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いちえいかいて
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1 電子情報通信学会 LSI とシステムのワークショップ 2018 招待講演フィジカル世界とサイバー世界をつなぐ計測セキュリティ 2018 年 5 4 日 ( ) 東京学生産技術研究所横浜国学学院環境情報研究院教授先端科学高等研究院情報物理セキュリティ研究ユニット代表松本勉 tsutomu@ynu.ac.jp

2 1. サイバーフィジカルシステムフィジカル世界とサイバー世界を関連付ける Physical World Cyber World Physical Object/Event Mapping between Physical and Cyber Worlds Digital Object/Event (Digital Twin of )

3 2. サイバーフィジカルシステムのプロセス Internet of Things Cyber Physical System データ収集 Physical Digital データの蓄積解析 Digital Intelligence フィジカル世界へ ( 制御サービス ) Intelligence Physical

4 3.IoT アーキテクチャの展開 ( 仮説 ) 1 (2020 年頃まで?) 2 (2030 年頃には ) やや閉じた IoT 現在はドメインあるいは事業主毎に垂直統合で IoT アーキテクチャが構成されているドメイン間あるいは事業主間でクラウドを介した部分的な情報交換はわれるオープンな IoT ドメイン事業主を問わず IoT の様々なレイヤ間でデータ流通のメッシュ化サービスの多層化仮想化が進む複数のステークホルダーが多様に繫がる究極の IoT に向かって展開する

5 4. フィジカル世界の脅威はサイバー世界にも及ぶ Physical World Cyber World Physical Object/Event Digital Object/Event (Digital Twin of ) Threats in Physical Worlds Threats in Cyber Worlds

6 5. サイバー世界の脅威はフィジカル世界にも及ぶ Physical World Cyber World Physical Object/Event Digital Object/Event (Digital Twin of ) Threats in Cyber Worlds Threats in Physical Worlds

7 6. フィジカル世界とサイバー世界の対応を揺るがす脅威 Physical World Cyber World Physical Object/Event Digital Object/Event (Digital Twin of )

8 7. 計測セキュリティ Instrumentation Security 計測セキュリティに係る脅威 1. 計測結果が実際と異なる 2. 計測できない 3. 何を計測しているか暴かれる攻撃 A 攻撃 A 計測システム S 計測に用いるメディア計測したい量 x ( 例えば計測対象までの距離 ) 計測対象 O 環境 E Z 計測結果攻撃 A 攻撃 A

9 8. 計測セキュリティの重要性 (1) z = n (< x) Detector (2) z = f (> x) (3) No output (z is unavailable) Electronic Circuit Emitter Vehicle s Sensor with Output z (1) z =n < x May cause crush against the following vehicles x (the real distance) (2) z = f > x May cause a severe traffic accident with personal injury

Intelligence Physical ID 管理 / 認証通信のセキュリティ蓄積のセキュリティ処理のセキュリティ計測のセキュリティ

10 9. サイバーフィジカルセキュリティの研究課題 Internet of Things Cyber Physical System データ収集 Physical Digital データの蓄積解析 Digital Intelligence フィジカル世界へ ( 制御サービス ) Intelligence Physical ID 管理 / 認証通信のセキュリティ蓄積のセキュリティ処理のセキュリティ計測のセキュリティ制御のセキュリティ管理のセキュリティトラストの置き方における新しい展開計算リソースエネルギーライフタイム環境変化未知の脅威にどうち向かうか何を標準化するかルール化するか

11 １０セキュリティ保証 Certification Self Declaration セキュリティ保証は評価技術強化技術保証スキームによりなされる

12 11. 計測セキュリティの様相お楽しみ

12. ドローンに搭載の超波距離計に対する DoS 攻撃ドローンを構成する機器に対する攻撃事例姿勢制御系センサジャイロセンサ加速度センサコンパス

波距離計高度を保つために, ドローン下部に取り付けられた超音波距離計で常に高度を測定している.

実際と異なる映像を見せる超音波距離計超音波を当てる車載ソナーでは実証済み [4] ドローンに搭載された超音波距離に対する DoS 攻撃を実証する.

超音波距離計送信波反射波測定対象物超波スピーカーによる超波距離計への DoS 攻撃超音波距離計に別の超音波を当てると,

??? 距離 L L = (Cは音速) LIDARと比べた際のメリット : 波長が短く伝搬速度が遅いため高精度. 透明体でも測定可能. センサが比較的安価.

年暗号と情報セキュリティシンポジウム SCIS2017, 2E2-4, 2017 年 1 月. [3] Shepard, D.P., Bhatti, J.

13 12. ドローンに搭載の超波距離計に対する DoS 攻撃ドローンを構成する機器に対する攻撃事例姿勢制御系センサジャイロセンサ加速度センサコンパス制御系回路電子回路攻撃手法センサの固有振動数の超音波を当てる [1][2] 攻撃手法電磁パルスなどを照射し, 電子回路を狂わせるドローンに搭載された超波距離計高度を保つために, ドローン下部に取り付けられた超音波距離計で常に高度を測定している. この高度を保とう高度を上げよう測位系センサ攻撃手法 GPS 強いGPS 信号で騙す [3] LIDAR 偽装した光を照射するカメラ実際と異なる映像を見せる超音波距離計超音波を当てる車載ソナーでは実証済み [4] ドローンに搭載された超音波距離に対する DoS 攻撃を実証する. 超波距離計送信した超音波の往復時間 Δt から対象物までの距離を算出する計測機器. 超音波距離計送信波反射波測定対象物超波スピーカーによる超波距離計への DoS 攻撃超音波距離計に別の超音波を当てると, 正常に計測できなくなる [4]. ドローンは現在の高度が分からないため, 制御が不安定に.??? 距離 L L = (Cは音速) LIDARと比べた際のメリット : 波長が短く伝搬速度が遅いため高精度. 透明体でも測定可能. センサが比較的安価. 計測セキュリティの発展が望まれる. 参考文献 [1] Y. Son, H. Shin, D. Kim, Y. Park, J. Noh, K. Choi, J. Choi, and Y. Kim, Rocking Drones with Intentional Sound Noise on Gyroscopic Sensors, In Proc. USENIX Security 2015, [2] 菅原健, 梨本翔永, 鈴木大輔, センサフュージョンを備えた慣性計測ユニットのセンサなりすまし攻撃に対する安全性評価, 電子情報通信学会 2017 年暗号と情報セキュリティシンポジウム SCIS2017, 2E2-4, 2017 年 1 月. [3] Shepard, D.P., Bhatti, J.A., Humphreys, T.E., and Fansler, A.A., Evaluation of smart grid and civilian uav vulnerability to gps spoofing attacks, In Proc. ION GNSS, volume 3, [4] 中澤祐希, 中野将志, 汐崎充, 久保田貴也, 白畑正芳, 藤野毅, 菅原健, 鈴木大輔, 小林信博, 車載測距センサに対するセキュリティ評価, 電子情報通信学会 2016 年暗号と情報セキュリティシンポジウム SCIS2016, 4F1-1, 2016 年 1 月.

14 13. マルチエコー検出 LIDAR の原理 Fog Object Echo 1 Echo 2 LIDAR E D Distance1 Time 1 Time2 Distance2 Emitted Signal Echo 1 Echo 2 LIDAR: Light Detection and Ranging ToF: Time of Flight

15 14. マルチエコー検出 LIDAR の計測セキュリティ評価 Echo 1: 20m Echo 2: 100m Multi Echo LIDAR Emitter Detector Light for measurement Light for Attack Attack Circuit 20m Light for Attack which is mimicking the Light for Measurement is emitted to the Sensor Distance Masquerading PD LED Existence of Attack Equipment Type of Distance Masquerading Detectable Undetectable Far than Real 遠くに距離偽装 Near than Real 近くに距離偽装 [1], [2] [3] [3] [1] J. Petit, B. Stottelaar, M. Feiri, F. Kargl, Remote Attacks on Automated Vehicles Sensors: Experiments on Camera and LiDAR, Black Hat Europe [2] K. Soma, D. Fujimoto, T. Matsumoto, Instrumentation Security of a Pulse LIDAR System against Reflected Light Masquerading, IEICE Tech. Rep., vol.116, no.35, ISEC2016-9, pp.37-44, May [3] K. Soma, D. Fujimoto, T. Matsumoto, Instrumentation Security of a Ranging Pulse LIDAR System Against Reflected Light Spoofing, IEICE Symposium on Cryptography and Information Security, SCIS 2017, 2E1-2, Okinawa, January 論 [3] にす成果の部は国研究開発法新エネルギー産業技術総合研究所 (NEDO) の委託業務の結果, 得られたものである.

16 15.LIDAR に対する計測セキュリティ評価方法お楽しみ

17 16. Time-of-Flight(ToF) 距離画像カメラの計測セキュリティ - パルス光なりすましによる距離画像改ざん距離画像カメラ距離画像カメラ写っている物体までの距離を画像として取得可能な3 次元センサ. 攻撃環境攻撃結果攻撃前外部からの攻撃により距離画像が改ざんされた場合, 不正な物体や動作の検知がわれる可能性がある. 攻撃概要カメラ A 攻撃中 ToF カメラが発射する測定光になりすました攻撃光を, 測定対象物に向けて照射する. カメラ A とカメラ B に対し, 個別に攻撃をう. 機種による差攻撃の結果, 距離画像が改ざんされた. 変化量は攻撃者が操作可能である. 受光した測定光をトリガに, FPGA 内で攻撃光パルスを生成し, 発光する. 測定光パルスを観測し, なりすました攻撃光を照射しただけでは, 距離画像の改ざんがうまくえない機種もある. 本展ではカメラ B. 本説明は, 以下の報告に基づくものである. [1] 櫻澤聡, 藤本大介, 松本勉, ToF 距離画像カメラに対するパルス光なりすまし攻撃の実証, 電子情報通信学会 2017 年暗号と情報セキュリティシンポジウム SCIS2017, 2E1-1, 2017 年 1 月. [2] 櫻澤聡, 藤本大介, 松本勉, ToF 距離画像カメラの計測セキュリティを評価する法, 電子情報通信学会 2018 年暗号と情報セキュリティシンポジウム SCIS2018, 2D3-1, 2018 年 1 月. これらの論にされる成果の部は, 国研究開発法新エネルギー産業技術総合開発機構 (NEDO) の委託業務の結果, 得られたものである.

18 17. ステレオカメラとはステレオカメラの計測セキュリティ左右に並べられた2 台のカメラの撮影画像と, その視差情報を利用して, 計測対象物の距離情報が得られるカメラを表す. 計測対象 - ステレオグラムによる距離偽装 - 実験環境画像表示用ディスプレイ視差 : 画像表示用 PC B : 基長線左カメラ右カメラステレオカメラ距離 : D[m] ステレオグラム画像, : 左カメラ撮影画像計算式原理,, : 右カメラ撮影画像 B : 基長線 ( 左右のカメラ距離 ) : カメラの焦点距離 F / : 画素ピッチ : 視差実験結果ステレオカメラステレオカメラ処理表示用 PC ディスプレイとの距離と, ステレオカメラが算出した距離との差を比較する. シングルイメージステレオグラムの一例ステレオカメラステレオカメラ〇の繰り返し幅の繰り返し幅左視点右視点上図から得られる立体情報繰り返される水平パターンの距離を変化させることにより, 意図的に立体視させるものである. この原理を用い以下のステレオグラム画像を作成した左カメラ取得画像遠ステレオカメラが算出した距離画像 3D マッピング画像距離画像と 3D マッピング画像から, 本来平面であるディスプレイに窪みがあるように, ステレオカメラには見えることがわかる. 距離偽装が行われている近本説明は, 以下の報告に基づくものである. 使用したオブジェクト使用したテクスチャ作成したステレオグラムオブジェクト : 浮き上がらせる物体野平浩生, 岩田康志, 吉田直樹, 藤本大介, 松本勉ステレオカメラの計測セキュリティに関する考察, 電子情報通信学会 2018 年暗号と情報セキュリティシンポジウム SCIS2018, 2D3-2, 2018 年 1 月.

19 18. ステレオカメラに対する計測セキュリティ評価方法お楽しみ

20 19. フィジカル世界とサイバー世界の対応を揺るがす脅威に対抗 Physical World Cyber World Physical Object/Event Digital Object/Event (Digital Twin of ) 計測セキュリティ Instrumentation Security

21 20. 計測セキュリティフォーラム時 :2018 年 4 月 17 ( 火 )13:30 17:00 会場 : ちよだプラットフォームスクウェア ( 本館 )5 階主催 : 電子商取引安全技術研究組合 (ECSEC) 協 : 横浜国大学東京大学神大学三菱電機株式会社後援 : 経済産業省開催趣旨 : 計測セキュリティにつきその概念を共有し将来の計測セキュリティ保証の在りなどについて幅広く情報交流をうことプログラム : 各講演資料 ( 公開版 ) は上記 Web ページからダウンロード可 13:30-15:30 講演セッション開会の葉主催者来賓挨拶経済産業省サイバーセキュリティ技術戦略企画調整官土屋博英基調講演計測セキュリティとは何か横浜国大学松本勉講演企業からた計測セキュリティ三菱電機株式会社鈴大輔講演 Society5.0 時代の計測セキュリティセコム株式会社瀧田悠講演 IoTシステムに求められるデータ品質オムロン株式会社内藤丈嗣講演計測セキュリティ保証スキームの提案電子商取引安全技術研究組合植村泰佳 15:30-16:30 計測セキュリティ実験デモンストレーションセンサに対する模擬攻撃の例 :LIDAR[ 横浜国大 ]ToF 距離画像カメラ [ 横浜国大 ] 慣性センサ ( 加速度計ジャイロコンパス )[ 三菱電機 ] ドローン ( 超波距離計 )[ 横浜国大 ] ステレオカメラ[ 横浜国大 ] センサへの攻撃に対抗する検知技術防御技術の例 : セキュアA/D 変換 [ 神大学 ] 電磁攻撃対策 (MiRK)[ 産業技術総合研究所 ] 16:00-17:00 名刺交換会

特別寄稿.indd

特別寄稿.indd 特別寄稿ソフトインフラとしてのデジタル地図を活用した自動運転システム Autonomous vehicle using digital map as a soft infrastructure 菅沼直樹 Naoki SUGANUMA 1. はじめに 1) 2008 2012 ITS 2) CO 2 3) 4) Door to door Door to door Door to door DARPA(