Development of a processor with anomaly detection functions against cyber attacks

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K11968
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60070:Information security-related
• Research Institution: University of Nagasaki
• Principal Investigator: KATO MASAHIKO 長崎県立大学, 情報システム学部, 教授 (00536493)
• 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): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ハードウェアセキュリティ / IoTセキュリティ / サイバーセキュリティ / 異常動作検知 / 機械学習 / RISC-V / マルウェア対策 / プロセッサ

Outline of Final Research Achievements

1) The internal processor information effective for detecting abnormal CPU behavior includes the execution address, L1 instruction cache, and L1 data cache hit rates (overall, kernel space, and user space). 2) Random forests are suitable for implementing machine learning circuits on small hardware. 3) This function can be implemented with a small-scale circuit that does not affect the CPU implementation. 4) By reducing circuit scale and power consumption through bit width reduction and division tables without compromising features, it is possible to achieve these reductions without affecting the judgment results. 5) The hardware-implemented machine learning circuit can be retrained. 6) It was possible to actually operate on hardware equipped with a small-scale FPGA.

Free Research Field

ハードウェアセキュリティ

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は小規模なプロセッサで動作しているIoT機器に対して、アンチウイルスなどのソフトウェアに依存しないで、セキュリティ対策を行うことが出来るようにする方法を明らかにするものである。IoT機器のセキュリティ対策として、CPUの内部情報を機械学習させることで、ハードウェアのみで異常検知を行う研究は他に無く、学術的にも新規性がある。また、ハードウェア実装することで、ワイヤースピードでの動作が可能となるため、高速に移動する物体などのリアルタイム処理を行う必要があるようなIoT機器でもセキュリティ対策が可能となることを証明できた。再学習可能とする方法も検討しており、社会実装の実現性も高いと考える。