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AWS IoT を使った再生可能エネルギーシステムの保護

モノのインターネット (IoT) は、様々な業界でますます普及しています。また、接続されるデバイスの増加や送信される機密情報の量に伴い、IoT セキュリティは最重要課題となっています。世界人口の増加が続く中、エネルギー需要はかつてない水準に急増しています。この差し迫った課題に対応するため、再生可能エネルギー源は、IoT 技術の力を活用し、この変革的な移行を推進することで、非常に大きな意味を持つようになりました。風力、水力発電設備、太陽光発電 (PV) システムは、クリーンで持続可能なエネルギーの効率的な生成と利用を可能にする重要な触媒として登場しました。AWS IoT は、デバイスとシステムを接続する安全で暗号化された手段を提供し、送信データの完全性と安全性を保証します。AWS IoT は、再生可能エネルギーシステムの効果的な運用と管理をサポートし、効率的なエネルギー生成と分配を促進する上で重要な役割を果たします。

ソリューション概要

提案するアーキテクチャでは、再生可能エネルギーシステムは、Modbus インターフェースを利用する AWS IoT 認定デバイスと統合されます。このデバイスは AWS IoT Greengrass を実行し、シームレスな接続を実現します。デバイスは、MQTT と HTTPS プロトコルを介して AWS IoT Core と通信します。データは、効率的な配信のために Amazon Kinesis Data Firehose を通じてストリーミングされ、Amazon Simple Storage Service に保存されます。データを可視化し、洞察を得るために、Amazon QuickSight が活用され、インタラクティブで視覚的に魅力的なダッシュボードが作成されます。そして、AWS IoT Device Management、Amazon CloudWatch、Amazon Simple Notification Service を使用して、リアルタイムのモニタリングとアラートを実装することができます。さらに、データを AI/ML アプリケーションに活用することで、高度な分析と予測機能を実現することができます。

図1：再生可能エネルギー-電力 AWS IoT 認定ソリューション

AWS IoT によるクラウドのセキュリティ

再生可能エネルギー部門は、IoT セキュリティに関していくつかの課題に直面しています。主な課題とそれに対応するAWS IoT ソリューションは以下の通りです：

  1. デバイスのセキュリティ: 再生可能エネルギーシステムで使用される IoT デバイスには、悪意のある行為者に悪用される可能性のある脆弱性があります。これらの脆弱性は、安全でないファームウェア、セキュリティパッチの欠如、または脆弱な認証メカニズムに起因する可能性があります。これらのデバイスのセキュリティを向上させることは、不正アクセスや改ざんを防ぐために非常に重要です。AWS IoT は、セキュアなデバイスのオンボーディング、証明書管理、ポリシーベースのアクセス制御を可能にするデバイス・セキュリティ・サービスを提供します。デバイスの脆弱性に対処するために、堅牢な認証メカニズム、セキュアな Over-the-Air(OTA) アップデート、AWS IoT Device Defender などの脆弱性管理サービスを提供します。
  1. 相互運用性: 再生可能エネルギーシステムは、多くの場合、異なるメーカーのレガシーデバイスと最新デバイスが混在しています。セキュリティを維持しながら、これらの機器間のシームレスな統合と相互運用性を実現することは、難しいことです。レガシーデバイスには強固なセキュリティ機能がない場合があり、システムの潜在的な弱点となります。AWS IoT は、標準化されたプロトコルと API を通じて、異なるメーカーのデバイス間のシームレスな統合と相互運用性を促進します。AWS IoT Core と AWS IoT Greengrass は、安全な通信のための MQTT、HTTPs、Modbus プロトコルを提供し、セキュリティを維持しながらレガシーデバイスと最新デバイスの互換性を確保します。
  1. データ・セキュリティ: IoT システムは、エネルギー生産、消費、ユーザー行動に関する機密情報を含む膨大な量のデータを生成します。このデータのプライバシーと機密性を保護することは非常に重要です。組織は、不正アクセスやデータ漏洩から保護するために、セキュアなデータ送信、保存、アクセス制御メカニズムを実装する必要があります。AWS IoT は、暗号化、セキュアなデータ伝送プロトコル（TLS など）、アクセス制御メカニズムを通じて、エンドツーエンドのデータセキュリティを提供します。
  1. リモートアクセスのセキュリティ: 再生可能エネルギーシステムの多くは遠隔地から監視・管理されるため、さらなるセキュリティリスクが生じます。制御システムや監視プラットフォームへのリモートアクセスは、不正アクセスや改ざんを防ぐために適切に保護されなければなりません。セキュアなリモートアクセスプロトコルと多要素認証を実装することで、これらのリスクを軽減することができます。AWS IoT は、AWS Identity and Access Management (IAM)、AWS IoT Core、AWS IoT セキュアトンネリングを使用することで、IoT システムへのセキュアなリモートアクセスを提供します。
  1. 標準化されたセキュリティのベストプラクティス: IoT 技術は急速に進化しているため、標準化されたセキュリティプラクティスや規制がありません。これは、再生可能エネルギーシステム全体で一貫性のある強固なセキュリティ対策を実施するための課題となっています。業界全体のセキュリティ標準を策定し、関連規制に準拠することは、IoT セキュリティを向上させるために不可欠です。AWS IoT は、業界のセキュリティにおけるベストプラクティスとコンプライアンスに従っています。AWS IoT はガイドライン、フレームワーク、ドキュメントを提供し、組織が IoT の導入全体で堅牢なセキュリティ対策を実施できるよう支援します。
  1. デバイス管理: 再生可能エネルギーシステムの IoT デバイスは、そのライフサイクルを通じて頻繁なメンテナンス更新が必要です。デバイスをセキュリティパッチやアップデートで常に最新の状態に保つことは、大規模な導入では難しい場合があります。組織は、脆弱性を減らすために、デバイスの更新とセキュリティパッチを管理する効率的なプロセスを確立する必要があります。AWS IoT は、大規模なデバイスの更新と管理のプロセスを簡素化するデバイス管理サービスを提供します。AWS IoT Device Management は AWS IoT Jobs を提供し、企業が IoT デバイスにセキュリティパッチやファームウェアアップデートを効率的に導入できるようにします。

AWS IoT が提供する包括的なセキュリティ機能とサービスを活用することで、企業はセキュリティ体制を強化し、ファームウェアや OS の脆弱性、相互運用性、データプライバシー、リモートアクセス、デバイス管理に関連するリスクを軽減することができます。

AWS IoT Greengrassによるエッジでのセキュリティ

AWS IoT Greengrass は、Amazon Web Services(AWS) が提供するオープンソースのエッジランタイムソフトウェアサービスで、産業用デバイスなどのエッジデバイスにクラウド機能を拡張し、産業用デバイスのセキュリティを支援します。 AWS IoT Greengrass は、デバイスがエッジでローカルにデータを処理・分析することを可能にし、システムのレイテンシを削減し、オフラインモードでオペレーションを継続する機能を提供することで、低レイテンシとオフライン機能が要求される産業環境でのエッジコンピューティングとデータ処理を可能にします。これにより、機密データをローカライズし、伝送中のデータ漏洩の可能性を低減することで、機密データの安全性を保つことができます。 さらに、AWS IoT ポリシー、クライアントデバイス認証コンポーネント、AWS IAM ポリシーを使用して、ローカルとクラウドで AWS IoT Greengrass への認証と認可を制御できます。その結果、許可されたユーザーとデバイスのみが産業用デバイスにアクセスし、必要に応じてアクションを実行できます。AWS Systems Manager は、エッジデバイスのリモートソフトウェアアップデートや構成管理を含むデバイス管理機能を提供します。また、Systems Manger エージェントを通じて AWS IoT Greengrass と統合することで、産業用デバイスのセキュリティ体制を維持し、最新の OS パッチやアップデートを適用することができます。

AWS IoT Greengrass は、Edge Framework ESF (Everyware Software Framework) のサポートも認定されています。このフレームワークは、IEC 62443-4-2 と IEC 62443-4-1 の両方のサイバーセキュリティ認証を世界で初めて取得したフレームワークです。この実績は、AWS IoT Greengrass が採用している強固なセキュリティ対策と業界をリードするサイバーセキュリティ標準への準拠を強調しています。その結果、ユーザーはエッジコンピューティングシステムの完全性と回復力に自信を持つことができ、サイバーセキュリティ保護を強化した IoT ソリューションの導入が可能になります。

これらの製品関連認証は、より高いレベルのソリューション認証に継承することができ、エンドツーエンドソリューションのセキュリティ標準やベストプラクティスへの準拠を求めるシステムインテグレーターやソリューションオーナーにとって有益です。つまり、AWS IoT Greengrass と Edge Framework ESF を大規模なソリューションの一部として使用する場合、この製品によって取得された認定は、ソリューション全体のコンプライアンスとセキュリティ態勢に貢献することができ、導入においてサイバーセキュリティを優先する人々に付加価値を提供することができます。

まとめ

AWS IoT は、IoT セキュリティの課題を支援するために設計された包括的なサービススイートを提供します。統合作業を合理化し、コストを削減し、リスクを軽減することで、AWS IoT は組織に安全で効率的なソリューションを実装する力を与えます。AWS IoT が提供する edge-to-cloud のセキュリティアプローチは、厳格なサイバーセキュリティ標準に準拠した設計を保証し、堅牢で信頼性の高いセキュリティ対策を求める組織にとって信頼できる選択肢となります。AWS IoT の堅牢なセキュリティ機能を活用することで、再生可能エネルギー業界の組織は貴重なデータとデバイスを保護し、ソリューションの潜在能力を最大限に引き出すことに集中することができます。

著者について

Muhammad Qazafi は、アメリカ合衆国を拠点とするソリューションアーキテクトです。ソリューションアーキテクトとして、AWS 上でのセキュアでスケーラブルかつ革新的なソリューションの設計、開発、実装において顧客を支援します。彼の主な目的は、AWS サービスの効果的な活用を通じて、顧客が測定可能なビジネス成果を達成するのを支援することです。Muhammad は15年以上の経験を持ち、多様な業界にわたる豊富な知識と専門知識を持っています。この豊富な経験により、彼はさまざまなビジネスが直面する独自の課題を理解し、顧客が AWS 上でソリューションを作成するのを支援することができます。

この記事は Muhammad Qazafi によって書かれたProtecting renewable energy systems using AWS IoT の日本語訳です。この記事は ソリューションアーキテクトの安田が翻訳しました。