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2018 Fiscal Year Research-status Report

サイバー攻撃に対して頑強な制御システムの開発

Research Project

Project/Area Number 17K14699
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

若生 将史  神戸大学, システム情報学研究科, 講師 (50778587)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords制御システム / セキュリティ / DoS攻撃 / 量子化制御
Outline of Annual Research Achievements

平成30年度は,サイバー攻撃の一種であるDoS攻撃下におけるネットワーク化システムの制御問題について研究を行った.本研究におけるDoS攻撃とは,ジャミングなどにより意図的に測定データや制御入力データのパケットロスを起こす攻撃のことである.従来の研究ではパケットロスを確率的なモデルで記述していたが,DoS攻撃の場合攻撃者がパケットロスを起こすかどうか自由に選択できるため,そのモデルが確率的になるとは限らない.本研究ではDoS攻撃を確定的な条件で特徴づけした.そして,その条件を満たす範囲でパケットロスが起こると仮定し,量子化制御の安定化問題を考えた.デコーダはパケットロスの発生をデータが正しく送られてきたどうかで検出できるが,エンコーダはそのように検出できない.そこでAck信号をデコーダからエンコーダに送ることで,エンコーダもパケットロスが起きたかどうか検出できるようにし,量子化則の1種であるズーミングイン,ズーミングアウト機構をDoS攻撃下でも機能するように拡張した.そして,この量子化則のもとで平衡点への収束とリアプノフ安定性を保証するための,攻撃時間の長さと攻撃頻度に関する十分条件を導出した.従来の量子化則では,各センサに対して分散的にエンコーダを設置するために,リアプノフ関数のレベル集合が用いられていた.しかし,パケットロスが起こりうる場合,閉ループシステムの状態がレベル集合から離れてしまう可能性がある.そのため,レベル集合を用いない量子化則を設計する必要がある.本研究では,閉ループシステムの状態がとりうる軌道を,行列の無限大ノルムを用いて解析することで,新たな量子化則を設計している.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成30年度は,DoS攻撃の下での量子化制御について研究を行った.近年,サイバー攻撃の下での制御手法の研究は数多くなされているが,提案手法のように量子化を考慮した研究は少ない.しかし,DoS攻撃が起こるようなネットワーク化制御系の場合,信号は量子化されているとする方が自然である.一方で,従来得られている量子化則をそのまま用いるとDoS攻撃の影響でシステム全体が不安定化しうる.本研究では,ズーミングイン,ズーミングアウト機構を拡張することで,期待通りの結果を得ることができた.

Strategy for Future Research Activity

次年度は,当初の予定通り制御システムのプライバシーについて研究を行う.ここでは無線基地局の送信電力制御に焦点を当てる.無線基地局が送信電力を決定する際には,その基地局の近傍に存在するユーザーの数が必要になる.一方で,このユーザー数の情報が攻撃者に知られてしまうと,ユーザーの位置に関する情報が流出してしまう可能性がある.そこで,ユーザー数の情報を秘匿しながら無線基地局の送信電力を決定する手法を考案する.情報を一か所に集中させて制御する方法では,ユーザー数に関する情報を送信する必要があるため,その情報を完全には秘匿できない.そこで,今後の研究では分散最適化手法を用いてユーザー数の情報を外部に出すことなく最適な送信電力を計算する.

  • Research Products

    (9 results)

All 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] University of California, Santa Barbara(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      University of California, Santa Barbara
  • [Journal Article] Stabilization of Networked Control Systems Under Clock Offsets and Quantization2018

    • Author(s)
      Okano Kunihisa、Wakaiki Masashi、Yang Guosong、Hespanha Joao P.
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Automatic Control

      Volume: 63 Pages: 1708~1723

    • DOI

      10.1109/TAC.2017.2753938

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] LQ-Optimal Sampled-Data Control under Stochastic Delays: Gridding Approach for Stabilizability and Detectability2018

    • Author(s)
      Wakaiki Masashi、Ogura Masaki、Hespanha Joao P.
    • Journal Title

      SIAM Journal on Control and Optimization

      Volume: 56 Pages: 2634~2661

    • DOI

      https://doi.org/10.1137/17M1150608

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Backstepping Observers for Two Linearized Kermack-McKendrick Models2018

    • Author(s)
      Sano Hideki、Wakaiki Masashi、Maruyama Hayate
    • Organizer
      17th IFAC Workshop on Control Applications of Optimization
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Simultaneous Optimization of Statistical Model and Control Input Plan2018

    • Author(s)
      Iimura Yoshinobu、Wakaiki Masashi、Homma Katsumi、Umeda Yuhei、Kaneko Junji、Higuchi Hiroyuki、Kubota Kazumi、Asami Naoya、Ikeda Kazuto
    • Organizer
      2018 Annual American Control Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quantized Output Feedback Stabilization under DoS Attacks2018

    • Author(s)
      Wakaiki Masashi、Cetinkaya Ahmet、Ishii Hideaki
    • Organizer
      2018 Annual American Control Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Model Predictive Cell Zooming for Energy-Harvesting Small Cell Networks2018

    • Author(s)
      Wakaiki Masashi、Suto Katsuya、Koiwa Kenta、Liu Kang-Zhi、Zanma Tadanao
    • Organizer
      2018 IEEE International Conference on Communications
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] DoS攻撃の下での量子化制御2018

    • Author(s)
      若生将史,Ahmet Cetinkaya, 石井秀明
    • Organizer
      第61回システム制御情報学会研究発表講演会
  • [Presentation] 無限次元システムのサンプル値サーボ問題について2018

    • Author(s)
      若生将史,佐野英樹
    • Organizer
      2018年度応用数学合同研究集会

URL: 

Published: 2019-12-27  

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