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Hypervisor-based digital forensic evidence preservation system and its application to machine learning

Research Project

Project/Area Number 17K00198
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Information security
Research InstitutionNational Institute of Technology, Toyota College

Principal Investigator

Hirano Manabu  豊田工業高等専門学校, 情報工学科, 准教授 (50390464)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小林 良太郎  工学院大学, 情報学部(情報工学部), 教授 (40324454)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2020: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2019: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywordsディジタルフォレンジクス / ハイパーバイザ / ランサムウェア / 機械学習 / ストレージフォレンジクス / メモリフォレンジクス / 仮想計算機モニタ / マルウェア / フォレンジック / インシデント・レスポンス / クラウド・コンピューティング / 深層学習 / サイバー攻撃 / ディジタルフォレンジック / サイバーセキュリティ / インシデントレスポンス / 不正アクセス / 仮想マシンモニタ / 分散並列処理 / アンチフォレンジックス / セキュリティ / サイバー犯罪
Outline of Final Research Achievements

In this project, we have developed the following two systems: a hypervisor-based surveillance system of storage devices on an endpoint computer, and an analysis system to find security incidents using the time-series data obtained from the surveillance system. The novel results of this project include: (1) we developed a novel machine learning feature on the analysis system. We used the machine-learning-based analysis system in detecting ransomware's storage access patterns. The system achieved a detection rate between 96% and 98% (F-measure). And (2) we developed a memory forensic feature on the surveillance system. In summary, we have refined our previous version of the hypervisor-based surveillance and analysis system using the machine-learning function and the memory forensic function.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の学術的意義は以下の2点である。まず,(1)国産の軽量ハイパーバイザ BitVisor を用い,ゲストOSへの影響を最小限に抑えながら,観測対象プログラムのストレージ装置とメモリのアクセスパターンを収集する新しい機構を実装・評価した。さらに,(2)記録した時系列のストレージアクセスパターンを新たに機械学習に適用し,特に被害が急増しているランサムウェアの検知に応用できることを確かめた。ランサムウェア検体3種類と,ランサムウェアに類似したアクセスパターンをもつ良性プログラム3種類(暗号化,セキュア削除,圧縮)を学習させて 96%から98%の検知率(F値)を達成した。

Report

(4 results)
  • 2020 Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2020 2019 2018 2017 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (11 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] LogDrive: a proactive data collection and analysis framework for time-traveling forensic investigation in IaaS cloud environments2018

    • Author(s)
      Hirano, M., Tsuzuki, N., Ikeda, S., and Kobayashi, R
    • Journal Title

      Journal of Cloud Computing

      Volume: 7 Pages: 1-25

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] WaybackVisor: Hypervisor-Based Scalable Live Forensic Architecture for Timeline Analysis.2017

    • Author(s)
      Hirano, M., Tsuzuki, T., Ikeda, S., Taka, N., Fujiwara, K., and Kobayashi, R.
    • Journal Title

      In International Conference on Security, Privacy and Anonymity in Computation, Communication and Storage

      Volume: ー Pages: 219-230

    • DOI

      10.1007/978-3-319-72395-2_21

    • ISBN
      9783319723945, 9783319723952
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ストレージアクセスパターンに注目した機械学習及び深層学習によるランサムウェアの検知手法の検討2020

    • Author(s)
      程田凌羽, 今泉大慈郎, 平野学, 小林良太郎
    • Organizer
      第88回 情報処理学会コンピュータセキュリティ (CSEC) 研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 準パススルー型ハイパーバイザを用いた時系列メモリデータ取得機構の試作と評価2020

    • Author(s)
      大森貴通, 稲垣怜, 平野学, 小林良太郎
    • Organizer
      第88回 情報処理学会コンピュータセキュリティ (CSEC) 研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 準パススルー型ハイパーバイザーを用いたメモリフォレンジックの提案2019

    • Author(s)
      大森貴通, 稲垣怜, 平野学, 小林良太郎
    • Organizer
      電気・電子・情報関係学会東海支部連合大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ストレージアクセスパターンと機械学習を用いたランサムウェアの検知システム2019

    • Author(s)
      程田凌羽, 今泉大慈郎, 平野学, 小林良太郎
    • Organizer
      電気・電子・情報関係学会 東海支部連合大会 - IEEE学生奨励賞 (Nagoya Section Student Paper Award)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ストレージアクセス履歴の時系列解析システムの実装とランサムウェア解析への応用2018

    • Author(s)
      池田征士朗 , 高直我 , 平野学 , 小林良太郎
    • Organizer
      情報処理学会コンピュータセキュリティ研究会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 準パススルー型ハイパーバイザによるストレージアクセスパターンの収集システムの提案2018

    • Author(s)
      高直我 , 池田征士朗 , 平野学 , 小林良太郎
    • Organizer
      情報処理学会コンピュータセキュリティシンポジウム
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 準パススルー型ハイパーバイザーによるストレージ装置の読み書き監視システム2017

    • Author(s)
      高直我, 都築卓馬, 藤原賢二, 平野学, 小林良太郎
    • Organizer
      電気・電子・情報関係学会東海支部連合大会 C4-1
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 準パススルー型ハイパーバイザーを用いたランサムウェアのディスクアクセスパターンの解析に向けた 取り組み2017

    • Author(s)
      池田征士郎, 都築夏樹, 藤原賢二, 平野学, 小林良太郎.
    • Organizer
      電気・電子・情報関係学会東海支部連合大会 C4-2
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 準パススルー型ハイパーバイザーを用いたブロックデバイス監視システムの性能評価2017

    • Author(s)
      都築卓馬, 岡野兼也, 高直我, 平野学
    • Organizer
      情報処理学会第79回全国大会 1W-01
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 4kibブロックごとの類似ハッシュの検出性能の評価2017

    • Author(s)
      都築夏樹, 平野学.
    • Organizer
      情報処理学会第79回全国大会 1W-03
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] ブロック単位でのディスクへの書き込み履歴から異常検出する手法の評価.2017

    • Author(s)
      吉田光輝, 池田征士朗, 原田滉史, 平野学.
    • Organizer
      情報処理学会第79回全国大会 1W-02
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Remarks] 学術論文で発表したシステム LogDrive のソースコード公開ページ

    • URL

      https://github.com/manabu-hirano/logdrive

    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Remarks] GitHub: LogDrive repository

    • URL

      https://github.com/manabu-hirano/logdrive

    • Related Report
      2017 Research-status Report

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2022-01-27  

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