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決定グラフに基づく高速なプログラマブルネットワーク侵入検知システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 16K00079
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 計算機システム
研究機関広島市立大学

研究代表者

永山 忍  広島市立大学, 情報科学研究科, 教授 (10405491)

研究協力者 笹尾 勤  
Butler Jon T.  
若林 真一  
稲木 雅人  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードプログラマブルシステム / ネットワークセキュリティ / ネットワーク侵入検知システム / 機械学習 / 決定グラフ / 論理設計
研究成果の概要

本研究では,Vectorized Edge-Valued Binary Decision Diagramという新たな決定グラフに基づく高速なプログラマブルネットワーク侵入検知システムとその設計支援ツールを開発した.当初は正規表現マッチングによる侵入検知を対象にしていたが,時代の流れとそれに伴う社会の要望に対応するために,機械学習による検知を主対象にする方向へ舵を切った.機械学習で増大しがちなハードウェアサイズを,決定グラフを用いることでコンパクトに圧縮し,ソフトウェア実装に比べ約11~25倍の処理性能が達成できるシステムを1チップのFPGAに実装可能であることを確認した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では,機械学習(いわゆるAI)によってハッキングなどのネットワーク上の不正侵入を高速に検知するシステムを開発した.不正侵入検知の心臓部となる計算を高速に実行する専用ハードウェアを決定グラフによる新技術で設計したことにより,コンパクトな機器でも従来の約11~25倍に及ぶ処理性能の達成できるようになった.新たな侵入手口にも柔軟に対応できる機能を備えているため,ネットワークにおける安全性と利便性の両立が可能になった.開発したシステムは小型であるため,IoT機器に組込むことができ,身の回りの機器に組込まれるようになれば,より安全で快適なIoT社会が実現されるだろう.

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 5件、 査読あり 14件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 5件、 招待講演 6件) 図書 (1件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] Naval Postgraduate School(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Naval Postgraduate School(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Naval Postgraduate School(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] An exact optimization method using ZDDs for linear decomposition of symmetric index generation functions2018

    • 著者名/発表者名
      Shinobu Nagayama, Tsutomu Sasao, Jon T. Butler
    • 雑誌名

      Journal of Applied Logics - IfCoLoG Journal of Logics and their Applications

      巻: 5 ページ: 1849-1866

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Nearest Neighbor Search Engine Using Distance-based Hashing2018

    • 著者名/発表者名
      Toshitaka Ito, Yuri Itotani, Shin’ichi Wakabayashi, Shinobu Nagayama, Masato Inagi
    • 雑誌名

      Proceedings of International Conference on Field Programmable Technology

      巻: 17 ページ: 153-160

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Approximate Nearest Neighbor Search Algorithm Using Distance-based Hashing2018

    • 著者名/発表者名
      Yuri Itotani, Shin’ichi Wakabayashi, Shinobu Nagayama, Masato Inagi
    • 雑誌名

      Proceedings of International Conference on Database and Expert Systems Applications

      巻: 29 ページ: 203-213

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Novel Feature Vectors Considering Distances between Wires for Lithography Hotspot Detection2018

    • 著者名/発表者名
      Gaku Kataoka, Masato Inagi, Shinobu Nagayama, Shin'ichi Wakabayashi
    • 雑誌名

      Proceedings of EUROMICRO Conference on Digital System Design Architectures, Methods, and Tools

      巻: 21 ページ: 85-90

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Exact Optimization Method Using ZDDs for Linear Decomposition of Index Generation Functions2018

    • 著者名/発表者名
      Shinobu Nagayama, Tsutomu Sasao, Jon T. Butler
    • 雑誌名

      Proceedings of IEEE International Symposium on Multiple-Valued Logic

      巻: 48 ページ: 144-149

    • DOI

      10.1109/ismvl.2018.00033

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] An FPGA-based Nearest Neighbor Search Engine Using Distance-Based Hashing for High-Dimensional Data2018

    • 著者名/発表者名
      Toshitaka Ito, Yuri Itotani, Shin’ichi Wakabayashi, Shinobu Nagayama, Masato Inagi
    • 雑誌名

      Proceedings of Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information technologies

      巻: 21 ページ: 347-352

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Programmable Architecture Based on Vectorized EVBDDs for Network Intrusion Detection Using Random Forests2017

    • 著者名/発表者名
      Binbin Xue, Shinobu Nagayama, Masato Inagi, Shin'ichi Wakabayashi
    • 雑誌名

      Proceedings of International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications

      巻: 28 ページ: 132-135

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Table Reference-Based Acceleration of a Lithography Hotspot Detection Method Based on Approximate String Search2017

    • 著者名/発表者名
      Shuma Tamagawa, Masato Inagi, Shinobu Nagayama, Shin'ichi Wakabayashi
    • 雑誌名

      Proceedings of International Conference on Advances in Circuits, Electronics and Micro-electronics

      巻: 10 ページ: 8-14

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Balanced Decision Tree Based Heuristic for Linear Decomposition of Index Generation Functions2017

    • 著者名/発表者名
      Shinobu Nagayama, Tsutomu Sasao, Jon T. Butler
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E100.D 号: 8 ページ: 1583-1591

    • DOI

      10.1587/transinf.2016LOP0013

    • NAID

      130005876136

    • ISSN
      0916-8532, 1745-1361
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] An Exact Optimization Algorithm for Linear Decomposition of Index Generation Functions2017

    • 著者名/発表者名
      Shinobu Nagayama, Tsutomu Sasao, Jon T. Butler
    • 雑誌名

      Proceedings of IEEE International Symposium on Multiple-Valued Logic

      巻: 47 ページ: 161-166

    • DOI

      10.1109/ismvl.2017.56

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] An Efficient FPGA Implementation of Mahalanobis Distance-Based Outlier Detection for Streaming Data2016

    • 著者名/発表者名
      Yuto Arai, Shin’ichi Wakabayashi, Shinobu Nagayama, Masato Inagi
    • 雑誌名

      Proceedings of IEEE International Conference on Field Programmable Technology

      巻: 15 ページ: 253-256

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A High-Speed Programmable Network Intru-sion Detection System Based on a Multi-Byte Transition NFA2016

    • 著者名/発表者名
      Tomoaki Hashimoto, Shin’ichi Wakabayashi, Shinobu Nagayama, Masato Inagi, Ryohei Koishi, Hiroki Takaguchi
    • 雑誌名

      Proceedings of International Conference on Advances in Circuits, Electronics and Micro-electronics

      巻: 9 ページ: 45-51

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Hotspot Detection Method Based on Approximate String Search2016

    • 著者名/発表者名
      Shuma Tamagawa, Ryo Fujimoto, Masato Inagi, Shinobu Nagayama Shin’ichi Wakabayashi
    • 雑誌名

      Proceedings of International Conference on Advances in Circuits, Electronics and Micro-electronics

      巻: 9 ページ: 6-12

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] An Efficient Heuristic for Linear Decomposition of Index Generation Functions2016

    • 著者名/発表者名
      Shinobu Nagayama, Tsutomu Sasao, Jon T. Butler
    • 雑誌名

      Proceedings of IEEE International Symposium on Multiple-Valued Logic

      巻: 46 ページ: 96-101

    • DOI

      10.1109/ismvl.2016.52

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] スマートファクトリー実現スキル基礎講座の紹介2019

    • 著者名/発表者名
      永山 忍
    • 学会等名
      広島県 産官学金コラボセミナー
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] An Exact Optimization Method Using ZDDs for Linear Decomposition of Index Generation Functions2018

    • 著者名/発表者名
      Shinobu Nagayama
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Multiple-Valued Logic
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 次世代自動車の開発を陰で支える情報科学技術2018

    • 著者名/発表者名
      永山 忍
    • 学会等名
      明治大学 特別講義
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] An FPGA-based Nearest Neighbor Search Engine Using Distance-Based Hashing for High-Dimensional Data2018

    • 著者名/発表者名
      Shinobu Nagayama
    • 学会等名
      Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information technologies
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ネットワーク侵入検知システム向けプログラマブルハードウェアの設計・開発について2018

    • 著者名/発表者名
      永山忍
    • 学会等名
      ニューパラダイムコンピューティング研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of Fast and Reliable Network Intrusion Detection Systems Underlying IoT2017

    • 著者名/発表者名
      Shinobu Nagayama
    • 学会等名
      新世代ICTの羅針盤 - 通研共同プロジェクトからのメッセージ -
    • 発表場所
      宮城県仙台市
    • 年月日
      2017-02-23
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 次世代自動車の開発を影で支える情報科学技術2017

    • 著者名/発表者名
      永山忍
    • 学会等名
      明治大学 特別講義
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] インデックス生成関数の最適な線形分解のための厳密解法2017

    • 著者名/発表者名
      永山忍
    • 学会等名
      第40回 多値論理フォーラム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] An Exact Optimization Algorithm for Linear Decomposition of Index Generation Functions2017

    • 著者名/発表者名
      Shinobu Nagayama
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Multiple-Valued Logic
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Programmable Architecture Based on Vectorized EVBDDs for Network Intrusion Detection Using Random Forests2017

    • 著者名/発表者名
      Binbin Xue, Shinobu Nagayama
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 安全で快適な次世代自動車の開発を影で支える情報科学技術2016

    • 著者名/発表者名
      永山忍
    • 学会等名
      明治大学 特別講義
    • 発表場所
      神奈川県川崎市
    • 年月日
      2016-09-23
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] An Efficient Heuristic for Linear Decompo-sition of Index Generation Functions2016

    • 著者名/発表者名
      Shinobu Nagayama
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Multiple-Valued Logic
    • 発表場所
      北海道札幌市
    • 年月日
      2016-05-18
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [図書] Problems and New Solutions in the Boolean Domain2016

    • 著者名/発表者名
      Bernd Steinbach編著 Shinobu Nagayama (Chapter 3.1)
    • 総ページ数
      31
    • 出版者
      Cambridge Scholars Publishing
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [備考] 広島市立大学 情報科学研究科 情報工学専攻

    • URL

      http://rsw.office.hiroshima-cu.ac.jp/Profiles/8/0000731/profile.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://rsw.office.hiroshima-cu.ac.jp/Profiles/8/0000731/profile.html

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考]

    • URL

      http://rsw.office.hiroshima-cu.ac.jp/Profiles/8/0000731/profile.html

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2022-02-21  

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