| 研究課題/領域番号 |
23K24816
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| 補助金の研究課題番号 |
22H03560 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分60040:計算機システム関連
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
戸川 望 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (30298161)
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| 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)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2024年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2023年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2022年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
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| キーワード | ハードウェアトロイ / 機械学習 / 敵対的攻撃 / 設計工程 / 不正回路 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
現在，集積回路設計・製造は低コスト化やグローバル化のため積極的に外注が利用され，悪意ある設計・製造者により悪意ある回路を故意に挿入する「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．特に集積回路設計工程で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し得る．
本研究では，レジスタトランスファレベル・論理レベル等の集積回路設計データを対象に，機械学習によって未知ハードウェアトロイや，摂動を加えたハードウェアトロイを含む設計データ（未知設計データ）に対し，未知設計データ中の「各信号線のトロイ／非トロイを識別」する技術の確立する．
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| 研究実績の概要 |
本研究では，レジスタトランスファレベル・論理レベル等の集積回路設計データを対象に，機械学習によるハードウェアトロイの「学習」を利用し機械学習モデルを進化，未知ハードウェアトロイや，摂動を加えたハードウェアトロイを含む設計データ（未知設計データ）に対し，未知設計データ中の「各信号線のトロイ／非トロイを識別」する技術の確立を目的とする．しかも機械学習モデルそのものを「騙す」攻撃を解明し理論的に「騙されにくい」ハードウェアトロイ検知技術を構築するものとする．
上記の目的を達成するために，2023年度は，2022年度に実施したハードウェアトロイのための「特徴量」の最適化ならびにハードウェアトロイの「摂動」を利用して，防御側に立って攻撃に耐性を持つ機械学習モデルを構築した．
2023年度にはこれらの成果を受けて，対象とする設計段階の回路情報に対して，「摂動」を加える．「摂動」は(1)回路機能的に等価であり，(2)さらにハードウェアトロイを構成する信号線特徴量を変化させた．このような「摂動」を加えることで，機械学習モデルの識別性能が低下することを確認した．続いて，上記識別性能が低下するような回路情報の摂動に対して，信号線特徴量のうち，摂動によって変化しないもの，すなわち摂動に強い信号線特徴量を抽出し，これらの信号線特徴量をもとに新たに機械学習モデルを構築した．この際，データ拡張による機械学習モデル生成，加えてハードウェアトロイのためのAdversarial Training手法を考案し，理論的に攻撃に耐性を持つ機械学習モデルを構築，評価を行った．さらにこのような工程を，研究代表者らが持つさまざまハードウェアトロイビッグデータに適用し，評価した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
ハードウェアトロイ検知に最適な「特徴量」を見出し，機械学習モデルで評価し，さらにハードウェアトロイの「摂動」に関して考察した．これらのもと「摂動」に強い特徴量や機械学習モデルを構築した．おおむね順調に進展している．
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| 今後の研究の推進方策 |
2022年度，2023年度までの成果を受けて，摂動に強い「特徴量」と同じく摂動に強い「機械学習モデル」をもとに，回路情報に何らかの摂動が加えられたとしても，識別性能が低下しないことを目指す．この際，データ拡張による機械学習モデル生成，加えてハードウェアトロイのためのAdversarial Training手法を考案し，理論的に攻撃に耐性を持つ機械学習モデルを構築，評価するものとする．
上記の工程を，研究代表者らが持つさまざまハードウェアトロイビッグデータに適用し，評価するものとする．その結果として，レジスタトランスファレベル・論理レベル等の集積回路設計データを対象に，未知設計データ中の「各信号線のトロイ／非トロイを識別」する技術と，さらに機械学習モデルそのものを「騙す」攻撃が解明され，「騙されにくい」ハードウェアトロイ検知技術が構築されることになる．
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