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Hypervisor-based memory acquisition and restoration system for temporal-dimension forensic analysis and its application to deep-learning-based automatic incident detection

Research Project

Project/Area Number 20K11825
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 60070:Information security-related
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, 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) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywordsサイバーセキュリティ / デジタルフォレンジック / 仮想化技術 / ランサムウェア検知 / メモリフォレンジック / 仮想計算機モニタ / ハイパーバイザ / 仮想化 / ランサムウェア / 深層学習 / ハイパーバイザー / ディープラーニング / ファイルレスマルウェア / メモリアクセスパターン / 時系列データ分析 / サイバー犯罪 / 時系列データ解析 / ディジタルフォレンジック / インシデントレスポンス / 機械学習と深層学習
Outline of Research at the Start

今日のサイバーセキュリティが直面する課題は(1)サイバー犯罪の増大に警察などの法執行機関が対処できなくなってきていること,(2)ファイルレス・マルウェアの増加と暗号化ファイルシステムにより従来のストレージ解析手法が役に立たなくなってきていること,(3)犯罪者による証拠隠滅や改ざんへの対策が不可欠になっていること,の3点である。これらの課題の対策として,本申請では,実世界での「監視カメラ」とその大量の監視記録から犯罪の証拠を高速に発見する「解析システム」に相当する,サイバー攻撃への新しい対策機構を実装・評価する。

Outline of Final Research Achievements

We developed a cyber-attack monitoring and analysis system using a lightweight hypervisor and a deep learning model. This study has three themes: in theme (A), we developed an incremental memory dump acquisition mechanism using a lightweight hypervisor, BitVisor. In theme (B), we used theme (A) to monitor BlueSky, a ransomware with anti-analysis capabilities, and we analyzed it using Volatility, a memory forensics framework. We published the results in the top international journal in digital forensics, Digital Investigation. In theme (C), we collected memory access patterns using BitVisor. The deep learning model trained using the memory access patterns could detect ransomware with an F-score of 0.98.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

今日のサイバーセキュリティが直面する課題は(1)サイバー犯罪の増大に警察など法執行機関が対処できなくなっていること,(2)ファイルレスマルウェア等の攻撃手法の高度化、暗号化ファイルシステムによってストレージフォレンジック技術が役に立たなくなってきていること,(3)犯罪者による証拠隠滅や改ざんへの対策が不可欠になっていること,の3点である。本研究ではこれらへの対策として,コンピュータの「監視システム」と大量の監視記録から証拠を高速に発見する「解析システム」を開発,評価した。本研究課題の成果はデジタルフォレンジック分野の主要ジャーナル Digital Investigation に採録された。

Report

(4 results)
  • 2023 Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2022 2021 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (8 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Machine Learning-based Ransomware Detection Using Low-level Memory Access Patterns Obtained From Live-forensic Hypervisor2022

    • Author(s)
      Hirano Manabu、Kobayashi Ryotaro
    • Journal Title

      2022 IEEE International Conference on Cyber Security and Resilience (CSR)

      Volume: - Pages: 323-330

    • DOI

      10.1109/csr54599.2022.9850340

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] RanSAP: An open dataset of ransomware storage access patterns for training machine learning models2022

    • Author(s)
      Hirano Manabu、Hodota Ryo、Kobayashi Ryotaro
    • Journal Title

      Forensic Science International: Digital Investigation

      Volume: 40 Pages: 301314-301314

    • DOI

      10.1016/j.fsidi.2021.301314

    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 機械学習を用いたランサムウェア検知におけるメモリとストレージのアクセスパターンの特徴重要度の分析2022

    • Author(s)
      水野 広基, 平野 学, 小林 良太郎
    • Organizer
      研究報告コンピュータセキュリティ(CSEC) 2022-CSEC-99(6)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ストレージとメモリのアクセス速度の違いを考慮した深層学習によるランサムウェア検知システム2022

    • Author(s)
      河根 範明, 平野 学, 小林 良太郎
    • Organizer
      研究報告コンピュータセキュリティ(CSEC) 2022-CSEC-99(7)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 準パススルー型ハイパーバイザーを用いた差分メモリダンプ機構の評価2022

    • Author(s)
      牧原 京佑, 平野 学, 小林 良太郎
    • Organizer
      研究報告コンピュータセキュリティ(CSEC) 2022-CSEC-98(15)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 準パススルー型ハイパーバイザを用いて取得したメモリデータの分析2022

    • Author(s)
      大森 貴通, 平野 学, 小林 良太郎
    • Organizer
      SCIS2022 暗号と情報セキュリティシンポジウム、2B3-1
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 深層学習によるディスクアクセスパターンを用いたランサムウェア検知システム2021

    • Author(s)
      程田 凌羽, 平野 学, 小林 良太郎
    • Organizer
      コンピュータセキュリティシンポジウム2021論文集、2021-10-19、1145-1150
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 準パススルー型ハイパーバイザを用いたOSごとのメモリアクセスパターンの違いの調査2021

    • Author(s)
      水野広基, 牧原京佑, 平野学, 小林良太郎
    • Organizer
      令和3年度電気・電子・情報関係学会東海支部連合大会、H2-3
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ストレージアクセスパターンを用いた機械学習によるランサムウェア判別システムの精度向上に関する考察2021

    • Author(s)
      程田 凌羽、平野 学、小林 良太郎
    • Organizer
      情報処理学会 研究報告コンピュータセキュリティ(CSEC)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 準パススルー型ハイパーバイザによるメモリデータ収集機能の性能改善と評価2021

    • Author(s)
      大森 貴通、水野 広基、牧原 京佑、平野 学、小林 良太郎
    • Organizer
      情報処理学会 研究報告コンピュータセキュリティ(CSEC)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Remarks] Open Dataset of Ransomware Storage Access Patterns

    • URL

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

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] RanSAP: An Open Dataset of Ransomware

    • URL

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

    • Related Report
      2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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