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2019 年度 実績報告書

暗号仮想通貨群のセキィリティとプライバシーに関する体系的理論評価

研究課題

研究課題/領域番号 18H03240
研究機関九州大学

研究代表者

櫻井 幸一  九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (60264066)

研究分担者 SU Chunhua  会津大学, コンピュータ理工学部, 上級准教授 (40716966)
穴田 啓晃  長崎県立大学, 情報システム学部, 教授 (40727202)
馮 尭楷  九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (60363389)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード仮想通貨 / 暗号資産 / 認証 / 分散計算 / セキュリティ / プライバシー / 暗号プロトコル / 分散データベース
研究実績の概要

(1)ブロックチェーンの匿名性要件を整理し,代表的な匿名暗号資産Monero,Zcash,Grinを評価した.さらにブロックチェーンの課題の一つであるスケーラビリティ問題を克服するDAG(Directed Acyclic Graph)技術ベースの暗号資産であるIOTA,Obyte,Nano,Hedera Hashgraphの匿名性を評価した. 我々の評価では,Bitcoinの匿名性を1つの基準として,各方式の匿名性の強弱を解析した.
(2)Bitcoinのハッシュマイニングにおいてブロック到着時間の分散を小さくする方法を研究した.提案方法はオリジナルのハッシュマイニングを n 個直列連接したものを 1 個のハッシュマイニングとする.この方法に対し中心極限定理が働き分散は 1/n となることを示した.
(3)ランダムフォレスト分類アルゴリズムに基づいて, EthereumプラットフォームETH-EDSに対するEclipse攻撃検出モデルを設計した. 攻撃パケットの情報には, パケット長, アクセス頻度や時間のタグが含まれている. これらのタグを使い,攻撃を効果的に検出する. 実験の結果, 悪意のあるネットワークノードの検出が高精度であること検証した.
(4)機械学習を使用してスマートコントラクトの脆弱性を検出する手法を提案した.既存のOyenteやSecurifyなどの検出方法は,主にシンボリック実行または分析に基づいていた。これに対して,我々は,スマートコントラクトの簡略化されたオペレーションコードからバイグラムの特徴を抽出する.次に5つの機械学習アルゴリズムと2つのサンプリングアルゴリズムを使用してモデルを構築し,その有効性を実験的に検証した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

(1)タングル型のDAG系暗号資産(IOTA,Obyte)はBitcoinと同程度の匿名性であること,ラティス型のDAG系暗号資産(Nano,Hedera Hashgraph)はBitcoinよりも匿名性が低いことを確認した.ブロックチェーンの匿名性要件を独自に整理することで,ビットコインよりも,匿名性の弱い通貨も生まれていることを明らかにできたのは,予想以上の成果と評価している.
(2)P2Pネットワーク攻撃の1つであるEclipse攻撃はBitCoinのP2Pネットワークへ二重支出やブロックチェーン内の汎用改ざんなど,マイニングおよびコンセンサスシステムへの攻撃を可能にする脅威である. OyenteやSecurifyなどの既存の検出方法は,主にシンボリック実行と分析に基づいて,すべての実行可能パスの調査またはコントラクト内の依存関係グラフの分析が必要であるため,非常に時間がかかっていた.本研究では機械学習技術を利用することで,スマートコントラクトの脆弱性が,効率よく検出できることを明らかにした,これは当初の計画では,期待していなかった大きな成果である.
(3)ハッシュ関数によるマイニング時間の分散を減らすという具体的問題に,1つの解を与えた.これにより,仮想通貨のマイニングにおけるハッシュ関数の構成の多様化に関する新しい研究課題を見出せたと評価できる.
(4)第17回・応用暗号とネットワークセキュリティ国際会議(ACNS2019)では,応用知能とブロックチェーン安全性(AIBlock)ワークショップを立ち上げた. また,初回大成功を収めた2019IEEEブロックチェーン国際会議の,第2回目が2020年にギリシャで予定されている。本会議のGeneral CochairとProgram CoChairに,本研究グループの代表者と分担者が抜擢されたことも評価できる.

今後の研究の推進方策

(1) 当初の計画通りに,研究課題を推し進める. 特に最終年度あることを意識し,次年度以降・今後の課題も整理する.
(2a) 特にブロックチェーンのデータベース実装における信頼性と, ブロックチェーンを利用した暗号システムの普遍安全性の解析の2つは最重要課題である. (2b)攻撃の解析と実験につかった基盤はEthereumなど主要なものであるが,他の基盤にも適用できるか,一般化を研究する. (2c)ハッシュ関数を使ったマイニング時間の小分散化は,より効果的な構成法も検討する.合わせて,ポアソン以外の分布特性が,ビットコインモデルにどのように影響するか,を解析する.
(3)国内研究会で発表した論文は,英語化して国際会議で発表する. 国際会議で発表している論文は,その拡張版をジャーナル化する. 特にDAG系暗号資産(Nano,Hedera Hashgraph)はBitcoinよりも匿名性が低いという解析結果は,プレプリントサーバーeprintやArxivなどで,まずは英語論文として公開したい.
(4)国際会議への積極的参加を通じて,この分野の研究者とのより一層の連携を図る. 特に今年度は,中国(広州)とギリシャとで開催予定の2つのIEEE系ブロックチェーン国際会議を主導する.

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 5件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] インド統計研究所・コルカタ/マイクロソフロバンガロール/IITデリー校(インド)

    • 国名
      インド
    • 外国機関名
      インド統計研究所・コルカタ/マイクロソフロバンガロール/IITデリー校
  • [国際共同研究] 天津大学/北京交通大学/南京航空宇宙大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      天津大学/北京交通大学/南京航空宇宙大学
    • 他の機関数
      2
  • [国際共同研究] ノルウエー科学技術大学(ノルウェー)

    • 国名
      ノルウェー
    • 外国機関名
      ノルウエー科学技術大学
  • [国際共同研究] デンマーク工科大学(デンマーク)

    • 国名
      デンマーク
    • 外国機関名
      デンマーク工科大学
  • [雑誌論文] Am I eclipsed? A smart detector of eclipse attacks for Ethereum2020

    • 著者名/発表者名
      Xu Guangquan、Guo Bingjiang、Su Chunhua、Zheng Xi、Liang Kaitai、Wong Duncan S.、Wang Hao
    • 雑誌名

      Computers & Security

      巻: 88 ページ: 101604~101604

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.cose.2019.101604

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A privacy preserving two-factor authentication protocol for the Bitcoin SPV nodes2020

    • 著者名/発表者名
      Lu Zhou, Chunpeng Ge, and Chunhua Su
    • 雑誌名

      Science China Information Sciences volume

      巻: 63 ページ: x-x

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s11432-019-9922-x

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] ContractWard: Automated Vulnerability Detection Models for Ethereum Smart Contracts2020

    • 著者名/発表者名
      Wang Wei、Song Jingjing、Xu Guangquan、Li Yidong、Wang Hao、Su Chunhua
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Network Science and Engineering (Early Access )

      巻: x ページ: 1~1

    • DOI

      10.1109/TNSE.2020.2968505

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Reliable Decentralized Oracle with Mechanisms for Verification and Disputation2019

    • 著者名/発表者名
      Ma Limao、Kaneko Kosuke、Sharma Subodh、Sakurai Kouichi
    • 雑誌名

      CANDAR Workshops 2019

      巻: xxx ページ: 346-352

    • DOI

      10.1109/CANDARW.2019.00067

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Y-DWMS: A Digital Watermark Management System Based on Smart Contracts2019

    • 著者名/発表者名
      Zhao Bo、Fang Liming、Zhang Hanyi、Ge Chunpeng、Meng Weizhi、Liu Liang、Su Chunhua
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 19 ページ: 3091~3091

    • DOI

      10.3390/s19143091

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] ハッシュマイニングにおけるブロック到着時間の小分散化2020

    • 著者名/発表者名
      ○穴田 啓晃, 櫻井 幸一
    • 学会等名
      2020年暗号と情報セキュリティシンポジウム
  • [学会発表] DAG技術ベースの暗号資産の匿名性に関する考察2020

    • 著者名/発表者名
      ○才所敏明, 辻井重男, 櫻井幸一
    • 学会等名
      2020年暗号と情報セキュリティシンポジウム
  • [学会発表] 匿名暗号資産(Monero/Zcash/Grin)ブロックチェーンの匿名性に関する考察2019

    • 著者名/発表者名
      ○才所 敏明, 辻井 重男, 櫻井 幸一
    • 学会等名
      コンピュータセキュリティシンポジウム 2019
  • [学会発表] 第9回バル=イラン大学冬季暗号学スクール参加報告2019

    • 著者名/発表者名
      ○穴田 啓晃
    • 学会等名
      電子情報通信学会 暗号と情報セキュリティ 研究会 信学技報, vol. 119, no. 140, ISEC2019-55, pp. 357-361, 2019年7月.
  • [学会発表] E-voting scheme after Blockchain: A challenge of achieving "Receipt-freeness"2019

    • 著者名/発表者名
      Kouichi SAKURAI
    • 学会等名
      The 2nd International Workshop on Blockchain and its Applications (Blockchain 2019) 広州
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Security of Electronic Voting Schemes after Blockchain2019

    • 著者名/発表者名
      Kouichi SAKURAI
    • 学会等名
      13th International Conference on Network and System Security (NSS2019) 札幌
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] BCC '19: Proceedings of the Third ACM Workshop on Blockchains, Cryptocurrencies and Contracts2019

    • 著者名/発表者名
      Satyanarayana V Lokam , Sushmita Ruj, Kouichi Sakurai
    • 総ページ数
      25
    • 出版者
      ACM Special Interest Group on Security, Audit and Control
    • ISBN
      978-1-4503-6785-1
  • [備考] 九州大学-研究者情報: [櫻井 幸一

    • URL

      https://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K000220

  • [備考] 九州大学-研究者情報: 馮 尭鍇(フォン ヤオカイ、Feng Yaokai)

    • URL

      https://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K002276/index.html

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公開日: 2021-01-27  

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