」の間に設定回数「２回」以上は使用しない、という内容であるものとする。言い換えれば、使用回数制限は、「鍵データの繰り返し使用禁止回数の下限の設定回数が２回で、かつ、鍵データの繰り返し使用回数の上限が１回」、という内容であるものとする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
この使用回数制限を確実に守るためには、用意する鍵データの設定数ｋを事前に求めておく必要がある。ここで、用意する鍵データの設定数ｋは、運用期間の設定期間中に送信する「送信データの総数」、すなわち、「送信データの送信回数合計」に応じて容易に決定することができる。例えば、保護リレー装置の端子間データ授受において、相手端子に自端子の電流情報を６００Ｈｚ（５０Ｈｚ系統で電気角３０度）でサンプリングして６００Ｈｚで送る場合、設定期間「２０年間」中における送信データの送信回数合計は、次の式（１）で求められる。
600×60×60×24×365×20＝3.8×1011    …  （１）
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
この場合、用意する鍵データの数ｋを、この送信回数合計より大きく設定することにより、上記の使用回数制限「鍵データの繰り返し使用禁止回数の下限の設定回数が２回で、かつ、鍵データの繰り返し使用回数の上限が１回」を確実に守りながら、図４に示す鍵データテーブル中の鍵データを順次用いて認証タグを生成することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
このような認証タグ生成処理を行う場合に、予め準備しておく具体的な鍵データの数は、「設定期間中における送信データの送信回数合計」を、使用回数制限による「鍵データの繰り返し使用回数の上限」で割り算することによって、容易に決定することができる。すなわち、「鍵データの繰り返し使用回数の上限が１回」である場合には、「設定期間中における送信データの送信回数合計」を、「１」で割ることになるため、具体的な鍵データの数は、「送信回数合計」と同数以上であればよい。また、「鍵データの繰り返し使用回数の上限が２回」である場合には、「設定期間中における送信データの送信回数合計」を、「２」で割ることになるため、具体的な鍵データの数は、「送信回数合計」の１／２倍以上であればよい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
また、設定期間「２０年間」で必要とする鍵データ全体のサイズは、以下の計算で求められ、約１．５テラバイトとなる。この値は、２００８年時点で保護制御計測装置に組み込むには大きい値であったが、記憶容量の増大化が急激に進んでいるメモリー製品の著しい開発現状からすれば、容易に実装可能な値となりつつある。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
従来提案されている保護制御計測システム用のセキュリティシステムは、ＩＴ産業で提案されているものが多く、保護制御技術者が、そのアルゴリズムや検出確率を制御することはできなかった。しかし、認証タグ生成手段１３に設定機能を設けた第５の実施形態によれば、アルゴリズムおよびこれから一意に決定される改ざん、なりすましの検出確率は、保護制御技術者でも容易に制御できることになる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
この場合の具体的な設定値としては、リレーの整定操作と同様に、例えば、
Ｕ，Ｖ，確率Ｐ，…
などのパラメータを順次整定していけばよい。例えば、伝送路の誤り率が10-5であれば、10-6以上となるように各種パラメータを定めて入力していけば、アタッカーによる攻撃を実用上はほとんど無視できる程度に防止可能となる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
図１２は、実際の電流差動リレーシステムに適用した場合のより具体的なイメージを示す。リレーが双方に自端の電気量データを送りあうことで保護システムを実現している。図中に吹き出しで示すフォーマット１２０は、イーサネット（登録商標）などの汎用の通信ネットワークの場合、１つの送信データ単位（フレーム）は、ヘッダ、電気量データ、認証タグ、およびＣＲＣ(Cyclic Redundancy Check)から構成されることを表す。イーサネットの場合、１フレームあたりの最大長は１５１４バイトであるので、認証タグのサイズが３２ビットの場合には、この認証タグの大きさ３２ビット（攻撃成功確率が１０-9）が、フレーム全体に占める割合はごくわずかであり、認証タグを付加することで通信量に与える影響は殆どないことがわかる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
図１５では、一例として、制御用コンピュータ１５０１からの制御指令１５０３に応じて、制御装置１５０２の制御指令出力手段１５０４から制御信号１５０５を出力して変電所内の遮断器１１６を開閉制御するシステムを示している。また、制御用コンピュータ１５０１には、操作端末１５０６が接続されている。以下には、この操作端末１５０６から操作員が遮断器１１６の操作指令１５０３を発行した場合のシステムの動作について説明する。