クロックフィンガープリントによるバーサタイルなデジタル機器識別技術

• 研究課題/領域番号: 23K11078
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分60060:情報ネットワーク関連
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 干川 尚人 筑波大学, システム情報系, 准教授 (10819311)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2025年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2024年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 機器識別 / 時刻ドリフト / PUF / IoT / クロック / 低遅延 / CFP

研究開始時の研究の概要

Society 5.0では少子高齢化・労働力不足に直面する社会課題のサポート技術が期待されており，その実現にIoT機器が不可欠である．IoT機器を利用したサービスにはセキュアな認証が不可欠で，そこでは機器の一意性を担保する識別機能が重要である．しかし，既存の識別技術は高いデータ保護にハードウェア実装が必要で，安価で低性能なIoT機器への適用が困難な現状がある．本研究はデジタル機器が有する一意なクロック信号特性を用いて識別を行う基盤機能を創出する．これはソフトウェアで実装され，適用機器を問わない，バーサタイル（多用途）な技術であるため，IoT機器普及を加速する基盤技術になり得る研究である．

研究実績の概要

本テーマでは「バーサタイルなデジタル機器識別基盤」の実現を目標とし，基盤システムの開発とその実証を目指している．その具体的な成果物として，通信インフラ設備への組み込みを想定した識別システムを実行する実証ソフトウェアを生成し，その取り組み課題として，識別精度に関する非機能性能向上，そしてキャリアグレードネットワーク上での検証を挙げている．
2023年度は実験環境基盤の設計と構築を進め，特に5Gインフラで標準となる低遅延通信を念頭に置いた基盤の検討を進めた．識別精度を悪化させる主な要因として，通信遅延に伴う誤差があり，従来の(Network Time Protocol)からPTP(Precision Time Protocol)へ切り替えることで理論性能上は通信誤差が1/1000以下に抑えることが期待できる．本年度の取り組みでは，クライアントPCにPTPによる通信を組み込む環境を検証できた．今後はキャリアグレード機器の組み込みによって，具体的な検証を推進していく．
また，実験システムにおける基準特徴量と測定特徴量のギャップ課題に対する取り組みについては，実験環境と測定データの分析を行い，10ミリ秒程度の精度悪化があることを確認した．
対外発表の点では，2024年1月に情報処理学会ウィンターワークショップ2024にて，「T5：今時の技術を支えるサービスコンピューティング」の議論テーマとして，「クロックフィンガープリントによるハードウェア指紋の獲得技術」の題で発表と議論を行い，成果の社会展開に努めると共に，領域の先端研究者との議論を行った．

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

2023年度は全体の研究を推進するための実験環境基盤の構築を始め，並行して既存環境の流用やデータを用いて可能な範囲で予備検証を進めた．実験システム基盤の構築においては，急激な円安および長納期化に伴い，キャリアグレードのネットワーク機器や環境試験器の調達が予定通り実施できない影響があった．こちらについては研究実施において理論検討や既存設備を活用した取り組みで補っており，実験システム基盤の構築遅れについては，2023年度にシステムをより最適化を検討するとともに設計を一部変更した．これを2024年度早期に調達を進めることで，総合的な観点では研究推進に影響なく進めていく予定である．

今後の研究の推進方策

2024年度は(1)識別実証プログラムの設計，(2)実験システムにおける基準特徴量と測定特徴量のギャップ課題，(3)実験システム基盤のキャリアグレード化を推進する．
(1)については，過去，蓄積したデータの分析によって識別評価をしていたが，これをリアルタイムに実行できる実証プログラムを開発することによって，実用化推進を目的とする．2024年度はシステム仕様の策定とプロトタイププログラムを実施する．
(2)については，新たな実験システム基盤により評価実験を行い，ギャップ分析についてより多面的な検討を行う．
(3)については，実験システム基盤の低遅延環境を実現するキャリアグレード化を完成させる．また，併せて無線実験環境の構築も進める．
その他，研究成果の国際会議発表や論文投稿を通した研究成果の公開を進めると共に，例えばAPN（All Photonics Network）上でクロックフィンガープリントの処理を検討するなどの，将来ネットワーク上のネットワークサービスも見据えた調査検討も進める．

研究成果

• [学会発表] 今時の技術を支えるサービスコンピューティング：クロックフィンガープリントによるハードウェア指紋の獲得技術 (2024)
  • 著者名/発表者名: 干川尚人
  • 学会等名: 情報処理学会ウィンターワークショップ2024・イン・鹿児島