2021 Fiscal Year Research-status Report
光音響効果を用いたシグナルインジェクション攻撃とその対策
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21K11884
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
菅原 健 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (60785236)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 光音響効果 / セキュリティ / レーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
・真空容器内でマイクにレーザー照射実験を行い，空気圧によってライトコマンドの結果がどのように変化するか検証した．その結果，主要な原因は熱ピストモンモデルによって生じる光音響効果であるものの，光電効果も同時に生じていることがわかった．本結果を，国際会議（IEEE Sensors）で発表した．より詳細には，真空容器内でマイクにレーザー照射実験を行い，空気圧によってライトコマンドの結果がどのように変化するか検証した．研究当初，ライトコマンドの原理としては，光音響効果と，光電効果の２つが候補となっていた．上記実験は，両者の分離を目的とする．容器内の気圧は，機械的な振動を伴う光音響効果に変化を及ぼすが，半導体チップ内で生じる光電効果には影響しないためである．実験の結果，主要な原因は熱ピストモンモデルによって生じる光音響効果であるものの，光電効果も同時に生じていることがわかった．また，それらの物理メカニズムにより，影響を持つ周波数帯域が異なることを明らかにした．
・また，上記研究からの派生として，実験で用いたレーザー振動計の別のセキュリティ応用として，MLCC から生じる音響リークの周波数特性について研究を行った．この成果は，国内シンポジウム（ソサイエティ大会，SCIS）で発表を行った．
・さらに，別種センサへの拡張として，温度センサに誤情報を挿入する攻撃について研究し，論文誌（AAMI Biomedical Instrumentation & Technology）で発表した．
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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
2021 年度は，光が振動に変わるメカニズムの解明を目指し，真空容器内での MEMS マイクの計測を計画していた．計画の通り，真空容器内でマイクにレーザー照射実験を実施した．その結果，主要な原因は熱ピストモンモデルによって生じる光音響効果であるものの，光電効果も同時に生じていることを明らかにした．また，それらの物理メカニズムにより，影響を持つ周波数帯域が異なることを明らかにした．その成果は，国際会議（IEEE Sensors）での発表した．以上より，研究は順調に進展していると言える．加えて，以上から得られた知見を応用することで，派生するテーマであるMLCC からの音響リークと，温度センサへのシグナルインジェクション攻撃についても新たな成果が得られた．それらについても，論文誌や国内シンポジウムで発表を行った．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究は順調に進んでおり，残り２年も計画の通り実行する．
2年目は，シミュレーションモデルの構築と，攻撃に影響を持つ物理パラメータの同定を行う．今年度の実験によって得られた知見より，光音響効果と光電効果が異なる周波数帯に影響を及ぼすことが分かった．それに加えて，共振点などの，マイクの機械的特性を考慮したモデルを作成する必要があることが分かった．両者を充足する方針として，マイクにおける音響現象を，等価な電気回路で表現する従来モデルを拡張するアプローチで研究を行う予定である．
なお，3年目は，それまでに得られた知見を対策法・攻撃法へ応用することを計画している．今年度の成果によって，すでに，レーザー照射によって生じる（攻撃者が挿入する）信号には，特有の周波数特性があることが分かった．それを応用することで，攻撃の検知や，攻撃の精緻化を行うことができると考えている．
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