2020 Fiscal Year Research-status Report

Development of CAPTCHA to realize barrier free

Research Project

Project/Area Number	19K11957
Research Institution	Tsukuba University of Technology
Principal Investigator	岡本健筑波技術大学, 保健科学部, 教授 (00349797)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2024-03-31
Keywords	CAPTCHA / バリアフリー型 / ワードサラダ / マルコフ連鎖
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、知覚に関してバリアフリーなCAPTCHAを構築することを目的としている。この目的を達成するため、視覚や聴覚といった知覚に限定されないバリアフリー性と、人間には容易に解けるが、現状のロボットには解答が難しい問題を生成する方法について、主に検討した。従来研究では、ワードサラダと呼ばれるマルコフ連鎖による合成文の不自然さを用いて問題を生成している。この方式の場合、認証段階において、人間の生成した自然文とワードサラダを提示し、利用者にそれらを識別させるという手法を用いている。しかしながら、この方式には自然文の収集困難性や検索エンジンを用いた攻撃への脆弱性といった問題点を内包している。マルコフ連鎖では、そのパラメータである階数を変えることで、異なる性質を持つワードサラダを生成する。提案方式では、階数の異なるマルコフモデルから生成された２種類のワードサラダ間に存在する「文の自然さ」の差をCAPTCHA に利用し、問題作問を試みている。提案したワードサラダを用いることで、従来存在していた自然文に起因する脆弱性の問題点を解決した。また、２種類のワードサラダの比較結果を解答する方式により、人間による正答率の低下を抑制した。提案方式については、実証実験を行い、階数Nの文章合成を使用したワードサラダの多様性や人間の認証能力について考察した。前者では、マルコフ連鎖モデルからワードサラダを、階数ごとに一定数生成し、得られた文章の多様性を確認した。後者では、人間による文の自然さに対する認識力が、どれくらいあるかを定量的に評価することができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究では、問題の認知が視覚や聴覚といった特定知覚に依存しない新しい言語型CAPTCHAを提案し、前述の問題点の解決を試みた。提案方式では、方言にみられる子音交替を問題文に適用することにより、人間には解釈できるがロボットでは検索の妨げとなるような改変を行った。また、人間による正答率とロボットによる子音交替への攻撃成功率について定量的に評価した。また、クイズ型CAPTCHAの代替方式として、新しい言語型CAPTCHAについても提案した。最初に従来のクイズ型CAPTCHAの安全性を解析し、その問題点を指摘した。次に自然文に相当する文をマルコフ連鎖に基づき生成することにより、従来方式のもつ脆弱性を解決した。提案方式ではワードサラダのみ用いることで、自然文に起因する種々の問題点の解決を試みた。また複数のワードサラダの比較結果を解答するというアプローチにより、人間による正答率の低下抑制を実現した。
Strategy for Future Research Activity	現在使われている代表的なアルゴリズムに対し、マルコフ連鎖を用いたアルゴリズムへの置き換えを検討する。認識型CAPTCHAへの応用はその候補のひとつで、その中に含まれている暗号部分をマルコフ連鎖型のアルゴリズムに置き換えて評価を行う。これにより、実用面において、相互通信の回数や帯域、メモリなどの大幅減少が見込めるため、どの程度の削減が可能かを定量的に評価する。次にアルゴリズムを実用化する際に重要な役割を果たす電子決済サービスへの適用など、従来の認証に対する更なる高機能化を目指す。また、ワードサラダ識別型CAPTCHAは、既存の方式に比べ応答時間が長いことが知られている。商用CAPTCHAの平均応答時間は、ある研究機関により画像型で11秒、音声型で43秒程度と見積もられているが、現行の方式では200秒以上の時間がかかっているため、これらの改善をはかる必要がある。
Causes of Carryover	当該年度はコロナ渦の時期であった。感染症対策のため旅費に関する支出が当初の予定と比べて少なくなったため、若干次年度使用額が生じた。この金額については、オンライン打ち合わせの整備費に充当する予定である。