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JP7816492B2 - 監視サーバ装置、システム、方法、及びプログラム - Google Patents
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JP7816492B2 - 監視サーバ装置、システム、方法、及びプログラム - Google Patents

監視サーバ装置、システム、方法、及びプログラム

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Description

本発明は、監視サーバ装置、システム、方法、及びプログラムに関する。
システムの異常を監視する技術では、主にセンサ情報、イベント情報、ログ情報、トレース情報等の監視情報を収集(取得)している。例えば、特許文献1では、設備の運転時間などの稼動情報と、設備に付加した複数センサの出力信号(センサ情報)とを用いて設備の異常検知を行う方法が開示されている。また、特許文献2では、プログラムの動作に関するトレースログ(ログ情報)を取得してシステムの状態を監視する方法が開示されている。また、特許文献3では、被デバッグプログラムの実行中に発生したイベントに関する情報(イベント情報)を取得してシステムの状態を監視する方法が開示されている。さらに、特許文献4では、システムのカーネル空間のトレース情報(カーネルトレース情報)を収集してシステムの状態を監視する方法が開示されている。
国際公開第2013/24613号 特開2009-237610号 特開2001-34503号 特開2000-76095号
以下の分析は、本願発明者により与えられる。
しかしながら、特許文献1~3のように稼動情報、センサ情報、ログ情報、イベント情報を収集(取得)してシステムの状態を監視する方法では、システムの性能の監視が主であり、カーネルやハードウェアに近い箇所の故障、システム改ざん、サイバー攻撃等のカーネルレベルの動的監視は困難である。また、特許文献4のようにカーネル空間のトレース情報を収集してシステムの状態を監視する方法では、CPU(Central Processing Unit)の例外処理を使用するため、処理負荷(オーバヘッド)が大きく、システムに影響を与えずに監視できるプローブポイントの数には限界があり、システムの定常的な動作を行うことは困難である。特に、OT(Operational Technology)系システムでは、IT(Information Technology)系システムと比較して長期間運用されることが多く、装置自体が古くCPUの処理性能に余力が少ないため、処理負荷が大きいカーネルレベルの動的監視を定常的に行うことが困難である。
本発明の主な課題は、システムの定常的な動作を確保しつつ、カーネルレベルの動的監視を行うことに貢献することができる監視サーバ装置、システム、方法、プログラムを提供することである。
第1の視点に係る監視サーバ装置は、運用時に、監視対象装置のカーネルトレース情報以外の所定のログを収集して、予め作成されたモデルを用いて前記監視対象装置の異常を監視し、異常が発生したときに、異常がある前記監視対象装置におけるカーネル空間に絞り込んで動的監視を実施するように構成された運用部を備える。
第2の視点に係る監視システムは、監視対象装置と、管理端末と、前記第1の視点に係る監視サーバ装置と、を備える。
第3の視点に係る監視方法は、ハードウェア資源を用いて監視対象装置の動作を監視する監視方法であって、運用時に、監視対象装置のカーネルトレース情報以外の所定のログを収集して、予め作成されたモデルを用いて前記監視対象装置の異常を監視し、異常が発生したときに、異常がある前記監視対象装置におけるカーネル空間に絞り込んで動的監視を実施するステップを含む。
第4の視点に係るプログラムは、監視対象装置の動作を監視する処理をハードウェア資源に実行させるプログラムであって、運用時に、監視対象装置のカーネルトレース情報以外の所定のログを収集して、予め作成されたモデルを用いて前記監視対象装置の異常を監視し、異常が発生したときに、異常がある前記監視対象装置におけるカーネル空間に絞り込んで動的監視を実施する処理を前記ハードウェア資源に実行させる。
なお、プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記録することができる。記憶媒体は、半導体メモリ、ハードディスク、磁気記録媒体、光記録媒体等の非トランジェント(non-transient)なものとすることができる。また、本開示では、コンピュータプログラム製品として具現することも可能である。プログラムは、コンピュータ装置に入力装置又は外部から通信インタフェイスを介して入力され、記憶装置に記憶されて、プロセッサを所定のステップないし処理に従って駆動させ、必要に応じ中間状態を含めその処理結果を段階毎に表示装置を介して表示することができ、あるいは通信インタフェイスを介して、外部と交信することができる。そのためのコンピュータ装置は、一例として、典型的には互いにバスによって接続可能なプロセッサ、記憶装置、入力装置、通信インタフェイス、及び必要に応じ表示装置を備える。
前記第1~4の視点によれば、システムの定常的な動作を確保しつつ、カーネルレベルの動的監視を行うことに貢献することができる。
実施形態1に係る監視システムの構成を模式的に示したブロック図である。 実施形態1に係る監視システムの監視対象装置の構成の一例を模式的に示したブロック図である。 実施形態1に係る監視システムにおけるカーネルトレース情報の取得を模式的に示したイメージ図である。 実施形態1に係る監視システムにおける監視サーバ装置のモデル作成モードの際に収集したログから特徴量を抽出したときの一例を模式的に示したイメージ図である。 実施形態1に係る監視システムにおける監視サーバ装置のモデル作成モードの際に閾値を設定するときの一例を模式的に示したイメージ図である。 実施形態1に係る監視システムにおける監視サーバ装置の運用モードの際に収集したログから特徴量を抽出して異常が発生したときの一例を模式的に示したイメージ図である。 実施形態1に係る監視システムにおける監視サーバ装置のモデル作成モードのときの動作を模式的に示したフローチャートである。 実施形態1に係る監視システムにおける監視サーバ装置の運用モードのときの動作を模式的に示したフローチャートである。 実施形態1に係る監視システムをOT系システムに適用した場合の構成の一例を模式的に示したブロック図である。 実施形態1に係る監視システムをOT系システムに適用した場合のモデル作成モードのときの動作を模式的に示したシーケンスチャートである。 実施形態1に係る監視システムをOT系システムに適用した場合の運用モードのときの動作を模式的に示したシーケンスチャートである。 実施形態2に係る監視サーバ装置の構成を模式的に示したブロック図である。 ハードウェア資源の構成を模式的に示したブロック図である。
以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本出願において図面参照符号を付している場合は、それらは、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。また、下記の実施形態は、あくまで例示であり、本発明を限定するものではない。また、以降の説明で参照する図面等のブロック間の接続線は、双方向及び単方向の双方を含む。一方向矢印については、主たる信号(データ)の流れを模式的に示すものであり、双方向性を排除するものではない。さらに、本願開示に示す回路図、ブロック図、内部構成図、接続図などにおいて、明示は省略するが、入力ポート及び出力ポートが各接続線の入力端及び出力端のそれぞれに存在する。入出力インタフェイスも同様である。プログラムはコンピュータ装置を介して実行され、コンピュータ装置は、例えば、プロセッサ、記憶装置、入力装置、通信インタフェイス、及び必要に応じ表示装置を備え、コンピュータ装置は、通信インタフェイスを介して装置内又は外部の機器(コンピュータを含む)と、有線、無線を問わず、交信可能に構成される。
[実施形態1]
実施形態1に係る監視システムについて図面を用いて説明する。図1は、実施形態1に係る監視システムの構成を模式的に示したブロック図である。図2は、実施形態1に係る監視システムの監視対象装置の構成の一例を模式的に示したブロック図である。図3は、実施形態1に係る監視システムにおけるカーネルトレース情報の取得を模式的に示したイメージ図である。図4は、実施形態1に係る監視システムにおける監視サーバ装置のモデル作成モードの際に収集したログから特徴量を抽出したときの一例を模式的に示したイメージ図である。図5は、実施形態1に係る監視システムにおける監視サーバ装置のモデル作成モードの際に閾値を設定するときの一例を模式的に示したイメージ図である。図6は、実施形態1に係る監視システムにおける監視サーバ装置の運用モードの際に収集したログから特徴量を抽出して異常が発生したときの一例を模式的に示したイメージ図である。
監視システム1は、監視対象装置50A~50Nを監視するシステムである(図1参照)。監視システム1は、定常的な動作や処理を繰り返す工場、社会インフラ等におけるOT系システムに適用することができる。監視システム1は、監視サーバ装置10と、管理端末40と、監視対象装置50A~50Nと、ネットワーク80と、を備える。
監視サーバ装置10は、監視対象装置50A~50Nから収集した所定のログに基づいて異常が有るか否かを判断し、異常が発生したときに監視対象装置50A~50Nの細部の挙動を監視するサーバ装置である(図1参照)。監視サーバ装置10には、例えば、プロセッサ、メモリ、ネットワークインタフェイス等を含むコンピュータを備えるサーバ装置を用いることができる。監視サーバ装置10は、ネットワーク80と通信可能に接続されている。監視サーバ装置10は、システムの時刻と同期させる機能を有する。監視サーバ装置10は、通信部11と、記憶部12と、制御部13と、を備える。
通信部11は、情報の通信(有線通信又は無線通信)を行う機能部である(図1参照)。通信部11は、ネットワーク80と通信可能に接続されている。通信部11は、制御部13の制御により、通信を行う。通信部11は、情報を管理端末40や監視対象装置50A~50Nに送信することができる。通信部11は、管理端末40や監視対象装置50A~50Nからの情報を受信することができる。
記憶部12は、情報を記憶する機能部である(図1参照)。記憶部12は、制御部13の制御により、情報の書き込み、読み出しを行う。記憶部12は、プログラム、ツール、収集したログ、作成したモデル等を記憶する。
制御部13は、通信部11及び記憶部12を制御する機能部である(図1参照)。制御部13には、例えば、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processor Unit)等のプロセッサを用いることができる。制御部13は、記憶部12に記憶された所定のプログラムやツールを実行することにより、プログラムやツールに記述された所定の情報処理を行うことができる。制御部13は、記憶部12に記憶された所定のプログラムやツールを実行することにより、仮想的に、モデル作成部20と、運用部30と、を備えた構成とすることができる。
モデル作成部20は、運用前に、監視対象装置50A~50Nの各種のログを収集して、統計解析手法により、監視対象装置50A~50Nが定常か異常かの判断に用いるモデルを作成する機能部である(図1参照)。モデル作成部20は、収集した各種のログを用いて機械学習によってモデルを作成することができ、必要に応じて管理者が管理端末40を用いて操作することによってモデルを修正することができる。モデルには、監視対象装置50A~50N間の不変的な関係性(インバリアント)に関するモデルを用いてもよい。モデル作成部20は、ログ収集部21と、モデル生成部22と、を備える。
ログ収集部21は、監視対象装置50A~50Nから各種のログを収集する機能部である(図1参照)。ログ収集部21は、管理端末40からのモデル作成指示を受信すると、モデル作成モードを開始し、監視対象装置50A~50Nにログ設定情報を送信する。ここで、ログ設定情報は、例えば、監視対象装置50A~50Nのカーネル実行パスの所定の位置にプローブポイントを設定するための情報を含むものとすることができる。ログ収集部21は、ログ設定情報を受信した各監視対象装置50A~50Nからの各種のログを収集する。各種のログは、カーネルトレース情報を含むとともに、監視対象装置50A~50Nのセンサ情報、性能(メトリクス)情報、イベント情報(イベントログ;内部処理、外部インタフェイス等のデータ)等のデータを含むことができる。さらに、収集した各種のログは、送信元の監視対象装置50A~50Nに応じて優先順位や、資産ベース分析のリスク値や、資産ベース分析の要対策箇所を予め設定してもよい。ログ収集部21は、収集した各種のログの数が所定数以上(ログ収集開始から所定期間以上でも可)であるか否かを判断する。
モデル生成部22は、ログ収集部21で収集した各種のログに基づいて、統計解析手法により監視対象装置50A~50Nが定常か異常かの判断に用いるモデルを作成する機能部である(図1参照)。モデル生成部22は、ログ収集部21で収集した各種のログに基づいて特徴量を抽出する。ここで、抽出する特徴量として、例えば、ログがイベント情報であれば、アプリケーションログ(Syslog等)やシステムログのような特定ログ要素、ログレベル毎に合算したログ件数が挙げられ、ログが性能情報であればポーリング(定期収集)やクリッピング(閾値)のような特定ログ要素が挙げられる。
モデル生成部22は、抽出された特徴量のうちカーネル動作と相関が強い特徴量(変数)に絞り込む相関分析(次元削減)を行う。ここで、初回の相関分析ではカーネル動作と相関が最も強い特徴量に絞り込み、モデルの検証で問題がある場合の相関分析では前回に絞り込んだ特徴量の次にカーネル動作と相関が強い特徴量に絞り込むことができる。絞り込んだ特徴量の時間変化を表すと図4のように表すことができる。図4では時間窓ごとに1つの周期となっており、時間窓内では分、時(時間帯)、日(営業日(月~金)/休業日(土日))、週、月(繁忙期/閑散期)単位で区切ることができる。
モデル生成部22は、収集した各種のログのうちカーネルトレース情報を目的変数とし、かつ、絞り込んだ特徴量に係るログを説明変数とした多変量解析(異常度の算出)を行う。ここで、多変量解析では、k近傍法(下記数式1参照)を用いて異常度を算出するようにしてもよい。モデル生成部22は、多変量解析によって算出された異常度を時間変化で表したモデル(図5の閾値設定を除く部分参照)を構築する。
[数式1](k近傍法)
モデル生成部22は、構築されたモデルに異常度の閾値を設定(精度がないと判断された場合は閾値を変更)する。ここで、閾値は、モデルの定常状態から逸脱したシステムの予兆動作を検出するために用いられる。また、閾値設定又は変更については、図5のように閾値のラインが異常検知部分のピークを通るように設定又は変更することができる。なお、構築されたモデルにおいて異常検知部分になるようなピークがない場合はモデルの最大ピークよりも上の位置(最大ピークの値と閾値との差が予め設定された数値範囲内の位置)に閾値のラインが設定される。
モデル生成部22は、閾値が設定又は変更されたモデルを検証する。ここで、モデルの検証では、例えば、予め正常データと異常データが混在したデータセットを用意して、正常データと異常データに対する正しい判断のサンプル数が予め設定された所定数以上であり、かつ、モデルの最大ピークの値と閾値との差が予め設定された数値範囲内にあることを評価することによって検証することができる。モデル生成部22は、検証の結果、問題がない(正しい判断のサンプル数が予め設定された所定数以上である)か否かを判断する。モデル生成部22は、検証の結果、問題がない場合、精度がある(モデルのピークの値と閾値との差が予め設定された数値範囲内にある)か否かを判断する。モデル生成部22は、精度がある場合、管理端末40に、モデルの作成が完了したことを知らせる作成完了通知を送信する。
運用部30は、運用時に、監視対象装置50A~50Nのカーネルトレース情報以外の所定のログを収集して、モデル作成部20で作成されたモデルを用いて監視対象装置50A~50Nの異常を監視し、異常が発生したときに、異常の影響範囲にある監視対象装置50A~50Nにおけるカーネル空間に絞り込んで動的監視を実施する機能部である(図1参照)。カーネル空間の動的監視には、例えば、SystemTap(Kprobes)、LKM(Loadable Kernel module)、perf(Performance analysis tools for Linux(登録商標))、ftrace、eBPF(Extended Berkeley Packet Filter)、LKST(Linux(登録商標) Kernel State Tracer)、Vzet等のカーネルトレースツールを用いることができる。カーネル空間の動的監視では、例えば、マルウェア、プロセス改ざん等のシステムの意図しないカーネル空間へのアクセス(システムコール等)等を監視することが挙げられる。運用部30は、ログ収集部31と、ログ解析部32と、カーネル調査部33と、を備える。
ログ収集部31は、監視対象装置50A~50Nの所定のログを収集する機能部である(図1参照)。所定のログには、カーネルトレース情報は含まれない。また、所定のログは、モデル生成部22の相関分析で絞り込んだカーネル動作と相関が強い特徴量を含むログとすることができる。
ログ解析部32は、モデル作成部20で作成されたモデルを用いて、収集した所定のログに異常が有るか否かを解析する機能部である(図1参照)。ログ解析部32は、収集した所定のログの特徴量を抽出して異常度を算出する。ログ解析部32は、異常度(例えば、図6の異常データ参照)が、モデル作成部20で作成されたモデルに設定された閾値以上であるか否かを判断する。
カーネル調査部33は、所定のログに異常が有ると判断されたときに、異常が有る所定のログの発信元の監視対象装置50A~50Nに対してカーネル調査を実施する機能部である(図1参照)。カーネル調査部33は、モデル作成部20で作成されたモデルに設定された閾値以上の異常度に係る特徴量を含むログの発信元(監視対象装置50A~50Nのいずれか)に基づいて、異常状態の影響範囲を推定する。異常状態の影響範囲には、例えば、モデル作成部20のログ収集部21で収集した各種のログ(カーネルトレース情報を含む)を用いて推定することができる。
カーネル調査部33は、推定された異常状態の影響範囲に基づいて調査スクリプトを生成する。調査スクリプトの生成では、推定された異常状態の影響範囲から、カーネルトレース情報を取得するプローブポイント及びタイミングを絞り込んで、調査スクリプトを生成する。例えば、監視対象とするログ(カーネルトレース情報)の記載ルール、あるいは既存ログフォーマットからの抽出ルールを予め定義しておく。異常検知の際には、調査対象ログのフォーマットから特定のログ要素を抽出する。調査対象とする関数、システムコール(プローブポイント)、プロセス、プロセスのバックトレース等を絞り込むため、調査対象ごとに用意したスクリプトテンプレートに、抽出したログ要素をパラメータ・変数等として反映する。また、調査スクリプトの生成には、カーネルトレースツール(SystemTap等)のLKM(Loadable Kernel module)を使用することができ、既存システムを入れ替えることなくカーネル空間のトレース機能の追加が可能となる。カーネル調査部33は、生成された調査スクリプトを、推定された異常状態の影響範囲にある監視対象装置50A~50Nに送信する。
カーネル調査部33は、調査スクリプトを受信した監視対象装置50A~50Nからのカーネルトレース情報を受信する。カーネル調査部33は、受信したカーネルトレース情報を管理端末40に送信する。カーネル調査部33は、管理端末40からの停止指示を受信したか否かを判断する。カーネル調査部33は、管理端末40からの停止指示を受信すると、調査スクリプトを受信した監視対象装置50A~50Nに停止指示を送信する。
管理端末40は、監視システム1の管理者が使用する端末である(図1参照)。管理端末40は、ネットワーク80に通信(有線通信、無線通信)可能に接続されている。管理端末40として、例えば、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォン等を用いることができる。管理端末40は、管理者の操作により監視サーバ装置10にモデル作成指示や運用開始指示を送信することができる。管理端末40は、監視サーバ装置10からの作成完了通知、カーネルトレース情報、装置停止通知を受信して表示することができる。
監視対象装置50(50A~50N)は、監視対象となる各種の装置である(図1、図2参照)。監視対象装置50として、例えば、スイッチ、ルータ等のネットワーク機器、ファイアウォール、IDS(Intrusion Detection System)、IPS(Intrusion Prevention System)等のセキュリティ機器、SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)サーバ、PLC(Programmable Logic Controller)、制御端末等を用いることができる。監視対象装置50は、ネットワーク80に通信(有線通信、無線通信)可能に接続されている。監視対象装置50は、システムの時刻と同期させる機能を有する。監視対象装置50は、ハードウェア60として、プロセッサ51、メモリ52、ネットワークインタフェイス53、及び、各種デバイス54(例えば、センサ、カメラ、表示装置、入力装置、出力装置等)を備えたものとすることができる。監視対象装置50は、各種のアプリケーション56A~56Mを備えており、ハードウェア60とアプリケーション56A~56Mとの間の処理や機能を担うカーネル55を備える。なお、監視対象装置50A~50Nは、まとめて監視対象装置群70と呼ぶことがある。
監視対象装置50A~50Nは、モデル作成モードの際、監視サーバ装置10からのログ設定情報を受信すると、ログ設定情報に従って監視対象装置50A~50N自身の各種のログを読み出して監視サーバ装置10に送信するように設定する。設定後、監視対象装置50A~50Nは、監視対象装置50A~50N自身の各種のログ(カーネルトレース情報を含む)を読み出して監視サーバ装置10に送信する。
監視対象装置50A~50Nは、運用モードの際、監視対象装置50A~50N自身の所定のログ(カーネルトレース情報を除く)を読み出して監視サーバ装置10に送信する。監視対象装置50A~50Nは、監視サーバ装置10からの調査スクリプトを受信すると、当該調査スクリプトに基づいて、監視対象装置50A~50Nのカーネル実行パスの所定の位置にプローブポイントを設定し、当該プローブポイントからカーネルトレース情報を取得して監視サーバ装置10に送信する。監視対象装置50A~50Nは、監視サーバ装置10からの停止指示を受信すると自身の動作を停止する。
ネットワーク80は、監視サーバ装置10と管理端末40と監視対象装置50、50A~50Nとの間を通信可能に接続する有線又は無線の通信網である。ネットワーク80には、LAN(Local Area Network)を用いることができるが、その他、PAN(Personal Area Network)、MAN(Metropolitan Area Network)、WAN(Wide Area Network)、GAN(Global Area Network)等の通信網を用いてもよい。
実施形態1に係る監視システムにおける監視サーバ装置の動作について説明する。
最初に、監視サーバ装置のモデル作成モードのときの動作について図面を用いて説明する。図7は、実施形態1に係る監視システムにおける監視サーバ装置のモデル作成モードのときの動作を模式的に示したフローチャートである。なお、監視システムの構成については、図1を参照されたい。
まず、監視サーバ装置10の制御部13のモデル作成部20のログ収集部21は、管理端末40からのモデル作成指示を受信すると、モデル作成モードを開始し、監視対象装置50A~50Nにログ設定情報を送信する(ステップA1)。ここで、ログ設定情報は、例えば、監視対象装置50A~50Nのカーネル実行パスの所定の位置にプローブポイントを設定するための情報を含むものとすることができる。また、監視対象装置50A~50Nは、ログ設定情報を受信すると、ログ設定情報に従って監視対象装置50A~50N自身の各種のログを読み出して監視サーバ装置10に送信するように設定し、設定後、監視対象装置50A~50N自身の各種のログを読み出して監視サーバ装置10に送信することになる。
ステップA1の後、又は、ログ数が所定数未満の場合(ステップA3のNO)、ログ収集部21は、各監視対象装置50A~50Nからの各種のログを収集する(ステップA2)。各種のログは、カーネルトレース情報を含むとともに、監視対象装置50A~50Nのセンサ情報、性能(メトリクス)情報、イベント情報(イベントログ;内部処理、外部インタフェイス等のデータ)等のデータを含むことができる。
次に、ログ収集部21は、収集した各種のログの数が所定数以上(ログ収集開始から所定期間以上でも可)であるか否かを判断する(ステップA3)。各種のログの数が所定数未満の場合(ステップA3のNO)、ステップA2に戻る。
ログ数が所定数以上の場合(ステップA3のYES)、又は、モデルの検証で問題がある場合(ステップA10のNO)、モデル作成部20のモデル生成部22は、収集した各種のログに基づいて特徴量を抽出する(ステップA4)。
次に、モデル生成部22は、抽出された特徴量のうちカーネル動作と相関が強い特徴量(変数)に絞り込む相関分析(次元削減)を行う(ステップA5)。
次に、モデル生成部22は、収集した各種のログのうちカーネルトレース情報を目的変数とし、かつ、絞り込んだ特徴量に係るログを説明変数とした多変量解析(異常度の算出)を行う(ステップA6)。多変量解析では、k近傍法を用いて異常度を算出することができる。
次に、モデル生成部22は、多変量解析によって算出された異常度を時間変化で表したモデル(例えば、図5の閾値設定を除く部分参照)を構築する(ステップA7)。
ステップA7の後、又は、精度がない場合(ステップA11のNO)、モデル生成部22は、構築されたモデルに異常度の閾値を設定(精度がない場合は閾値を変更)する(ステップA8)。
次に、モデル生成部22は、閾値が設定又は変更されたモデルを検証する(ステップA9)。モデルの検証では、例えば、予め正常データと異常データが混在したデータセットを用意して、正常データと異常データに対する正しい判断のサンプル数が予め設定された所定数以上であり、かつ、モデルの最大ピークの値と閾値との差が予め設定された数値範囲内にあることを評価することによって検証することができる。
次に、モデル生成部22は、検証の結果、問題がない(正しい判断のサンプル数が予め設定された所定数以上である)か否かを判断する(ステップA10)。問題がある場合(ステップA10のNO)、ステップA4に戻る。
問題がない場合(ステップA10のYES)、モデル生成部22は、検証の結果、精度がある(モデルのピークの値と閾値との差が予め設定された数値範囲内にある)か否かを判断する(ステップA11)。精度がない場合(ステップA11のNO)、ステップA8に戻る。
精度がある場合(ステップA11のYES)、モデル生成部22は、管理端末40に、モデルの作成が完了したことを知らせる作成完了通知を送信し(ステップA12)、その後、終了する。なお、管理端末40が作成完了通知を受信すると作成完了通知を表示して、モデルの作成が完了したことを管理者は確認することができる。
次に、監視サーバ装置の運用モードのときの動作について図面を用いて説明する。図8は、実施形態1に係る監視システムにおける監視サーバ装置の運用モードのときの動作を模式的に示したフローチャートである。なお、監視システムの構成については、図1を参照されたい。
まず、又は、異常がない場合(ステップB3のNO)、若しくは、停止指示を受信していない場合(ステップB9のNO)、監視サーバ装置10の制御部13の運用部30のログ収集部31は、管理端末40からの運用開始指示を受信すると、運用モードを開始し、監視対象装置50A~50Nから所定のログを収集する(ステップB1)。なお、ここで収集される所定のログには、カーネルトレース情報は含まれない。また、収集される所定のログは、ステップA5の相関分析で絞り込まれたカーネル動作と相関が強い特徴量を含むログとすることができる。
次に、運用部30のログ解析部32は、収集した所定のログから特徴量を抽出して所定の数式(例えば、k近傍法の数式)を用いて異常度を算出する(ステップB2)。
次に、運用部30のログ解析部32は、算出された異常度がモデル(モデル作成部20で作成されたモデル)の閾値以上であるか否かを判断する(ステップB3)。異常がない場合(ステップB3のNO)、ステップB1に戻る。
異常がある場合(ステップB3のYES)、運用部30のカーネル調査部33は、異常度に係る特徴量を含むログの発信元(監視対象装置50A~50Nのいずれか)に基づいて、異常状態の影響範囲を推定する(ステップB4)。なお、異常状態の影響範囲には、例えば、ステップA2で収集した各種のログ(カーネルトレース情報を含む)を用いて推定することができる。
次に、カーネル調査部33は、推定された異常状態の影響範囲に基づいて調査スクリプトを生成する(ステップB5)。
次に、カーネル調査部33は、生成された調査スクリプトを、推定された異常状態の影響範囲に該当する監視対象装置50A~50Nに送信する(ステップB6)。
なお、該当する監視対象装置50A~50Nが調査スクリプトを受信すると、当該調査スクリプトに基づいて、監視対象装置50A~50Nのカーネル実行パスの所定の位置にプローブポイントを設定し、当該プローブポイントからカーネルトレース情報を取得して監視サーバ装置10に送信することになる。プローブポイントの設定の際、既存のオペレーションプログラムには手を加えない。
次に、カーネル調査部33は、調査スクリプトを受信した監視対象装置50A~50Nからのカーネルトレース情報を受信する(ステップB7)。
次に、カーネル調査部33は、受信したカーネルトレース情報を管理端末40に送信する(ステップB8)。なお、管理端末40はカーネルトレース情報を受信すると当該カーネルトレース情報を表示して管理者がカーネルに異常があるか否かを確認することになる。管理者がカーネルに異常があると判断したときは、管理者の操作により管理端末40から停止指示を監視サーバ装置10に送信することになる。
次に、カーネル調査部33は、停止指示を受信したか否かを判断する(ステップB9)。停止指示を受信していない場合(ステップB9のNO)、ステップB1に戻る。
停止指示を受信した場合(ステップB9のYES)、カーネル調査部33は、調査スクリプトを受信した監視対象装置50A~50Nに停止指示を送信し(ステップB10)、その後、終了する。なお、該当する監視対象装置50A~50Nが停止指示を受信すると動作を停止する。
以上のような監視システムは、図9のようなOT系システムに適用することができる。図9では、監視対象装置群70は、ネットワーク機器、操作端末、SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)サーバ、及び、複数のPLC(Programmable Logic Controller)となる。
図9のようなOT系システムにおいて、監視サーバ装置10は、管理端末40からのモデル作成指示を受信すると(図10のステップC1)、モデル作成モードを開始し、ログ設定情報をネットワーク機器及びSCADAサーバに送信する(図10のステップC2)。SCADAサーバは、ログ設定情報を受信すると、当該ログ設定情報を操作端末及びPLCに送信する。これにより、操作端末及びPLCは、SCADAサーバを介してログを監視サーバ装置10に送信し、SCADAサーバ及びネットワーク機器もログを監視サーバ装置10に送信する。監視サーバ装置10は、ネットワーク機器、SCADAサーバ、操作端末及びPLCからの各ログを収集し(図10のステップC3)、収集したログ数が予め設定された所定数以上であるか否かを判断する(図10のステップC4)。ログ数が予め設定された所定数未満の場合、監視サーバ装置10は、ステップC3のログの収集を行う。ログ数が予め設定された所定数以上の場合、監視サーバ装置10は、モデルを作成し(ステップC5)、モデルの作成が完了すると作成完了通知を管理端末40に送信し(ステップC6)、その後、モデル作成モードを終了する。
モデル作成モード終了後、監視サーバ装置10は、管理端末40からの運用開始指示を受信すると(図11のステップD1)、ネットワーク機器、SCADAサーバ、操作端末及びPLCからの各ログ(カーネルトレース情報を除く)を収集する(図11のステップD2)。操作端末及びPLCの各ログはSCADAサーバを介して監視サーバ装置10に送信され、SCADAサーバ及びネットワーク機器の各ログは監視サーバ装置10に送信される。監視サーバ装置10は、収集したログを解析して(図11のステップD3)、異常があるか否かを判定し(図11のステップD4)、異常が無い場合はステップD2に戻り、異常が有る場合は調査スクリプトを生成する(図11のステップD5)。PLCで異常が発生したと推定されると、監視サーバ装置10は、生成された調査スクリプトを、SCADAサーバを介してPLCに送信する(図11のステップD6)。PLCは、調査スクリプトを受信すると当該調査スクリプトに基づいてカーネルトレース情報を監視サーバ装置10に送信し、監視サーバ装置10は、PLCからのカーネルトレース情報を受信し(図11のステップD7)、当該カーネルトレース情報を管理端末40に送信する(図11のステップD8)。管理端末40でカーネルトレース情報を受信して表示することで管理者は異常が発生しているか否かを判断し、異常が発生している場合は管理端末40から停止指示を送信し、異常がない場合は放置する。監視サーバ装置10は、管理端末40からの停止指示が有るか否かを判断し(図11のステップD9)、停止指示が有る場合は停止指示を、SCADAサーバを介してPLCに送信し(図11のステップD10)、停止指示が無い場合はステップD2に戻る。
実施形態1によれば、運用時に監視対象装置50A~50Nのログ(カーネルトレース情報を除く)を収集して異常を監視し、異常が発生したときに異常が有る監視対象装置50A~50Nのカーネルトレース情報を取得して参照できるようにしているので、システムの定常的な動作を確保しつつ、カーネルレベルの動的監視を行うことに貢献することができる。すなわち、異常が発生したときにトレースするカーネルのプローブポイント及びタイミングのそれぞれを絞り込んで動的監視を行うことにより、CPUの処理負荷を軽減してシステムの定常的な動作を保証しつつ、カーネルやハードウェアに近い箇所の故障、原因究明、サイバー攻撃、システム改ざん等のセキュリティ対策を行うことができる。
[実施形態2]
実施形態2に係る監視サーバ装置について図面を用いて説明する。図12は、実施形態2に係る監視サーバ装置の構成を模式的に示したブロック図である。
監視サーバ装置10は、監視対象装置50A~50Nを監視する装置である。監視サーバ装置10は、運用時の監視対象装置50A~50Nを監視する運用部30を備える。運用部30は、監視対象装置50A~50Nのカーネルトレース情報以外の所定のログを収集する。運用部30は、予め作成されたモデルを用いて監視対象装置50A~50Nの異常を監視する。運用部30は、異常が発生したときに、異常がある監視対象装置50A~50Nにおけるカーネル空間に絞り込んで動的監視を実施する。
実施形態2によれば、運用時に監視対象装置50A~50Nのログ(カーネルトレース情報を除く)を収集して異常を監視し、異常が発生したときに異常が有る監視対象装置50A~50Nのカーネルトレース情報を取得しているので、システムの定常的な動作を確保しつつ、カーネルレベルの動的監視を行うことに貢献することができる。
なお、実施形態1、2に係る監視サーバ装置、管理端末は、いわゆるハードウェア資源(情報処理装置、コンピュータ)により構成することができ、図13に例示する構成を備えたものを用いることができる。例えば、ハードウェア資源100は、内部バス104により相互に接続される、プロセッサ101、メモリ102、ネットワークインタフェイス103等を備える。
なお、図13に示す構成は、ハードウェア資源100のハードウェア構成を限定する趣旨ではない。ハードウェア資源100は、図示しないハードウェア(例えば、入出力インタフェイス)を含んでもよい。あるいは、装置に含まれるプロセッサ101等のユニットの数も図13の例示に限定する趣旨ではなく、例えば、複数のプロセッサ101がハードウェア資源100に含まれていてもよい。プロセッサ101には、例えば、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processor Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)等を用いることができる。
メモリ102には、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)等を用いることができる。
ネットワークインタフェイス103には、例えば、LAN(Local Area Network)カード、ネットワークアダプタ、ネットワークインタフェイスカード等を用いることができる。
ハードウェア資源100の機能は、上述の処理モジュールにより実現される。当該処理モジュールは、例えば、メモリ102に格納されたプログラムをプロセッサ101が実行することで実現される。また、そのプログラムは、ネットワークを介してダウンロードするか、あるいは、プログラムを記憶した記憶媒体を用いて、更新することができる。さらに、上記処理モジュールは、半導体チップにより実現されてもよい。即ち、上記処理モジュールが行う機能は、何らかのハードウェアにおいてソフトウェアが実行されることによって実現できればよい。
上記実施形態の一部または全部は以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
[付記1]
運用時に、監視対象装置のカーネルトレース情報以外の所定のログを収集して、予め作成されたモデルを用いて前記監視対象装置の異常を監視し、異常が発生したときに、異常がある前記監視対象装置におけるカーネル空間に絞り込んで動的監視を実施するように構成された運用部を備える、監視サーバ装置。
[付記2]
前記運用部は、
前記監視対象装置の前記カーネルトレース情報以外の前記所定のログを収集するように構成されたログ収集部と、
前記モデルを用いて前記所定のログに異常が有るか否かを解析するように構成されたログ解析部と、
前記所定のログのいずれかに異常が有ると判断されたときに、異常が有る前記所定のログの発信元の前記監視対象装置に対してカーネル調査を実施するように構成されたカーネル調査部と、
を備える、
付記1記載の監視サーバ装置。
[付記3]
前記ログ解析部は、前記所定のログから特徴量を抽出して所定の数式を用いて異常度を算出し、前記異常度が前記モデルに設定された閾値以上であるか否かを判断するように構成されている、
付記2記載の監視サーバ装置。
[付記4]
前記カーネル調査部は、前記閾値以上の前記異常度に係る前記特徴量を含む前記所定のログの発信元に基づいて異常状態の影響範囲を推定し、前記異常状態の影響範囲に基づいて調査スクリプトを生成し、前記調査スクリプトを前記異常状態の影響範囲にある前記監視対象装置に送信し、前記調査スクリプトを受信した前記監視対象装置からのカーネルトレース情報を受信するように構成されている、
付記3記載の監視サーバ装置。
[付記5]
前記カーネル調査部は、さらに、前記カーネルトレース情報を管理端末に送信し、前記管理端末からの停止指示を受信したか否かを判断し、前記停止指示を受信すると、前記調査スクリプトを受信した前記監視対象装置に停止指示を送信するように構成されている、
付記4記載の監視サーバ装置。
[付記6]
運用前に、前記監視対象装置のカーネルトレース情報を含む各種のログを収集して、統計解析手法により、前記監視対象装置が定常か異常かの判断に用いるモデルを作成するように構成されたモデル作成部をさらに備え、
前記予め作成されたモデルは、前記モデル作成部で作成されたモデルである、
付記1乃至5のいずれか一に記載の監視サーバ装置。
[付記7]
前記モデル作成部は、
前記監視対象装置からの前記カーネルトレース情報を含む前記各種のログを収集するように構成されたログ収集部と、
前記各種のログに基づいて、統計解析手法により前記モデルを生成するように構成されたモデル生成部と、
を備える、
付記6記載の監視サーバ装置。
[付記8]
前記ログ収集部は、前記監視対象装置にログ設定情報を送信し、前記ログ設定情報を受信した前記監視対象装置からの前記カーネルトレース情報を含む前記各種のログを収集し、前記各種のログの数が所定数以上又はログ収集開始から所定期間以上であるか否かを判断するように構成されている、
付記7記載の監視サーバ装置。
[付記9]
前記モデル生成部は、前記各種のログに基づいて特徴量を抽出し、前記特徴量のうちカーネル動作と相関が強い特徴量に絞り込む相関分析を行い、前記各種のログのうちカーネルトレース情報を目的変数とし、かつ、絞り込んだ前記特徴量に係るログを説明変数とした多変量解析を行って異常度を算出し、前記異常度を時間変化で表したモデルを構築し、前記モデルに前記異常度の閾値を設定するように構成されている、
付記7又は8記載の監視サーバ装置。
[付記10]
前記モデル生成部は、さらに、前記閾値が設定された前記モデルを、予め正常データと異常データが混在したデータセットを用意して、前記正常データと前記異常データに対する正しい判断のサンプル数が予め設定された所定数以上であり、かつ、前記モデルの最大ピークの値と閾値との差が予め設定された数値範囲内にあることを評価することによって検証するように構成されている、
付記9記載の監視サーバ装置。
[付記11]
監視対象装置と、
管理端末と、
付記1乃至10のいずれか一に記載の監視サーバ装置と、
を備える、監視システム。
[付記12]
ハードウェア資源を用いて監視対象装置の動作を監視する監視方法であって、
運用時に、監視対象装置のカーネルトレース情報以外の所定のログを収集して、予め作成されたモデルを用いて前記監視対象装置の異常を監視し、異常が発生したときに、異常がある前記監視対象装置におけるカーネル空間に絞り込んで動的監視を実施するステップを含む、監視方法。
[付記13]
監視対象装置の動作を監視する処理をハードウェア資源に実行させるプログラムであって、
運用時に、監視対象装置のカーネルトレース情報以外の所定のログを収集して、予め作成されたモデルを用いて前記監視対象装置の異常を監視し、異常が発生したときに、異常がある前記監視対象装置におけるカーネル空間に絞り込んで動的監視を実施する処理を前記ハードウェア資源に実行させる、プログラム。
なお、上記の特許文献の各開示は、本書に引用をもって繰り込み記載されているものとし、必要に応じて本発明の基礎ないし一部として用いることが出来るものとする。本発明の全開示(特許請求の範囲及び図面を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の全開示の枠内において種々の開示要素(各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む)の多様な組み合わせないし選択(必要により不選択)が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲及び図面を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。また、本願に記載の数値及び数値範囲については、明記がなくともその任意の中間値、下位数値、及び、小範囲が記載されているものとみなされる。さらに、上記引用した文献の各開示事項は、必要に応じ、本願発明の趣旨に則り、本願発明の開示の一部として、その一部又は全部を、本書の記載事項と組み合わせて用いることも、本願の開示事項に含まれる(属する)ものと、みなされる。
1 監視システム
10 監視サーバ装置
11 通信部
12 記憶部
13 制御部
20 モデル作成部
21 ログ収集部
22 モデル生成部
30 運用部
31 ログ収集部
32 ログ解析部
33 カーネル調査部
40 管理端末
50、50A~50N 監視対象装置
51 プロセッサ
52 メモリ
53 ネットワークインタフェイス
54 デバイス
55 カーネル
56A~56M アプリケーション
60 ハードウェア
70 監視対象装置群
80 ネットワーク
100 ハードウェア資源
101 プロセッサ
102 メモリ
103 ネットワークインタフェイス
104 内部バス

Claims (13)

  1. 監視対象装置のカーネルトレース情報を含む所定のログを収集して、前記カーネルトレース情報を目的変数とする多変量解析を行ってカーネル動作の異常を検知する予め作成されたモデルを備え、
    運用時に、前記所定のログのうち前記監視対象装置のセンサ情報、性能(メトリクス)情報、イベント情報、のいずれかのログを収集して、前記予め作成されたモデルを用いて前記監視対象装置の異常を監視し、異常が発生したときに、異常がある前記監視対象装置におけるカーネル空間に絞り込んで動的監視を実施するように構成された運用部を備える、監視サーバ装置。
  2. 前記運用部は、
    前記監視対象装置のセンサ情報、性能(メトリクス)情報、イベント情報、のいずれかの前記所定のログを収集するように構成されたログ収集部と、
    前記モデルを用いて前記所定のログに異常が有るか否かを解析するように構成されたログ解析部と、
    前記所定のログのいずれかに異常が有ると判断されたときに、異常が有る前記所定のログの発信元の前記監視対象装置に対してカーネル調査を実施するように構成されたカーネル調査部と、
    を備える、
    請求項1記載の監視サーバ装置。
  3. 前記ログ解析部は、前記所定のログから特徴量を抽出して所定の数式を用いて異常度を算出し、前記異常度が前記モデルに設定された閾値以上であるか否かを判断するように構成されている、
    請求項2記載の監視サーバ装置。
  4. 前記カーネル調査部は、前記閾値以上の前記異常度に係る前記特徴量を含む前記所定のログの発信元に基づいて異常状態の影響範囲を推定し、前記異常状態の影響範囲に基づいて調査スクリプトを生成し、前記調査スクリプトを前記異常状態の影響範囲にある前記監視対象装置に送信し、前記調査スクリプトを受信した前記監視対象装置からのカーネルトレース情報を受信するように構成されている、
    請求項3記載の監視サーバ装置。
  5. 前記カーネル調査部は、さらに、前記カーネルトレース情報を管理端末に送信し、前記管理端末からの停止指示を受信したか否かを判断し、前記停止指示を受信すると、前記調査スクリプトを受信した前記監視対象装置に停止指示を送信するように構成されている、
    請求項4記載の監視サーバ装置。
  6. 運用前に、前記監視対象装置のカーネルトレース情報を含む各種のログを収集して、統計解析手法により、前記監視対象装置が定常か異常かの判断に用いるモデルを作成するように構成されたモデル作成部をさらに備え、
    前記予め作成されたモデルは、前記モデル作成部で作成されたモデルである、
    請求項1乃至5のいずれか一に記載の監視サーバ装置。
  7. 前記モデル作成部は、
    前記監視対象装置からの前記カーネルトレース情報を含む前記各種のログを収集するように構成されたログ収集部と、
    前記各種のログに基づいて、統計解析手法により前記モデルを生成するように構成されたモデル生成部と、
    を備える、
    請求項6記載の監視サーバ装置。
  8. 前記ログ収集部は、前記監視対象装置にログ設定情報を送信し、前記ログ設定情報を受信した前記監視対象装置からの前記カーネルトレース情報を含む前記各種のログを収集し、前記各種のログの数が所定数以上又はログ収集開始から所定期間以上であるか否かを判断するように構成されている、
    請求項7記載の監視サーバ装置。
  9. 前記モデル生成部は、前記各種のログに基づいて特徴量を抽出し、前記特徴量のうちカーネル動作と相関が強い特徴量に絞り込む相関分析を行い、前記各種のログのうちカーネルトレース情報を目的変数とし、かつ、絞り込んだ前記特徴量に係るログを説明変数とした多変量解析を行って異常度を算出し、前記異常度を時間変化で表したモデルを構築し、前記モデルに前記異常度の閾値を設定するように構成されている、
    請求項7又は8記載の監視サーバ装置。
  10. 前記モデル生成部は、さらに、前記閾値が設定された前記モデルを、予め正常データと異常データが混在したデータセットを用意して、前記正常データと前記異常データに対する正しい判断のサンプル数が予め設定された所定数以上であり、かつ、前記モデルの最大ピークの値と閾値との差が予め設定された数値範囲内にあることを評価することによって検証するように構成されている、
    請求項9記載の監視サーバ装置。
  11. 監視対象装置と、
    管理端末と、
    請求項1乃至10のいずれか一に記載の監視サーバ装置と、
    を備える、監視システム。
  12. ハードウェア資源を用いて監視対象装置の動作を監視する監視方法であって、
    前記ハードウェア資源が監視対象装置のカーネルトレース情報を含む所定のログを収集して、前記カーネルトレース情報を目的変数とする多変量解析を行ってカーネル動作の異常を検知するモデルを予め作成し、
    運用時に、前記ハードウェア資源が前記所定のログのうち前記監視対象装置のセンサ情報、性能(メトリクス)情報、イベント情報、のいずれかのログを収集して、前記予め作成されたモデルを用いて前記監視対象装置の異常を監視し、異常が発生したときに、異常がある前記監視対象装置におけるカーネル空間に絞り込んで動的監視を実施するステップを含む、監視方法。
  13. 監視対象装置の動作を監視する処理をハードウェア資源に実行させるプログラムであって、
    監視対象装置のカーネルトレース情報を含む所定のログを収集して、前記カーネルトレース情報を目的変数とする多変量解析を行ってカーネル動作の異常を検知するモデルを予め作成する処理と、
    運用時に、前記所定のログのうち前記監視対象装置のセンサ情報、性能(メトリクス)情報、イベント情報、のいずれかのログを収集して、前記予め作成されたモデルを用いて前記監視対象装置の異常を監視し、異常が発生したときに、異常がある前記監視対象装置におけるカーネル空間に絞り込んで動的監視を実施する処理を前記ハードウェア資源に実行させる、プログラム。
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