2020 Fiscal Year Annual Research Report
Resilience Enhancement of IoT Ecosystem by Cryptographic Technologies
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18H05289
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
崎山 一男 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (80508838)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
太田 和夫 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 特命教授 (80333491)
廣瀬 勝一 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (20228836)
岩本 貢 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (50377016)
駒野 雄一 株式会社東芝研究開発センター, その他部局等, 主任研究員 (50393856)
三浦 典之 大阪大学, 情報科学研究科, 教授 (70650555)
菅原 健 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (60785236)
李 陽 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (20821812)
渡邉 洋平 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (40792263)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 情報セキュリティ / 暗号理論 / 情報理論 / ハードウェアセキュリティ / 集積回路工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リーク耐性暗号、リーク鍵の蒸留、及びリーク検知技術の3つの研究テーマの実績は以下の通りである。
１）リーク耐性暗号：攻撃検知後に即座に暗号回路を永久停止させる自己破壊機構を開発し、国際会議SSDMおよび論文誌JJAPで発表した。理論研究に関連しては、これまでの検索可能暗号方式をより漏洩が少ない方式へ変換する手法を提案し、国内会議CSSで奨励賞を受賞した。暗号利用モードについては、従来方式の2倍の効率を達成する方式を国際会議ACNSで発表した。情報漏洩の形式的モデルへのフィードバックに関しては、プロービング攻撃が引き起こすセキュリティ上の問題とIoTシステムの被害を検証し、国内研究会HWSで発表した．
２）リーク鍵の蒸留：AESの鍵の一部が完全に漏洩した場合を想定し、鍵の漏洩率と鍵の完全復元確率について国際会議ISITAで発表した．さらに、より現実的なモデルの下で新たに鍵復元攻撃を実装し，国内会議SCISで発表した．カードベース暗号に関しては，秘匿置換を用いた効率的な大小比較プロトコルを国際ジャーナルNew Generation Computingで発表した．秘匿置換における不正検出については，国際会議ISITAで発表した． リーケージセンサについては、攻撃箇所を特定する機能を利用して、攻撃検知後に漏洩リスク下にある部分鍵を更新する方式を考案し、回路シミュレーション上で動作を確認した。
３）リーク検知技術：物理的なダイレクトプロービング攻撃を検知するためにタッチセンサ技術を応用したリーケージセンサを開発し、AES暗号処理回路と統合したプロトタイプの正常動作を確認した。ベルギーKU Leuven大と共同開発したICチップを含め、これまでに試作した4種のICチップの評価結果を統合し、プロービング攻撃対策におけるコストと安全性のトレードオフを解析する総合的評価プラットフォームを構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
術語の違いによる境界研究の相互理解への影響や、評価ICチップの作製及び評価環境構築における費用不足といった研究遂行上の問題を解決し、プロービング攻撃の対策技術の研究を進めることができた。また、物理レイヤーから暗号処理アルゴリズムに至るまで、情報漏洩の物理的・数理的理解を深めることができた。当初の研究計画において予見していなかったKU Leuven大のRijmen教授とNikova博士の研究チームと共同作製したMask and Macs (M&M)については、理論的安全性に基づく物理攻撃耐性技術に対して、現実世界の攻撃者を想定した安全性と脆弱性の検証実験が進んでいる。研究当初に設定した２つの課題についても順調に研究が進展している。
【課題1:IoTシステムへの暗号技術の適切な導入】における対策技術の実現性については、これまでにチーム三浦が作製した４種の評価基板を研究の中心に置き、鍵更新と鍵蒸留を考慮したリーケージレジリエント暗号の深化を追求するチーム太田との協働を進めることができた。
【課題2:鍵のライフサイクルとIoTシステムのレ ジリエンス向上】では、チーム太田とチーム岩本が進めるIoTシステムのレジリエンスに繋がる理論的対策技術に対して、実際のIoTシステムと対応するリーケージセンサを実装し、評価した。現実のIoTシステムを想定したレジリエンス評価を行い、暗号理論、情報理論、及び集積回路工学の境界領域における新たな研究分野を創出することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、M&M技術で対策されたAES暗号ICチップを用いて、最新の物理攻撃対策技術の安全性を評価する。これまでに作製したリーケージセンサとPUFの評価基板ボードとは、インタフェイス仕様が異なるため、評価実験環境をバージョンアップし、総合的な解析を実施できる環境を整える。海外連携については、AES暗号アルゴリズムの 開発者の一人であるKU Leuven大のRijmen教授と、サイドチャネル攻撃対策として注目されているThreshold Implementationの開発者であるNikova博士を海外の協力研究者とし、本研究課題の理論的・実践的側面における協働を推進する。課題ごとの研究推進の方策は以下のとおりである。
【課題1:IoTシステムへの暗号技術の適切な導入】チーム三浦が作製した4種の評価基板を研究の中心に置き、引き続き、鍵更新と鍵蒸留を考慮したリーケージレジリエント暗号の深化を追求するチーム太田との協働を進める。特に、KU Leuven大と共同開発したICチップの安全性解析と物理的なダイレクトプロービング攻撃を検知する新たなリーケージセンサの評価について、研究を加速する。
【課題2:鍵のライフサイクルとIoTシステムのレジリエンス向上】では、チーム太田とチーム岩本が進めるIoTシステムのレジリエンスに繋がる理論的対策技術に対して、チーム三浦が取り組むリーケージセンサの性能評価結果をフィードバックする。これにより、暗号システムにおける鍵の長寿命化に資する集積回路設計手法を考案するとともに、本課題に対する本質的な解を提示する。
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| Remarks |
https://sakiyama-lab.jp/study
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Research Products
(35 results)
