Static Analysis and Dynamic Monitoring Methods for Software Security and Privacy

• Project/Area Number: 15H02684
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Software
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Seki Hiroyuki 名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (80196948)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小川 瑞史 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (40362024) ; 結縁 祥治 名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (70230612) ; 橋本 健二 名古屋大学, 情報学研究科, 助教 (90548447)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000); Fiscal Year 2018: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2017: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2016: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2015: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
• Keywords: セキュリティ / 木オートマトン / 木変換器 / 文法圧縮 / マルウェア解析 / SMTソルバ / レジスタオートマトン / レジスタ文脈自由文法 / 計算複雑さ / プログラムセキュリティ / 動的情報漏洩量 / ソフトウェア解析 / プライバシー / 形式言語理論 / 自動解析 / XML / 圧縮 / 木文法 / トップ木 / 文脈自由文法 / 有向グラフ / 情報保存性 / 直線的文脈木文法 / XPath

Outline of Final Research Achievements

We investigated query preservation of nondeterministic tree transducers. We proposed methods of compressing large trees and graphs based on tree grammars or top trees and directly evaluating a query on them without decompressing the compressed data. Register context-free grammar (RCFG) is an extension of CFG by adding limited power of manipulating data values. We showed that both the membership and emptiness problems for RCFG are EXPTIME-complete. We analyzed the computational complexity of basic problems for weighted register automata (WRA) and proposed an algorithm that computes a minimum-weight run of a given WRA. We also conducted a fundamental study on SMT solvers and an empirical study on understanding the semantics of malware.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

セキュアなソフトウェアの設計運用技術を発展させるべく，ソフトウェア検証・解析などの形式手法からのアプローチが必要となっている．同時に，大規模構造化データが計算機システム上でますます蓄積，交換されるようになり，それら大規模データの安全で効率的な処理のための計算モデルの導入，基本問題を解くアルゴリズムの設計や計算量の解析，実用上効率的に動作するツールの開発等が求められている．本研究成果はこれらの要請に答えるものである．

Research Products

• [Journal Article] Direct Update of XML Documents with Data Values Compressed by Tree Grammars (2018)
  • Author(s): Kenji Hashimoto, Ryunosuke Takayama and Hiroyuki Seki
  • Journal Title: IEICE Transactions on Information and Systems Volume: E101.D Issue: 6 Pages: 1467-1478
  • DOI: 10.1587/transinf.2017FOP0002
  • NAID: 130007382456
  • ISSN: 0916-8532, 1745-1361
  • Year and Date: 2018-06-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Query Rewriting for Nondeterministic Tree Transducers (2016)
  • Author(s): Kazuki Miyahara, Kenji Hashimoto and Hiroyuki Seki
  • Journal Title: IEICE Transactions on Information and Systems Volume: E99-D(6) Pages: 1410-1419
  • NAID: 130005154738
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Graph Compression by Tree Grammars and Direct Evaluation of Regular Path Query (2019)
  • Author(s): Takeshi Takeda, Kenji Hashimoto and Hiroyuki Seki
  • Organizer: 2019 IEEE 4th International Conference on Computer and Communication Systems (ICCCS 2019), CD104, 257-261
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Generalized Register Context-Free Grammars (2019)
  • Author(s): Ryoma Senda, Yoshiaki Takata and Hiroyuki Seki
  • Organizer: 13th International Conference on Language and Automata Theory and Applications (LATA 2019), Sankt Petersburg, LNCS 11417, 259-271
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 重み付きレジスタオートマトンの最小重み実行問題 (2019)
  • Author(s): 吉村玲勇，関浩之
  • Organizer: 電子情報通信学会ソフトウェアサイエンス研究会（講演番号：SS2018-37）
• [Presentation] Complexity Results on Register Context-Free Grammars and Register Tree Automata (2019)
  • Author(s): Ryoma Senda
  • Organizer: 50th TRS meeting
• [Presentation] 動的情報漏洩量の解析および適応的制御入力最適化 (2019)
  • Author(s): 三輪竜矢，関浩之
  • Organizer: 電子情報通信学会ソフトウェアサイエンス研究会（講演番号：SS2018-68）
• [Presentation] Complexity Results on Register Context-Free Grammars and Register Tree Automata (2018)
  • Author(s): Ryoma Senda, Yoshiaki Takata and Hiroyuki Seki
  • Organizer: 15th International Colloquium on Theoretical Aspects of Computing (ICTAC 2018), Stellenbosch, LNCS 11187, 415-434
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 非決定性選択木オートマトンの決定化 (2018)
  • Author(s): 川本将也,橋本健二,関浩之
  • Organizer: 情報処理学会第117回プログラミング研究会（講演番号：2017-4-(2)）
• [Presentation] 有向グラフに対する圧縮法および圧縮グラフに対する頂点選択問合せ評価法の提案 (2018)
  • Author(s): 武田健志,橋本健二,関浩之
  • Organizer: 第10回データ工学と情報マネジメントに関するフォーラム（DEIM 2018）
• [Presentation] 木文法に基づき圧縮されたXML文書に対するデータ値を考慮した直接更新法 (2017)
  • Author(s): 高山隆之介，橋本健二，関浩之
  • Organizer: 第9回データ工学と情報マネジメントに関するフォーラム（DEIM 2017）
  • Place of Presentation: 那覇市，てんぷす那覇
  • Year and Date: 2017-03-09
• [Presentation] あるクラスのXPath式から先読み付き決定性選択木オートマトンへのスキーマを用いた変換 (2017)
  • Author(s): 川本将也，橋本健二，関浩之
  • Organizer: 電子情報通信学会ソフトウェアサイエンス研究会（講演番号：SS2016-54）
  • Place of Presentation: 京都市，京都工芸繊維大学
  • Year and Date: 2017-01-26
• [Presentation] 木文法に基づくグラフ圧縮法および圧縮グラフに対する頂点選択問合せ評価法 (2017)
  • Author(s): 武田健志,橋本健二,関浩之
  • Organizer: 電子通信学会ソフトウェアサイエンス研究会（講演番号：SS2017-1）
• [Presentation] トップ木に基づく圧縮データに対する直接更新法 (2017)
  • Author(s): 西村卓, 橋本健二,関浩之
  • Organizer: 電子通信学会ソフトウェアサイエンス研究会（講演番号：SS2017-22）
• [Presentation] OSS開発におけるパッチの特徴量を用いた再投稿要求の予測 (2016)
  • Author(s): 安藤聡志，伊原彰紀，関浩之，平尾俊貴，則兼卓人，松本健一
  • Organizer: 情報処理学会第194回ソフトウェア工学研究会
  • Place of Presentation: 岐阜市，長良川国際会議場
  • Year and Date: 2016-11-17
• [Presentation] 木文法に基づく圧縮XML文書に対するデータ値を考慮した直接更新手法 (2016)
  • Author(s): 高山隆之介，橋本健二，関浩之
  • Organizer: 電子情報通信学会ソフトウェアサイエンス研究会（講演番号：SS2016-27）
  • Place of Presentation: 彦根市，彦根勤労福祉会館
  • Year and Date: 2016-10-27
• [Presentation] トップ木に基づく木圧縮法の実装と問合せ処理法の提案 (2016)
  • Author(s): 西村卓，橋本健二，関浩之
  • Organizer: 電子情報通信学会ソフトウェアサイエンス研究会（講演番号：SS2016-10）
  • Place of Presentation: 札幌市，北海道立道民活動センター
  • Year and Date: 2016-07-13
• [Presentation] 非決定性木変換器における問合せ保存 (2016)
  • Author(s): 宮原一喜，橋本健二，関浩之
  • Organizer: 電子情報通信学会ソフトウェアサイエンス研究会（講演番号：SS2015-79）
  • Place of Presentation: 沖縄県宮古青少年の家
  • Year and Date: 2016-03-10
• [Presentation] On the query preservation for nondeterministic tree transducers (2016)
  • Author(s): Kazuki Miyahara, Kenji Hashimoto and Hiroyuki Seki
  • Organizer: 日本ソフトウェア科学会第18回プログラミングおよびプログラミング言語ワークショップ
  • Place of Presentation: 岡山県玉野市
  • Year and Date: 2016-03-07
• [Presentation] 圧縮構造化文書のための更新手法の拡張とその実験的評価 (2016)
  • Author(s): 後藤健志，高山隆之介，橋本健二，関浩之
  • Organizer: 電子情報通信学会ライフインテリジェンスとオフィス情報システム研究会（講演番号：LOIS2015-75）
  • Place of Presentation: 沖縄県宮古島市役所中央公民館
  • Year and Date: 2016-03-03
• [Presentation] ①Direct Evaluation of Selecting Tree Automata on XML Documents Compressed with Top Trees (2016)
  • Author(s): Kenji Hashimoto, Suguru Nishimura and Hiroyuki Seki
  • Organizer: 4th International Workshop on Trends in Tree Automata and Tree Transducers
  • Place of Presentation: Seoul, South Korea
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ②Automating Time Series Safety Analysis for Automotive Control Systems in STPA using Weighted Partial Max-SMT (2016)
  • Author(s): S. Sato, S. Hattori, H. Seki, Y. Inamori and S. Yuen
  • Organizer: 5th International Workshop on Formal Techniques for Safety-Critical Systems
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Automated Hazard Analysis with pMAX-SMT for Automobile Syst (2015)
  • Author(s): Shogo Hattori, Shoji Yuen, Hiroyuki Seki and Shuichi Sato
  • Organizer: 15th International Workshop on Automated Verification of Critical Systems
  • Place of Presentation: Edinburgh, U.K.
  • Year and Date: 2015-09-02