| 研究課題/領域番号 |
22KJ1359
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| 補助金の研究課題番号 |
21J22442 (2021-2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2021-2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分21040:制御およびシステム工学関連
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| 研究機関 | 電気通信大学 |
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研究代表者 |
寺西 郁 電気通信大学, 情報理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2023年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
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| キーワード | 制御理論 / 暗号理論 / 計算量的安全性 / 暗号化制御 / 制御システムセキュリティ / サイバーフィジカルシステム |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，暗号理論における計算量的安全性を拡張し制御系に導入することで，秘匿性を考慮した制御系設計理論の構築を目指す．そのために，制御系の情報を不正に開示する盗聴攻撃の影響と，その攻撃に要する計算量の観点から，制御系の秘匿性を定量的に評価する方法を考案する．さらに，制御系の動特性や入出力特性と秘匿性の関係を明らかにし，所与の条件の下で最適な秘匿性と制御性能を達成する制御系設計法を開発する．
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| 研究実績の概要 |
本研究では，準同型暗号を用いた暗号化制御システムを対象に，攻撃者がシステム同定によって制御システムのパラメータを不正に開示する状況において，所望の同定精度を得るために要する入出力データ数と，そのデータの暗号文の解読に要する計算量とを用いてセキュリティ指標を定義した．定義したセキュリティ指標と制御システムの特性との関係を解析し，攻撃対象となる制御システムのセキュリティ強度が，そのシステムの重み付き可制御性グラミアンに応じて変化することを示した．このことから，システムの安定度が高いほど，そのセキュリティ強度も高くなることを明らかにした．この解析結果に基づき，攻撃対象が閉ループ系である場合と制御対象である場合とについて，最適な制御器とセキュリティパラメータの設計法を考案した．最適な制御器は，攻撃対象の閉ループ系から構成される仮想的なシステムに対する最適H2制御器として得られ，最適なセキュリティパラメータは，システムを一定の期間守るために要する最小のセキュリティパラメータとして得られる．これにより，秘匿性を考慮した制御システムの体系的な設計が可能となった．
また，暗号理論の観点から，暗号化制御器のパラメータを推定する攻撃に対する識別不可能性を定義し，既存の暗号理論の安全性との関係を解析した．その結果，用いられる準同型暗号が公開鍵暗号の標準的な安全性を満たす場合，定義した識別不可能性が満たされることを明らかにした．さらに，入出力データに基づいて動的制御器を暗号化制御に適した形式に再構成することで，暗号化動的制御器の状態の再帰的な計算によるオーバーフローを防ぐ手法を考案した．
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