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2019 年度 実績報告書

暗号技術によるIoTエコシステムのレジリエンス向上

研究課題

研究課題/領域番号 18H05289
研究機関電気通信大学

研究代表者

崎山 一男  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (80508838)

研究分担者 廣瀬 勝一  福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (20228836)
李 陽  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (20821812)
岩本 貢  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (50377016)
駒野 雄一  株式会社東芝研究開発センター, その他部局等, 主任研究員 (50393856)
菅原 健  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (60785236)
三浦 典之  神戸大学, システム情報学研究科, 准教授 (70650555)
太田 和夫  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (80333491)
研究期間 (年度) 2018-06-11 – 2023-03-31
キーワード情報セキュリティ / 暗号理論 / 情報理論 / ハードウェアセキュリティ / 集積回路学
研究実績の概要

リーク耐性暗号、リーク鍵の蒸留、及びリーク検知技術の3つの研究テーマの実績は以下の通りである。
1)リーク耐性暗号:レジリエントIoTエコシステムを実現する暗号プロトコルの構築を行い、リーケージレジリエント暗号の理解をさらに深めた。暗号利用モードについては、設計の改善と安全性証明を検討し、構成要素である暗号プリミティブに要求される情報漏洩への対策を明確にした。また、物理的メカニズム解明のための実験結果を情報漏洩の形式的モデルにフィードバックした。得られた結果をまとめ、リーケージレジリエント回路およびリーケージセンサの実装に繋げ,その性能評価を行った。
2)リーク鍵の蒸留:実際の漏洩情報の測定により、定式化した情報漏洩量の定式化手法における精度向上を図った。また、情報漏洩対策の理論を応用した実装評価の結果から、理論の補正を検討した。これと並行して、情報漏洩の形式的モデルの評価を行い、特にリキー方式について、実装における耐タンパー性を評価した。これらの研究を通じて、IoTシステムをレジリエンスの観点から評価した。
3)リーク検知技術:これまでに試作したICチップの評価結果から、センサオーバーヘッドとレジリエンス性能のトレードオフを解析し,センサのシステム組込手法を構築した。また、リーケージセンサとPUFを用いた暗号アプリケーションを搭載したICチップを試作した。このICチップと模擬IoTシステムとを統合し、攻撃シナリオや考えうる脅威に関するリスク分析を行うとともに、プロービング攻撃対策の安全性評価を進めた。
なお,当初計画にはなかったが、理論的な安全性に基づく物理攻撃耐性を有するAES暗号ICチップを、ベルギーKULeuven大と共同で開発し、ICチップを搭載した評価基板ボードでの安全性評価の準備を進めた。さらなる連携を図り、物理攻撃対策の理論的側面における協働を推進する環境が整った。

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

これまでに、研究計画通りの進捗が得られている。研究成果についても順調に業績をあげていると考える。これは、IoTデバイスに対するプロービング攻撃の脅威と現状の安全性評価項目を整理し、リーケージセンサを中心として、新たな安全性評価のためのシナリオ及び対策プロトコルの構築が予定通りできているためである。また、チーム毎に打ち合わせやミニワークショップを適宜開催したことも寄与していると考える。
1)リーク耐性暗号:これまでに、リーケージセンサの実装と評価が予定通り進められている。また、レジリエントIoTエコシステムを実現する暗号プロトコルの構築に向けて、理論的側面から見る物理攻撃の理解が進んでいる。暗号利用モードの安全性証明及び設計の改善についても計画通りである。評価実験による情報漏洩の形式的モデルへのフィードバックについては、後述の評価基板を用いることで、想定を超える研究成果が期待できる達成度が得られている。
2)リーク鍵の蒸留:システムのレジリエンス評価に向けたフレームワークが構築できている。また、情報漏洩の形式的モデルの評価が、研究者間の連携により高いレベルで達成できている。情報漏洩に関する理論的研究として、マルチーパーティ計算(MPC)を中心に扱うことで、応用研究との境界領域で挑戦的な研究テーマがいくつか設定されており、今後の研究計画を予定通り遂行できる見込みである。
3)リーク検知技術:プロービング攻撃対策の安全性評価に向けて準備を進めることができている。PUFをベースとした暗号応用の評価、及びセンサオーバーヘッドとレジリエンス性能のトレードオフ解析に必要な評価基板は、予定通り完成している。さらに、当初の研究計画書にはなかった取り組みがあり、追加で評価基板を作製し、安全性評価を進めている。こういった一連の取り組みにより、研究目的の一部が前倒しで達成できている状況である。

今後の研究の推進方策

プロービング攻撃の対策技術の構築を、物理レイヤーから暗号処理アルゴリズムに至るまで、総合的な視点を持って取り組み、情報漏洩の物理的・数理的理解を深める。【課題1:IoTシステムへの暗号技術の適切な導入】における対策技術の実現性については、これまでにチーム三浦が作製した3種の評価基板を研究の中心に置き、鍵更新と鍵蒸留を考慮したリーケージレジリエント暗号の深化を追求するチーム太田との協働を進める。【課題2:鍵のライフサイクルとIoTシステムのレジリエンス向上】では、チーム太田とチーム岩本が進めるIoTシステムのレジリエンスに繋がる理論的対策技術に対して、実際のIoTシステムと対応するリーケージレジリエント回路を実装し、評価する。さらに、システムのレジリエンスを評価することで、境界領域における研究分野の創出と各分野の発展を目指す。

  • 研究成果

    (44件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (15件) (うち査読あり 13件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件) 図書 (3件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] KU Leuven(ベルギー)

    • 国名
      ベルギー
    • 外国機関名
      KU Leuven
  • [雑誌論文] Flush Code Eraser: Fast Attack Response Invalidating Cryptographic Sensitive Data2020

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Sakiyama, Tatsuya, Fujii, Kohei Matsuda, and Noriyuki Miura
    • 雑誌名

      IEEE Embedded Systems Letters

      巻: - ページ: 4pages

    • DOI

      10.1109/LES.2019.2949788

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] An IC-Level Countermeasure Against Laser Fault Injection Attack By Information Leakage Sensing Based on Laser-Induced Opto-Electric Bulk Current Density2020

    • 著者名/発表者名
      Kohei Matsuda, Sho Tada, Makoto Nagata, Yuichi Komano, Yang Li, Takeshi Sugawara, Mitsugu Iwamoto, Kazuo Ohta, Kazuo Sakiyama, Noriyuki Miura
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics (JJAP)

      巻: Vol.59 ページ: 12pages

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab65d3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] サイドチャネル攻撃と対策2020

    • 著者名/発表者名
      菅原健
    • 雑誌名

      電子情報通信学会誌

      巻: 103巻1号 ページ: 45-50

  • [雑誌論文] Validating the DFA Attack Resistance of AES (Short Paper)2020

    • 著者名/発表者名
      Hakuei Sugimoto, Ryota Hatano, Natsu Shoji, and Kazuo Sakiyama
    • 雑誌名

      Proc. International Symposium on Foundations & Practice of Security (FPS2019)

      巻: LNCS12056 ページ: 371-378

    • DOI

      10.1007/978-3-030-45371-8_25

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Side-Channel Leakage of Alarm Signal for a Bulk-Current-Based Laser Sensor2020

    • 著者名/発表者名
      Yang Li, Ryota Hatano, Sho Tada, Kohei Matsuda, Noriyuki Miura, Takeshi Sugawara, and Kazuo Sakiyama,
    • 雑誌名

      Proc. International Conference on Information Security and Cryptology (Inscrypt2019)

      巻: LNCS12020 ページ: 346-361

    • DOI

      10.1007/978-3-030-42921-8_20

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Authenticated Encryption Based on Lesamnta-LW Hashing Mode2020

    • 著者名/発表者名
      Shoichi Hirose, Hidenori Kuwakado and Hirotaka Yoshida
    • 雑誌名

      Proc. International Conference on Information Security and Cryptology (ICISC 2019)

      巻: LNCS11975 ページ: 52-69

    • DOI

      10.1007/978-3-030-40921-0_3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fingerprinting Light Emitting Diodes Using Spectrometer2019

    • 著者名/発表者名
      Akiko Toh, Yang Li, Kazuo Sakiyama, and Takeshi Sugawara
    • 雑誌名

      IET Electronics Letters

      巻: Volume 55, Issue 24 ページ: 1295-1297

    • DOI

      10.1049/el.2019.1908

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Side-Channel Leakage from Sensor-Based Countermeasures against Fault Injection Attack2019

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Sugawara, Natsu Shoji, Kazuo Sakiyama, Kohei Matsuda, Noriyuki Miura, and Makoto Nagata
    • 雑誌名

      Microelectronics Journal

      巻: Volume 90 ページ: 63-71

    • DOI

      10.1016/j.mejo.2019.05.017

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Integrative Acceleration of First-order Boolean Masking for Embedded IoT Devices2019

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Komano, Hideo Shimizu, and Hideyuki Miyake
    • 雑誌名

      Journal of Information Processing

      巻: Vol.27 ページ: 585-592

    • DOI

      10.2197/ipsjjip.27.585

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multi-Party Computation for Modular Exponentiation based on Replicated Secret Sharing2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Ohara, Yohei Watanabe, Mitsugu Iwamoto, and Kazuo Ohta
    • 雑誌名

      IEICE Trans. on Fundamentals

      巻: 102-A ページ: 1079-1090

    • DOI

      10.1587/transfun.E102.A.1079

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Shortening the Libert-Peters-Yung Revocable Group Signature Scheme by Using the Random Oracle Methodology2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Ohara, Keita Emura, Goichiro Hanaoka, Ai Ishida, Kazuo Ohta, and Yusuke Sakai
    • 雑誌名

      IEICE Trans. on Fundamentals

      巻: 102-A ページ: 1101-1117

    • DOI

      10.1587/transfun.E102.A.1101

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 組込機器のセキュリティを脅かすレーザーフォールト攻撃2019

    • 著者名/発表者名
      菅原健,崎山一男
    • 雑誌名

      レーザー研究

      巻: 47巻7号 ページ: 305-309

  • [雑誌論文] Optimal Multiple Assignment Schemes Using Ideal Multipartite Secret Sharing Schemes2019

    • 著者名/発表者名
      Reo Eriguchi, Noboru Kunihiro, and Mitsugu Iwamoto
    • 雑誌名

      Proc. IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT2019)

      巻: - ページ: 3047-3051

    • DOI

      10.1109/ISIT.2019.8849591

    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Information Leakage Sensor Based on Measurement of Laser-Induced Opto-Electric Bulk Current Density2019

    • 著者名/発表者名
      Kohei Matsuda, Sho Tada, Makoto Nagata, Yang Li, Takeshi Sugawara, Mitsugu Iwamoto, Kazuo Ohta, Kazuo Sakiyama, Noriyuki Miura
    • 雑誌名

      Extended Abstracts of International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM)

      巻: - ページ: 501-502

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Efficient Private PEZ Protocols for Symmetric Functions2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshiki Abe, Mitsugu Iwamoto, and Kazuo Ohta
    • 雑誌名

      Proc. Theory of Cryptography Conference (TCC2019)

      巻: LNCS11891 ページ: 372-392

    • DOI

      10.1007/978-3-030-36030-6_15

    • 査読あり
  • [学会発表] LED の個体識別における温度変化の影響2020

    • 著者名/発表者名
      土屋彩夏, 藤聡子, 李陽, 崎山一男, 菅原健
    • 学会等名
      IEICE 情報通信 システムセキュリティ研究専門委員会・第 50 回合同研究会
  • [学会発表] 暗号回路における基板電流検出型レーザー故障注入攻撃対策の軽量設計法2020

    • 著者名/発表者名
      山下憂記, 松田航平, 永田真, 三浦典之
    • 学会等名
      電子情報通信学会ハードウェアセキュリティ研究会
  • [学会発表] 誘導インパルス型の瞬時自己破壊回路を利用した検知後対処に基づく物理攻撃対策2020

    • 著者名/発表者名
      多田捷, 松田航平, 永田真, _山一男, 三浦典之
    • 学会等名
      電子情報通信学会ハードウェアセキュリティ研究会
  • [学会発表] 鍵のランダムな漏洩に対するAES鍵スケジュール復元アルゴリズム2020

    • 著者名/発表者名
      植村友紀, 李陽, 三浦典之, 岩本貢, 崎山一男, 太田和夫
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2020
  • [学会発表] 事前通信モデルにおけるペアリングを用いない集約署名2020

    • 著者名/発表者名
      竹牟禮薫, 坂井祐介, Bagus Santoso, 花岡悟一郎, 太田和夫
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2020
  • [学会発表] 気泡検出器を用いたゼロ知識非破壊検査2020

    • 著者名/発表者名
      品川和雅, 三浦典之, 岩本貢, 崎山一男, 太田和夫
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2020
  • [学会発表] 任意の始集合を持つ関数を計算するprivate PEZプロトコル2020

    • 著者名/発表者名
      安部芳紀, 岩本貢, 太田和夫
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2020
  • [学会発表] AESへの5ラウンドの物理攻撃の可能性の考察2020

    • 著者名/発表者名
      高見豪, 菅原健, 崎山一男, 李陽
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2020
  • [学会発表] 無線通信から収集した電磁波を用いたテンプレート攻撃研究2020

    • 著者名/発表者名
      杉本悠馬, 菅原健, 崎山一男, 李陽
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2020
  • [学会発表] Re-keying方式の高次サイドチャネル攻撃への耐性に関する検討2020

    • 著者名/発表者名
      駒野雄一, 廣瀬勝一
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2020
  • [学会発表] 調光機能のあるLEDの個体識別2020

    • 著者名/発表者名
      藤聡子, 土屋彩夏, 李陽, 崎山一男, 菅原健
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2020
  • [学会発表] レーザー検知回路から漏洩するサイドチャ ネル情報の考察2020

    • 著者名/発表者名
      羽田野凌太, 平田遼, 松田航平, 三浦典之, 李陽, 崎山一男
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2020
  • [学会発表] 小型・低電力セキュアモジュールのための暗号回路と物理攻撃対策の軽量実装に関する研究2020

    • 著者名/発表者名
      松田航平
    • 学会等名
      電子情報通信学会集積回路研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 任意の関数を計算するprivate PEZプロトコルの改善2019

    • 著者名/発表者名
      安部芳紀, 岩本貢, 太田和夫
    • 学会等名
      コンピューターセキュリティシンポジウム 2019 (CSS 2019)
  • [学会発表] (強)フォワード安全な動的検索可能暗号の効率的な構成2019

    • 著者名/発表者名
      渡邉洋平, 大原一真, 岩本貢, 太田和夫_
    • 学会等名
      コンピューターセキュリティシンポジウム 2019 (CSS 2019)
  • [学会発表] How to improve the private PEZ protocol for general functions2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshiki Abe, Mitsugu Iwamoto, and Kazuo Ohta
    • 学会等名
      International Workshop on Security (IWSEC2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] 積分球による光量の均一化に基づくLEDの個体識別2019

    • 著者名/発表者名
      土屋彩夏,藤聡子, 李陽, 崎山一男, 菅原健
    • 学会等名
      IEICE2019年ソサイエティ大会
  • [学会発表] AESに対する5ラウンド攻撃の物理攻撃への応用検討2019

    • 著者名/発表者名
      高見豪, 菅原健, 崎山一男, 李陽
    • 学会等名
      IEICE2019年ソサイエティ大会
  • [学会発表] レーザーフォールト注入攻撃への対 策が施された AES 暗号チップの脆弱性評価2019

    • 著者名/発表者名
      羽田野凌太, 李陽, 多田捷, 松田航平, 三浦典之, 菅原健, 崎山一男
    • 学会等名
      IEICE2019年ソサイエティ大会
  • [学会発表] LED 光源を用いた光サイドチャネル認証装置2019

    • 著者名/発表者名
      椎名瞭, 菅原健, 松村竜我, 崎山一男
    • 学会等名
      IEICE2019年ソサイエティ大会
  • [学会発表] AES 暗号への 9 ラウンド差分故障解析の攻撃耐性の評価2019

    • 著者名/発表者名
      杉本博英, 羽田野凌太, 庄司奈津, 崎山一男
    • 学会等名
      IEICE2019年ソサイエティ大会
  • [学会発表] レーザー光を使った音情報の漏洩に対する安全性評価2019

    • 著者名/発表者名
      星野翔, 椎名瞭, 松村竜我, 崎山一男
    • 学会等名
      IEICE2019年ソサイエティ大会
  • [学会発表] Card-based Majority Voting Protocols with Three Inputs Using Three Cards2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Ohta
    • 学会等名
      nternational Secure Multi-party Computation Forum (SMPS2019)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Invited Talk: Deep Learning for Security Evaluation of Physically Unclonable Function2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Sakiyama
    • 学会等名
      ECTI UEC Workshop on AI and Application (ECTI-UEC2019)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 小型・低電力セキュアモジュールのための暗号回路と物理攻撃対策の軽量実装に関する研究2020

    • 著者名/発表者名
      松田航平
    • 総ページ数
      89
    • 出版者
      神戸大学学位論文
  • [図書] 電子情報通信学会 知識ベース 1群(信号・システム)- 3編(暗号理論)-14章(サイドチャネル攻撃と耐タンパー技術)2019

    • 著者名/発表者名
      崎山一男
    • 総ページ数
      9
    • 出版者
      電子情報通信学会
  • [図書] 暗号ハードウェアのセキュリティ2019

    • 著者名/発表者名
      崎山一男,菅原健,李陽
    • 総ページ数
      174
    • 出版者
      コロナ社
    • ISBN
      978-4-339-02894-2
  • [備考] 研究業績一覧

    • URL

      https://sakiyama-lab.jp/study/

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公開日: 2021-01-27  

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