ソフトウェアの論理回路化による知的財産保護に関する研究

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K00072
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 市川 周一 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70262855)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 難読化 / FPGA / セキュリティ

研究実績の概要

平成30年度は，引き続き目標（1）保護レベルの定量化，（2）論理回路化する部分の選択手法，（3）実装を考慮した保護手法，を遂行した．目標(1)と(2)を達成するには，まずソフトウェアを適切な中間形式で表現する必要がある．平成29年度には中間形式としてLLVM IRを検討し，Obfuscator LLVM (oLLVM)，C backend (CBE)，高位合成ツール(HLS)を併用したが，生成された回路の性能・コスト面のオーバヘッドが大きいことが分かった．
平成30年度は，上記手法の改善と定量的評価を試みた．平成29年度はHLSにXilinx Vivado HLSを用いたため，oLLVMで難読化したLLVM IRからCBEでC言語記述を生成する必要があった．これによりオーバヘッドが発生したと推測される．一方，オープンソースHLSのLegUpはoLLVMの出力(IR)から論理回路を生成することができる．実験の結果，LegUpはVivado HLSより多くのケースで回路生成に成功したが，Vivado HLSより回路規模が増大することがわかった（1.1～1.7倍）．本成果は電気学会論文誌で出版された．
平成30年度は，目標（3）についても検討を進めた．上に述べた通り，難読化ソフトウェアをハードウェア（周辺回路）として実装することは可能である．しかしソフトウェアの柔軟性（変更の容易性）を損なわないために，FPGA等の再構成可能論理デバイスを利用し，システム稼働中に論理回路を再構成する必要がある（動的再構成）．筆者はかねてから動的再構成技術を研究しており，難読化論理回路を周辺回路として動的再構成することも可能である．本手法は未だ完成に至っていないが，途中結果が電気学会論文誌で出版された．

研究成果

• [雑誌論文] Research on Fault Tolerant Processor using Dynamic Reconfiguration (2019)
  • 著者名/発表者名: Ogido Seiya、Yamada Chikatoshi、Miyagi Kei、Ichikawa Shuichi、Fujieda Naoki
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Industry Applications 巻: 139 ページ: 187～192
  • DOI: 10.1541/ieejias.139.187
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] FPGA Implementation of Undersea Video Transmission System for Visible Light Communication (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsuda Yuki、Miyagi Kei、Yamada Chikatoshi、Tanifuji Shoichi、Ichikawa Shuichi
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Industry Applications 巻: 139 ページ: 180～186
  • DOI: 10.1541/ieejias.139.180
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evaluation of Hardware Obfuscation Techniques using Obfuscation Tool oLLVM (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka Yuumi、Fujieda Naoki、Ichikawa Shuichi
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Industry Applications 巻: 139 ページ: 111～118
  • DOI: 10.1541/ieejias.139.111
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Performance Evaluation of Parallel SAT Solver on Xeon Phi Processor (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishiwaki Shintaro、Fujieda Naoki、Ichikawa Shuichi
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Industry Applications 巻: 139 ページ: 119～126
  • DOI: 10.1541/ieejias.139.119
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Improved Parameter Estimation Method for Bilateral Filter with Distribution Distance (2019)
  • 著者名/発表者名: Makishi Taiki、Ichikawa Shuichi、Fujieda Naoki、Yamada Chikatoshi、Miyagi Kei
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Industry Applications 巻: 139 ページ: 104～110
  • DOI: 10.1541/ieejias.139.104
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Study on Effective Repetition of Bilateral Filter for Medical Images (2019)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Yoza, Chikatoshi Yamada, Kei Miyagi, Shuichi Ichikawa, Naoki Fujieda
  • 雑誌名: The Bulletin of Networking, Computing, Systems, and Software 巻: 8(1) ページ: 41-44
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] A latch-latch composition of metastability-based true random number generator for Xilinx FPGAs (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujieda Naoki、Ichikawa Shuichi
  • 雑誌名: IEICE Electronics Express 巻: 15 ページ: 20180386
  • DOI: 10.1587/elex.15.20180386
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evaluation of Register Number Abstraction for Enhanced Instruction Register Files (2018)
  • 著者名/発表者名: FUJIEDA Naoki、SATO Kiyohiro、IWAMOTO Ryodai、ICHIKAWA Shuichi
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Information and Systems 巻: E101.D ページ: 1521～1531
  • DOI: 10.1587/transinf.2017EDP7221
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] A light-weight implementation of latch-based true random number generator (2019)
  • 著者名/発表者名: Naoki Fujieda, Hitomi Kishibe, Shuichi Ichikawa
  • 学会等名: 15th International Wireless Communications & Mobile Computing Conference (IWCMC 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] 高位合成による専用命令実装手法の予備的評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩本凌大, 藤枝直輝, 市川周一, 坂本譲二
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告 RECONF2018-62
• [学会発表] DCMを用いたTRNGの試作 (2019)
  • 著者名/発表者名: 武田真明, 藤枝直輝, 市川周一
  • 学会等名: 2019年電子情報通信学会総合大会
• [学会発表] oLLVMとLegUpを用いた難読化制御論理回路の試験評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山田翔太郎, 藤枝直輝, 市川周一
  • 学会等名: 2019年電子情報通信学会総合大会
• [学会発表] 超音波距離計の受信信号の減衰特性を利用した誤差補正における回路パラメータの調査 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高橋真悟, 松岡俊佑, 川口秀樹, 藤枝直輝, 市川周一
  • 学会等名: 平成31年電気学会全国大会
• [学会発表] 超音波測位システムのフェーズシフトアレイ送信器の実験検証 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊藤大道, 松岡俊佑, 川口秀樹, 藤枝直輝, 市川 周一
  • 学会等名: 平成31年電気学会全国大会
• [学会発表] PSoCマイコンを用いた抵抗器の熱雑音による真性乱数生成器の検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松岡俊佑, 新田大晃, 藤枝直輝, 市川 周一
  • 学会等名: 平成31年電気学会全国大会
• [学会発表] 医用画像におけるバイラテラルフィルタのパラメータ決定の高速化及び評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 与座章宙, 山田親稔, 宮城桂, 市川周一
  • 学会等名: 電気学会次世代産業システム研究会
• [学会発表] SoC型FPGAにおける論理回路の耐故障化に関する検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 荻堂盛也, 藤枝直輝, 市川周一, 山田親稔, 宮城桂
  • 学会等名: 電気学会次世代産業システム研究会
• [学会発表] 深層学習による琉球古典音楽の特徴抽出法の検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 長濱嗣志, 上原一朗, 宮城桂, 山田親稔, 市川周一
  • 学会等名: 電気学会次世代産業システム研究会
• [学会発表] An Analysis on Randomness of Path ORAM for Light-weight Implementation (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Fujita, Naoki Fujieda, Shuichi Ichikawa
  • 学会等名: Sixth International Symposium on Computing and Networking Workshops (CANDARW 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] A Multiple Clock Domain Design of High-radix Montgomery Multiplication for Simplicity (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoki Fujieda, Yusuke Ayuzawa, Masato Hongo, Shuichi Ichikawa
  • 学会等名: 2018 IEEE Region 10 Conference (TENCON 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] 超音波測位システムの受信号減衰特性を利用した距離補正 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋真悟, 松岡俊佑, 川口秀樹, 藤枝直輝, 市川周一
  • 学会等名: 37th JSST Annual International Conference on Simulation Technology (JSST 2018)
• [学会発表] 超音波測位システムのアレイ送信機を用いた指向性の改善 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤大道, 松岡俊佑, 川口秀樹, 藤枝直輝, 市川周一
  • 学会等名: 37th JSST Annual International Conference on Simulation Technology (JSST 2018)
• [学会発表] 医用画像におけるバイラテラルフィルタの有効な繰り返し回数の検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 与座章宙, 山田親稔, 宮城桂, 市川周一
  • 学会等名: 第23回知能メカトロニクスワークショップ
• [学会発表] 難読化制御論理回路のLegUpによる試作 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山田翔太郎, 市川周一, 藤枝直輝
  • 学会等名: 第23回知能メカトロニクスワークショップ
• [学会発表] 高位合成で生成されたプロセッサに対する特殊命令実装の検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 坂本譲二, 藤枝直輝, 市川周一
  • 学会等名: 2nd cross-disciplinary Workshop on Computing Systems, Infrastructures, and Programming (xSIG 2018)
• [学会発表] Xillybusに付加した真性乱数生成器の予備的評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岸部仁美, 藤枝直輝, 市川周一
  • 学会等名: 第17回情報科学技術フォーラム (FIT2018)
• [学会発表] 超音波測位システムの測定精度の改善 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松岡俊佑, 森谷卓馬, 川口秀樹, 藤枝直輝, 市川周一
  • 学会等名: 平成30年 電気学会 電子・情報・システム部門大会
• [学会発表] 医用画像におけるバイラテラルフィルタの効率的な反復回数の検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 与座章宙, 山田親稔, 宮城桂, 市川周一
  • 学会等名: 平成30年度（第71回）電気・情報関係学会九州支部連合大会
• [学会発表] 水中向け映像シリアル通信システムのFPGA実装 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松田祐希, 山田親稔, 宮城桂, 谷藤正一, 市川周一
  • 学会等名: 平成30年度（第71回）電気・情報関係学会九州支部連合大会
• [学会発表] プログラマブルSoCを用いた畳み込みニューラルネットワークの実装と評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡部仁, 比嘉祥吾, 渡慶次和希, 宮城桂, 山田親稔, 市川周一
  • 学会等名: 平成30年度（第71回）電気・情報関係学会九州支部連合大会
• [学会発表] ユーザの嗜好に基づくAI観光支援アプリケーションに関する検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 野々部舜也, 義村尚吾, 宮城桂, 山田親稔, 市川周一
  • 学会等名: 平成30年度（第71回）電気・情報関係学会九州支部連合大会
• [学会発表] 超音波測位システムの送受信信号の減衰による距離測定誤差の改善 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松岡俊佑, 伊藤大道, 高橋真悟, 森谷卓馬, 川口秀樹, 藤枝直輝, 市川周一
  • 学会等名: 日本機械学会 第96期 流体工学部門 講演会
• [学会発表] 鍵埋め込み型Tbox-AES 暗号回路のFPGA への実装 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高木文雄, 松岡俊佑, 藤枝直輝, 市川周一
  • 学会等名: 平成30年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会
• [学会発表] PSoC によるアナログ真性乱数回路の再現検証 (2018)
  • 著者名/発表者名: 新田大晃, 松岡俊佑, 藤枝直輝, 市川周一
  • 学会等名: 平成30年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会
• [学会発表] 鍵埋め込み型AES 暗号回路に対する相関電力解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松岡俊佑, 藤枝直輝, 市川周一
  • 学会等名: 平成30年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会
• [備考] 論文リスト
  • URL: http://www.ccs.ee.tut.ac.jp/~ichikawa/research/papers.html
• [備考] 研究会・大会発表・報告書など
  • URL: http://www.ccs.ee.tut.ac.jp/~ichikawa/research/reports.html