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機械学習による集積回路設計データ中のハードウェアトロイ検知

研究課題

研究課題/領域番号 19H04080
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分60040:計算機システム関連
研究機関早稲田大学

研究代表者

戸川 望  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (30298161)

研究分担者 木村 晋二  早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 教授 (20183303)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2021年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2020年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2019年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
キーワードハードウェアトロイ / 機械学習 / レジスタトランスファレベル / ゲートレベル / 設計データ / ネットリスト / 識別器最適化
研究開始時の研究の概要

現在,集積回路設計・製造は低コスト化のため積極的に外注が利用され,外部の悪意ある設計・製造者により悪意ある回路を故意に侵入する「ハードウェアトロイ」が現実的な脅威として指摘されている.特に集積回路設計データに挿入されたハードウェアトロイは,軽微な設計データ改変で重大な事象を引き起こす可能性がある.本研究では,こ集積回路設計データ中のハードウェアトロイの各種特徴量を積極的に学習することにより,既知・未知のハードウェアトロイを検知する技術を確立する.ハードウェアトロイの危険性がないセキュア集積回路チップの実現に寄与する.

研究成果の概要

現在,集積回路設計・製造は低コスト化のため積極的に外注が利用され,外部の悪意ある設計・製造者により悪意ある回路を故意に侵入する「ハードウェアトロイ」が現実的な脅威として指摘されている.特に集積回路設計データに挿入されたハードウェアトロイは,軽微な設計データ改変で重大な事象を引き起こす可能性がある.ハードウェアトロイはその対策技術が開発されると,それを回避するハードウェアトロイが開発される「いたちごっこ」が続いているのが現状である.本研究では,集積回路設計データ中のハードウェアトロイの各種特徴量を積極的に学習することにより,既知・未知のハードウェアトロイを検知する技術を確立した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

IoT機器の心臓部は集積回路によって構成されるが,現在の集積回路の開発プロセスは設計・製造コストを削減するため,積極的に外注を利用している.一方,集積回路のサプライチェーンは危険にさらされており,悪意ある設計者・製造者によって,悪意ある回路,すなわちハードウェアトロイの挿入が容易に実現され得る.国家安全,医療,宇宙航空などの分野で使用されるIoT機器にハードウェアトロイが含まれれば大きな危機を招くことになる.
本研究成果は,上記の問題に対して一定の答えを与えるものであり,ハードウェアトロイの危険性がないセキュア集積回路チップの実現により安全安心なIoT機器の構築に大きく寄与するものと考える.

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Hardware-Trojan Detection Based on the Structural Features of Trojan Circuits Using Random Forests2022

    • 著者名/発表者名
      Tatsuki Kurihara and Nozomu Togawa
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E105.A 号: 7 ページ: 1049-1060

    • DOI

      10.1587/transfun.2021EAP1091

    • NAID

      130008139939

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2022-07-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Anomalous Behavior Detection Method Utilizing Extracted Application-Specific Power Behaviors2021

    • 著者名/発表者名
      Kazunari Takasaki, Ryoichi Kida, and Nozomu Togawa
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E104.A 号: 11 ページ: 1555-1565

    • DOI

      10.1587/transfun.2020KEP0001

    • NAID

      130008109735

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2021-11-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Two-Stage Hardware Trojan Detection Method Considering the Trojan Probability of Neighbor Nets2021

    • 著者名/発表者名
      Kento Hasegawa, Tomotaka Inoue, and Nozomu Togawa
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E104.A 号: 11 ページ: 1516-1525

    • DOI

      10.1587/transfun.2020KEP0005

    • NAID

      130008109831

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2021-11-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hardware-Trojan Classification based on the Structure of Trigger Circuits Utilizing Random Forests2021

    • 著者名/発表者名
      Kurihara Tatsuki and Togawa Nozomu
    • 雑誌名

      2021 IEEE 27th International Symposium on On-Line Testing and Robust System Design (IOLTS)

      巻: NA

    • DOI

      10.1109/iolts52814.2021.9486700

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Anomalous Behavior Detection Method Based on Power Analysis Utilizing Steady State Power Waveform Predicted by LSTM2021

    • 著者名/発表者名
      Takasaki Kazunari、Kida Ryoichi、Togawa Nozomu
    • 雑誌名

      2021 IEEE 27th International Symposium on On-Line Testing and Robust System Design (IOLTS)

      巻: NA ページ: 1-7

    • DOI

      10.1109/iolts52814.2021.9486706

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Trojan-Net Classification for Gate-Level Hardware Design Utilizing Boundary Net Structures2020

    • 著者名/発表者名
      HASEGAWA Kento、YANAGISAWA Masao、TOGAWA Nozomu
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E103.D 号: 7 ページ: 1618-1622

    • DOI

      10.1587/transinf.2019ICL0003

    • NAID

      130007867751

    • ISSN
      0916-8532, 1745-1361
    • 年月日
      2020-07-01
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Capacitance Measurement Device for Running Hardware Devices and Its Evaluations2020

    • 著者名/発表者名
      NISHIZAWA Makoto、HASEGAWA Kento、TOGAWA Nozomu
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E103.A 号: 9 ページ: 1018-1027

    • DOI

      10.1587/transfun.2019kep0005

    • NAID

      130007893716

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation on Hardware-Trojan Detection at Gate-Level IP Cores Utilizing Machine Learning Methods2020

    • 著者名/発表者名
      Kurihara Tatsuki、Hasegawa Kento、Togawa Nozomu
    • 雑誌名

      2020 IEEE 26th International Symposium on On-Line Testing and Robust System Design (IOLTS)

      巻: NA ページ: 1-4

    • DOI

      10.1109/iolts50870.2020.9159740

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Anomalous Behavior Detection Method for IoT Devices by Extracting Application-Specific Power Behaviors2020

    • 著者名/発表者名
      Takasaki Kazunari、Hasegawa Kento、Kida Ryoichi、Togawa Nozomu
    • 雑誌名

      2020 IEEE 26th International Symposium on On-Line Testing and Robust System Design (IOLTS)

      巻: NA ページ: 1-4

    • DOI

      10.1109/iolts50870.2020.9159732

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Scalable Stochastic Number Duplicators for Accuracy-flexible Arithmetic Circuit Design2020

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa Ryota、Tawada Masashi、Yanagisawa Masao、Togawa Nozomu
    • 雑誌名

      IPSJ Transactions on System LSI Design Methodology

      巻: 13 号: 0 ページ: 10-20

    • DOI

      10.2197/ipsjtsldm.13.10

    • NAID

      130007803333

    • ISSN
      1882-6687
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 消費電力波形の形状を考慮したIoTデバイス異常動作検知手法2022

    • 著者名/発表者名
      久古幸汰, 高崎和成, 戸川望
    • 学会等名
      2022年暗号と情報セキュリティシンポジウム(SCIS2022)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 勾配ブースティング決定木と識別結果伝搬法によるハードウェアトロイ識別2022

    • 著者名/発表者名
      根岸良太郎, 栗原樹, 戸川望
    • 学会等名
      2022年暗号と情報セキュリティシンポジウム(SCIS2022)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 多出力LSTMによる定常状態電力波形推定を利用した消費電力解析にもとづくデバイスの異常動作検知手法2021

    • 著者名/発表者名
      高崎和成, 木田良一, 金子博一, 戸川望
    • 学会等名
      コンピュータセキュリティシンポジウム2021 (CSS2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] LSTMによる定常状態電力波形生成を利用した消費電力解析にもとづくデバイスの異常動作検知手法2020

    • 著者名/発表者名
      高崎和成, 木田良一, 戸川望
    • 学会等名
      電子情報通信学会暗号と情報セキュリティシンポジウム2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] トリガ回路の性質にもとづく特徴量を利用したランダムフォレストによるハードウェアトロイ識別2020

    • 著者名/発表者名
      [17]栗原樹, 戸川望
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術報告
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ストカスティック数を用いた非対称通信路の誤り訂正2020

    • 著者名/発表者名
      石川遼太, 多和田雅師, 柳澤政生, 戸川望
    • 学会等名
      2020年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Error correction system using stochastic numbers in symmetric channels and Z channels2019

    • 著者名/発表者名
      Ryota Ishikawa, Masashi Tawada, Masao Yanagisawa, and Nozomu Togawa
    • 学会等名
      2019 26th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems (ICECS)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ストカスティック計算におけるステップ関数の実装と評価2019

    • 著者名/発表者名
      石川遼太, 多和田雅師, 柳澤政生, 戸川望
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術報告
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ストカスティック数を用いた再帰的分割による解像度解釈可変な画像形式2019

    • 著者名/発表者名
      石川遼太, 多和田雅師, 柳澤政生, 戸川望
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術報告
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Error correction coding of stochastic numbers using BER measurement2019

    • 著者名/発表者名
      Ryota Ishikawa, Masashi Tawada, Masao Yanagisawa, and Nozomu Togawa
    • 学会等名
      2019 IEEE 25th International Symposium on On-Line Testing and Robust System Design (IOLTS)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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