Protection method of name privacy in the Intrnet

Research Project

Project/Area Number	19K22843
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 60:Information science, computer engineering, and related fields
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	長谷川亨大阪大学, 情報科学研究科, 教授 (70576264)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	小泉佑揮大阪大学, 情報科学研究科, 准教授 (50552072)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help	¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000) Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000) Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000) Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	情報指向ネットワーキング / プライバシー / インターネット
Outline of Research at the Start	Information Centric Networking(ICN)ではキャッシュ機能を活用するためにデータ名を同じビット列に暗号化するため，プライバシー漏洩に対してIPより脆弱である．キャッシュの有効性を活用するために，ICNの脆弱性を解消する手法を開発する．まず，IPとICNにおけるプライバシーを定義するモデルを開発し，次にプライバシーを漏洩させないキャッシュ方式を開発する．
Outline of Annual Research Achievements	Information Centric Networking(ICN)は，コンテンツの指定にUniversal Resource Locator (URL)のような名前を用いるため，ネットワーク内の盗聴者などの攻撃者に，要求者が要求したコンテンツの情報が漏洩する．すなわち，要求者のプライバシーが漏洩する．これに対して，コンテンツの名前を暗号化することがプライバシー漏洩を防ぐ一つの手法である．初年度は，名前の暗号化の強靭性，すなわちどの程度のプライバシーが漏洩するかを評価した．第一に，コンテンツ名から漏洩するプライバシーを評価するため，攻撃法を考案した．攻撃者がコンテンツの人気度の分布を補助情報として知っている場合、攻撃者が多数のコンテンツを盗聴すると、暗号化されたコンテンツ名から元の平文のコンテンツ名を推測される脆弱性がある．これに対して，攻撃者が平文のコンテンツ名とコンテンツの人気度を知っており、盗聴した暗号化コンテンツの頻度を比較することにより、暗号化名に対応する平文のコンテンツ名を推測する頻度攻撃を定義した．第二に，ICNでは一つのコンテンツが複数のパケットで送信されるため，一つのコンテンツ名に対して，複数の暗号化されたパケット名が生成される．コンテンツが複数のパケットで送信される場合に対処するため，頻度攻撃を改良した．第三に，頻度攻撃に対する脆弱性をシミュレーションを用いて評価し，以下の点を明らかにした。第一に、攻撃者は，暗号化されたパケットの生起確率を用いることで、高い確率で暗号化されたパケット名に対応するデータ名を推定可能である。第二に、コンテンツの人気順位を活用した頻度攻撃が高い確率で、データ名を推定可能である。第三に、盗聴時間が長くなり、盗聴するパケットが増加するにつれて，コンテンツ名の推定が成功する確率が高くなる．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 1年目の目標は，項目1のモデル化を達成することであり，暗号化パケット名に対する攻撃を定義し，攻撃に対する脆弱性を評価することで，この目標を，以下の通り達成した．（１）暗号化パケット名から漏洩するプライバシーとして，頻度攻撃により元のコンテンツ名が攻撃者に推定される確率を定義した．（２）情報指向ネットワーキングに固有の1つのコンテンツが複数パケットから構成される条件に対応して，頻度攻撃を改良した．（３）頻度攻撃に対する暗号化パケット名の脆弱性をシミュレーションを用いて評価した．この結果，平文のコンテンツ名に対して，同じ暗号化パケット名を使用し続ける時間が長くになるにつれ，推定される確率が高くなることを明らかにした．2年目以降は，この結果を用いて，漏洩を防御する手法を設計する．
Strategy for Future Research Activity	令和元度の研究成果に基づいて，2年目の目標である項目2「漏洩量の比較」を実現するために，以下の研究を実施する．（１）匿名ルーティングとの比較　情報指向ネットワーキングにおけるプライバシーとして，コンシューマが要求するコンテンツ名が漏洩しないことを保証するコンシューマ匿名性，要求者が提供するコンテンツ名が漏洩しないプロデューサ匿名性が定義されることがあり，これらの匿名性をアプリケーション層で実現する匿名ルーティング(オニオンルーティングとも呼ばれる)が使用されている．これに対して，インターネットのネットワーク層で提供することが望ましいプライバシーを明らかにするため，1年目に定義したプライバシーとこれらの匿名性について，通信量，計算量などを定量的に比較する．（２）1年目の結果に基づいて，①コンテンツ名に対応する暗号化パケット名を時間経過につれて変更させる手法，②コンテンツ名を複数の暗号化パケット名に対応させる手法を，プライバシー保護手法として取り上げ，頻度攻撃による推定率を評価する．さらに，これらの手法は，人気度の高いコンテンツのキャッシュヒット率を減少させることが考えられるため，推定率の減少とキャッシュヒット率の減少の，正負のトレードオフを評価する．