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通信・電磁情報と行動認識に基づくIoT機器に対するトラストの実現

研究課題

研究課題/領域番号 19KT0020
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金
応募区分特設分野
研究分野 情報社会におけるトラスト
研究機関九州大学

研究代表者

荒川 豊  九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (30424203)

研究分担者 安本 慶一  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (40273396)
林 優一  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (60551918)
研究期間 (年度) 2019-07-17 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
2021年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2020年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2019年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
キーワードIoT (Internet of Things) / セキュリティ / トラスト / 差分プライバシー / 連合学習 / 行動認識 / 通信トラヒック分析 / IoT / プライバシー / 電磁波解析 / 通信トラフィック分析 / 電磁情報
研究開始時の研究の概要

本研究では,急速に広がるIoT機器を安心して利用するために,情報機器に対するトラストを構築する手段を提供することである.そのために通信情報や電磁情報から機器やプロトコルを識別し,正常動作時と異常動作時を判定するIoT活動量計を実現する.最終的には,多種多様なIoT機器を網羅するために,クラウド側のデータベースを含めてプラットフォーム化し,複数の家庭に設置したIoT活動量計から,データを収集,共有する仕組みを実現する.この一環で,機器ベンダーが正常系の通信を登録できる仕組みもプラットフォームの中に組み込むことで,ユーザによる情報登録をさらに低減し,実用性を高める.

研究成果の概要

本研究では、IoT機器から送出される通信情報や電磁情報を観測し、機器とその動作を識別する「IoT活動量計」を実現した。通信トラフィックの分析により、スマートスピーカーの機能を56.4%で推定可能であることを示した。電磁波から内部処理を推定する手法も開発し、機器の環境や配線状態が影響することを明らかにした。プライバシー保護のため、差分プライバシーを用いて匿名性を保ちつつ精度を改善する手法を提案した。連合学習においては、エッジデバイスの性能差に応じた最適化手法を開発し、IEEE IoT Journal(Impact Factor 11.1)に採択された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、IoT機器の安全な利用を促進するため、機器から送信されるデータを監視し、機器の動作を識別する「IoT活動量計」を開発した。通信トラフィックや電磁波の解析によって,機器の種類や実行中の機能を特定できることを実証した.また、見守り等,行動認識が必要な状況でもプライバシーを保護を両立する連合学習手法を確立した.提案システムは,世界最高水準の論文誌への採択など、研究の学術的価値も高く評価されている.これらの成果は,IoT機器の普及に伴うプライバシーリスクを低減する一助となり,安心して新技術を活用できる社会の実現に貢献する.

報告書

(6件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 9件)

  • [雑誌論文] Privacy-Preserving Federated Learning With Resource-Adaptive Compression for Edge Devices2024

    • 著者名/発表者名
      Hidayat Muhammad Ayat、Nakamura Yugo、Arakawa Yutaka
    • 雑誌名

      IEEE Internet of Things Journal

      巻: 11 号: 8 ページ: 13180-13198

    • DOI

      10.1109/jiot.2023.3347552

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Function-level Access Control System for Home IoT Devices2022

    • 著者名/発表者名
      Hattori Yuichi、Arakawa Yutaka、Koike Daichi、Ishida Shigemi、Inoue Sozo
    • 雑誌名

      Sensors and Materials

      巻: 34 号: 6 ページ: 2125

    • DOI

      10.18494/SAM3901

    • ISSN
      0914-4935, 2435-0869
    • 年月日
      2022-06-15
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] WatchLogger: Keyboard Typing Words Recognition Based on Smartwatch2023

    • 著者名/発表者名
      Gangkai Li, Yutaka Arakawa, Yugo Nakamura, Hyuckjin Choi, Shogo Fukushima, Wei Wang
    • 学会等名
      The 14th International Conference on Mobile Computing and Ubiquitous Networking (ICMU2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Functional Estimation Methods in IoT Devices at Intervals of a Few Seconds by Communication Traffic Analysis2023

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Hattori , Yutaka Arakawa, Sozo Inoue
    • 学会等名
      The 5th International Conference on Activity and Behavior Computing (ABC2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] AGC-DP:Differential Privacy with Adaptive Gaussian Clipping for Federated Learning2023

    • 著者名/発表者名
      Muhammad Ayat Hidayat, Yugo Nakamura, Billy Dawton, Yutaka Arakawa
    • 学会等名
      The 24th IEEE International Conference on Mobile Data Management (MDM 2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Efficient and Secure: Privacy-Preserving Federated Learning for Resource-Constrained Devices2023

    • 著者名/発表者名
      Muhammad Ayat Hidayat, Yugo Nakamura, Yutaka Arakawa
    • 学会等名
      The 24th IEEE International Conference on Mobile Data Management (MDM 2023): Demo Paper
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 通信トラヒック分析に基づく数秒間隔でのIoTデバイスの機能判定手法2023

    • 著者名/発表者名
      服部 祐一, 荒川 豊, 井上 創造
    • 学会等名
      マルチメディア、分散、協調とモバイル (DICOMO2023) シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 時系列心拍データを用いたサービスにおけるユーザ保護と有用性を両立する差分プライバシー手法の検討2023

    • 著者名/発表者名
      藤本 隆晟, 中村 優吾, 荒川 豊
    • 学会等名
      第37回 人工知能学会全国大会 (企画セッション:生体信号を活用した医療・ヘルスケアAI)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Differential Privacy with Weighted e for Privacy-Preservation in Human Activity Recognition2023

    • 著者名/発表者名
      Ryusei Fujimoto, Yugo Nakamura, Yutaka Arakawa
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications Workshops and other Affiliated Events (PerCom Workshops, PrivaCom 2023)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Function Estimation of Multiple IoT Devices by Communication Traffic Analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Hattori, Yutaka Arakawa, Sozo Inoue
    • 学会等名
      The 4th International Conference on Activity and Behavior Computing (ABC2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 行動変容支援サービスにおけるユーザ保護と有用性を両立する重み付きe-差分プライバシーの提案2022

    • 著者名/発表者名
      藤本 隆晟, 中村 優吾, 荒川 豊
    • 学会等名
      情報処理学会IoT行動変容学研究グループ 第2回研究会 (IPSJ BTI2)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 通信トラヒック分析による複数のIoTデバイスにおける機能推定手法の評価2022

    • 著者名/発表者名
      服部 祐一, 荒川 豊, 井上 創造
    • 学会等名
      情報処理学会DICOMOシンポジウム 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] PATROL: Participatory Activity Tracking and Risk Assessment for Anonymous Elderly Monitoring2022

    • 著者名/発表者名
      Research Dawadi, Teruhiro Mizumoto, Yuki Matsuda, Keiichi Yasumoto
    • 学会等名
      Sensors 22(18): 6965, 2022.
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 音声の周波数スペクトルに着目したスピーカーフォンからの電磁的情報漏えい評価法2022

    • 著者名/発表者名
      上田浩行, 高野誠也, 藤本大介, 林優一
    • 学会等名
      電子情報通信学会ハードウェアセキュリティ研究会(HWS)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 電磁・通信・家電情報に基づくIoT活動量計の検討2021

    • 著者名/発表者名
      張志華, 松井智一, 上田浩行, 高野誠也, 藤本大介, 林優一, 安本慶一 , 荒川豊
    • 学会等名
      第29回マルチメディア通信と分散処理ワークショップ(DPSWS2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Called Function Identification of IoT Devices by Network Traffic Analysis2021

    • 著者名/発表者名
      Daichi Koike, Shigemi Ishida, Yutaka Arakawa
    • 学会等名
      The 36th ACM/SIGAPP Symposium On Applied Computing (SAC2021)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] スマートホームにおけるナッジを用いたオンライン行動認識システムの検討2021

    • 著者名/発表者名
      佐藤 佑磨, 大山 航平, 立花 巧樹, 林 涼弥, 宮地 篤士, 松井 智一, 中村 優吾, 諏訪 博彦, 安本 慶一
    • 学会等名
      第40回社会システムと知能合同研究会(SIG-SAI)/ 社会システムと情報技術研究ウィーク(RST ’21)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 設置環境の異なるスマートスピーカーからの電磁的情報漏えい評価と対策2021

    • 著者名/発表者名
      福嶋 章悟, 藤本 大介, 林 優一
    • 学会等名
      ハードウェアセキュリティ研究会(HWS)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 通信トラヒック分析に基づくIoTデバイスの発動機能推定手法の検討2020

    • 著者名/発表者名
      小池 大地, 石田 繁巳, 荒川 豊
    • 学会等名
      マルチメディア,分散,協調とモバイル(DICOMO2020)シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Privacy-Aware Sensor Data Upload Management for Securely Receiving Smart Home Services2020

    • 著者名/発表者名
      Sopicha Stirapongsasuti, Yugo Nakamura, Keiichi Yasumoto
    • 学会等名
      IEEE SMARTCOMP 2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] IoT機器に対するトラストの実現2019

    • 著者名/発表者名
      荒川豊
    • 学会等名
      東北大学 電気通信研究所共同プロジェクト20 周年記念研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-07-22   更新日: 2025-01-30  

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