| Project/Area Number |
23K22779
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| Project/Area Number (Other) |
22H01509 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21040:Control and system engineering-related
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
小木曽 公尚 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (30379549)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金子 修 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (00314394)
畑 秀明 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (00713041)
和田 洋一郎 東京大学, アイソトープ総合センター, 教授 (10322033)
小泉 憲裕 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (10396765)
定本 知徳 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (40839966)
宮嵜 哲郎 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 講師 (60734481)
澤田 賢治 電気通信大学, i－パワードエネルギー・システム研究センター, 准教授 (80550946)
猪俣 敦夫 大阪大学, 情報セキュリティ本部, 教授 (90505869)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
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| Keywords | 暗号化制御 / サイバーセキュリティ / セキュリティ指標 / 検証実験 / セキュリティ / 指標 / 準同型暗号 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，暗号化制御系における秘匿性指標(セキュリティメトリクス)の顕在化を目的と定め，つぎの4課題 i) セキュリティメトリクスの本質解明，ii) データ駆動制御への展開，iii) 遠隔操作ロボットへの展開，iv) 放射性医薬品製造への展開に対し，制御工学・情報セキュ リティ・医療ロボティクス・ソフトウェア工学を専門とする学際研究チームで臨み，本研究の目的達成を目指す．そして，動的システムに対す るセキュリティの概念を整備し，制御系の安全性証明や計算量的安全性による制御系設計理論の創出に繋げる．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，暗号化制御系における秘匿性指標(セキュリティメトリクス)の顕在化を目的と定め，つぎの4課題 i) セキュリティメトリクスの本質解明，ii) データ駆動制御への展開，iii) 遠隔操作ロボットへの展開，iv) 放射性医薬品製造への展開に対し，制御工学・情報セキュリティ・医療ロボティクス・ソフトウェア工学を専門とする学際研究チームで臨み，本研究の目的達成を目指す．令和5年度では，暗号化制御システムにおけるセキュリティメトリクスを明らかにすることを目的と定め，制御理論と暗号理論の融合により動的システムに対するセキュリティメトリクスを明らかにする数学的概念と計算ツールや，検証作業を目的とする実験環境を整備し，制御システムセキュリティの確立を目指した．その結果，課題 i) および ii) に関する以下の成果が得られた．まず，i) に関し，暗号化制御のセキュリティ指標の一つとして，攻撃者のターゲット情報の推定精度およびその処理時間に基づく定量化指標を定式化することで，このセキュリティ指標の意味で制御器および暗号化方式の最適なパラメータの設計法を与えた．これにより，制御信号の盗聴攻撃や制御モデルの推定攻撃（システム同定攻撃）を想定した暗号化制御系の最適設計問題を創出し，その最適解を与える制御問題を確立した．つぎに，ii) について，データ駆動制御系に対しても，暗号化制御系設計のアイデアが有用であることを示した．さらに，各課題に取り組むためのツールの整備や実験ノウハウの獲得として，産業用直動ステージを用いた暗号化制御系を構築し，サイバー攻撃実験によるリアルタイム攻撃検知機能の検証や，より強固なセキュリティ強度を有する高機能暗号化方式との併用がアルタイム制御・攻撃検知機能に有用であることを実機実証した．そして，暗号化制御技術に関する3件の特許を出願した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和5年度で得られた，制御システムのセキュリティ指標およびそれに係る数学的概念と計算ツール，そして，暗号化制御系の実験環境整備に関するノウハウを活用し，課題iii) 遠隔操作ロボットへの展開 に取り組んでいる．具体的には，2台のロボットアームの遠隔操作（同期制御など）用の実証機として開発したリーダー・フォロワーの暗号化制御系のリーダー機を，研究協力者 上田淳教授（ジョージア工科大学）の研究室に設置し，ジョージア工科大学と電気通信大学間の遠隔制御系を構築した．現在は，日米間通信による暗号化遠隔操作系の実証試験（同期制御や力覚提示，サイバー攻撃検知）を実施しデータの分析を進めている．同暗号化遠隔操作系を応用したモーションコピーシステムのセキュリティの強化課題にも取り組み，得られた結果を論文誌に投稿中である．なお，国内で実施したロボットアームの暗号化遠隔操作に関する結果をIEEEの学術誌へ投稿中である．さらに，暗号に係る計算コスト増による制御性能劣化に対処するため，非同期通信を暗号遠隔操作系に実装し，制御性能の改善を図るアプローチを検討している．あわせて，研究分担者の専門分野において暗号化制御の応用を見据えた基礎研究を進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究方策いついては，本研究の目的である暗号化制御系におけるセキュリティメトリクスを顕在化するために，残りの医工学分野および医薬品製造分野における課題 iii) 遠隔操作ロボットへの展開 および 課題 iv) 放射性医薬品製造への展開に対し，制御工学・情報セキュリティ・医療ロボティクス・ソフトウェア工学を専門とする学際研究チームで理論的および実験的プローチで取り組む．課題iii) については，遠隔手術ロボットの駆動装置として重要な役割を果たす，空気圧駆動装置を用いたバイラテラル暗号化制御系の開発及びサイバー攻撃検知などに取り組み，遠隔手術ロボットのサイバーセキュアな基盤技術を構築する．そして，課題iv) については，α線がん治療創薬の製造プロセスが完成次第，医薬品製造プロセスにおけるサイバーセキュリティのセキュリティリスク評価にもとづき，ロボット操作系の暗号化実装および模擬サイバー攻撃時の潜在的なリスク分類とシステムへの被害想定を評価する．さらに，本研究プロジェクトで得られた成果を踏まえ，かつ，総括するために，暗号化制御研究のサーベイ論文を発表できるよう準備を進める．
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