2

(1)自動運転へ向けた安全な自動車赤外線カメラで夜間も安全

インターネットとの通信

安全な車－車通信，車－人通信

車載ソフトウエアの安全なアップデート

(2)ビッグデータ時代のセンサーノード画像のプライバシーが保護

農場など電源がなくてもデータ収集可能

高齢者や，認知症患者など医療や介護で使用できる

(3)偽物の被害を防止する電子すかし・改ざん防止

ハードウエアトロイ検出

耐リバースエンジニアリング3

われわれの自動車は、常に十数台が路上を走っていて、このほど30万マイル（約48万km）以上のテスト走行を完了した。テストはさまざまな交通状況で行われ、コンピュータ制御下において事故は1度もなかった。(2012)視覚障害を持つ男性がショッピングに行くシーン

http://www.google.com/about/jobs/lifeatgoogle/self-driving-car-test-steve-mahan.html

4

グーグルカーが処理しているといわれるデータグーグル自動運転車

3

自動運転へ向けた安全な自動車各種センサと赤外線カメラで夜間も安全

安全なＶ２Ｘ通信（車－車通信，車－人通信等）

5

トヨタの試作車（各種センサーが山のように）

Autoliv（赤外線カメラで夜間走行アシスト）

藤野・熊木研で使用している赤外線カメラ


安全なＶtoＸ通信（車－車通信，車－人通信等）

6

4


安全なＶ２Ｘ通信（車－車通信，車－人通信等）

7

藤野・熊木研究室で開発した耐タンパＡＥＳ暗号回路

復号化S-box

暗号化S-box

復号化S-box

暗号化S-box

8

暗号鍵が機密情報を守る

標準暗号 3DES，AES⇒ 暗号アルゴリズムは公開⇒ 多くの研究者によって数学的な安全性は保証

暗号回路動作時のサイドチャネル情報サイドチャネル情報＝処理時間．消費電力，電磁波

サイドチャネル情報から暗号鍵を推定

サイドチャネル攻撃を防止する対タンパ性が必要サイドチャネル情報（危険！）

平文

暗号文

電磁波電流・電圧処理時間

暗号データ（安全）

5

暗号回路が動作しているときの，消費電力や電磁波を利用して，暗号鍵情報を窃取する「サイドチャネル攻撃」に対して耐性のある回路を開発．

十分な攻撃耐性を持つだけでなく，従来の対策手法に対して，消費電力・チップ面積ともに最小．

9

電源

オシロスコープ

PC

AES暗号回路(評価ボード上)

電磁波波形

位置スキャナー

電磁界プローブ

電磁界プローブ

AES暗号回路

電磁波を用いたサイドチャネル攻撃評価環境

我々の方式

従来の耐性が高い方式

ＮＨＫクローズアップ現代（2012.5.28）「社会を変える“ビッグデータ”革命」

ＮＨＫスペシャル（2013.3.3）「“いのちの記録”を未来へ～震災ビッグデータ～」

ニュース深読み（2013.6.22）「 “ビッグデータ”で暮らしはどう変わる？」

＃政府が成長戦略の柱として注目する"ビッグデータ"。＃ネットやカメラ、センサーなどによって、今や私たちの生活が"データ"として収集できる時代に...。その膨大な情報（＝ビッグデータ）を活用すれば、第二の産業革命に匹敵する経済効果があるともいわれています。＃国や企業が積極的にビッグデータ活用を推進したら、私たちの暮らしや経済はどう変わるのか？情報の安全面は？

10

http://www1.nhk.or.jp/fukayomi/maru/2013/130622.html

街中のいたるところに監視カメラが設置され，行動を把握されている．

6

(1)プライバシー保護生画像データをそのまま保存すると肖像権の侵害・個人情報保護法違反・プライバシー侵害の可能性

(2)夜間の監視(3)監視ネットワークへのサイバー攻撃(4)低消費電力化

11

2013年４月１日日経新聞

カメラ取得画像から自動で顔を検出して，暗号技術を用いた階層型部分画像マスク（HMF）を印加する．

事件・事故等が生じた場合には，権限者が秘密鍵を用いて元画像を復元できる

低消費電力基板を用いたデモシステム構築組み込みシステム技術展ET-West2013（インテックス大阪）で技術展示を行い好評

今後の研究課題顔検出の高速化動画フォーマットへの対応

12

7

夜間の監視・可視光では検知できない機器不良監視が可能起電力型（サーモパイル）センサは原理的には低消費電力

13

照明なしで不審者の動きを監視

夜間ドライブの視覚補助で事故防止

人の居場所と周囲温度を検知し冷暖房

赤外線センサ

防犯システム（試験状況）

赤外線

可視光

エネルギー安心

安全暗闇での物体認識

メガソーラー太陽電池の機器不良検知

可視光

赤外線

赤外線

可視光温度測定

監視カメラをプライバシー確保が重要な家庭内や，公共施設内に多数配置し，ネットワークに接続すると・・

インターネットに接続されたサーバーと同様に(１)盗聴（２）なりすまし（３）改ざんに対する対策が必要

監視カメラに，耐タンパ暗号回路とPUF(物理複製不可能デバイス)を搭載し，強固な認証と，データの暗号化を行う．

14

複製防止PUFチップ

セキュア認証LSI・65nm CMOS・チャレンジ―レスポンス認証・PUFを使って認証用秘密鍵を保護

耐タンパ暗号LSI

サイドチャネル評価ボード

SASEBO-RII

セキュア AES LSI・180nm CMOS・ハイブリッドマスク方式２線メモリ方式・100万波形を用いたサイドチャネル攻撃で鍵推定はできないことを実証

三菱電機共同開発

チャレンジレ

スポンス

監視カメラ

データサーバー

認証

暗号通信

8

93%の消費電力削減・CMOSイメージセンサを常時動作させる場合と比較

CMOSイメージセンサと赤外線アレイセンサを組み合わせて，マイコンで制御．間歇動作で低消費電力化．

シナリオ：1s毎赤外線センサ起動，60s毎画像取得

・マイコンからプログラムハードウェアを用いて更なる低消費電力化とコスト削減

赤外線像イメージセンサ像

赤外線アレイセンサ

イメージセンサ

VPEX試作チップと消費電力比較

15

16山火事

犯罪徘徊

独居老人

転落

認知症

トイレ事故

赤外線アレイセンサ

耐タンパ暗号LSI

イメージセンサ認識プライバシー保護

極低消費電力プログラマブルハードウェア

グリーン・スマート・セキュア・アイズ（GSSE）

赤外線で異常を探知・現況を画像で報告・しかも無線で省エネ！

施設・病院地域社会施設・病院

農業自然災害

洪水獣害

作物

9

17

半導体の模造品が大きな問題となっている模造品発見数は年々増加

半導体の模造品市場は世界の半導体市場の5%

セキュリティ用ICチップも秘密情報を盗むことで複製可能

まだ単なる，模造品ならマシで，中には，悪事を働く模造品（ハードウエアトロイ）も

⇒次スライド

*日経エレクトロニクス，2010/4/19号

18

狙われる半導体LSI 不特定多数の人がLSI開発に関わる．

-世界で集積回路の設計を手掛ける企業数: 約1,550社-半導体LSIの年間設計数: 約2,500個-世界の半導体売上高 (2009年): 約$2,350億-グローバル化に伴い，LSI本体の設計やそれに用いるハードウェア・ソフトウェアIPの製作に関わる人々は世界規模で数百人，数千人規模．

IP

IP

IP

耐震偽装，牛肉偽装．．．

Trojan

微細化に伴うLSIの多機能化がハードウェアトロイを生んだ．

-設計者に対して性善説を前提として良いか．-設計データがハッキングされたら．- LSI機能ブロックや，IPにハードウェアトロイが仕組まれ世界中に利用される: ASIC，FPGA， etc …-いったい何が起こるのか?

10

19

米国ではハードウェアトロイに対する対策を開始した

米国防総省高等研究計画局 (DARPA)．- 「集積回路の信頼性確保プログラム」を開始 (2007年)

ハードウェアトロイの対する世界各国の関心の高さ．

- The New York Timesにハードウェアトロイの記事が掲載．- IEEEに特集記事が掲載．- 2008年にハードウェアトロイに関する国際会議が開かれる．-日経サイエンス (Scientific American日本版) 号に記事が掲載 (2010年10月)

ハードウェアトロイに対する日本の状況．

-関連研究発表は殆ど行われていない．-半導体関連企業も，未だ対策を行っていない？

-立命館大学でこの分野の先駆者を目指す！

軍事装備品が狙われた可能性がある

軍事作成の成功の裏に

- イスラエルがシリアの施設を攻撃した際，イスラエル空軍は、シリアに気づかれることなく

レーダー（ロシア製）網をくぐり抜け，目標を

破壊して無傷で帰還．

攻撃対象は核施設

- シリアのレーダーを構成する部品であるマイクロチップに，あらかじめ，バックドアが仕込まれていた！

我が国においても早急な対策が必要となってきている！

専用機材を作成して，組込み機器を中心に研究を進めている．学会でも数回発表済み 20

11

ＰＵＦ（Physical Unclonable Function）技術 LSI製造時のトランジスタのばらつきを利用してそのチップ固有のID(指紋)を生成する

耐リバースエンジニアリング技術 LSIのレイアウトを解析（リバースエンジニアリング）して，まったく同じ商品を作ってしまう被害

容易にレイアウトを解析させないLSI設計技術 : Diffusion Programmable Logic(DPL)

21

21評価LSI

恒温層

試作ＰＵＦチップ

温度や電源電圧が変動しても同じIDが生成されるかをテストする ⇒

22

デジタル画像データは，こんな特徴があります．

誰でも取り扱いが容易．コストを削減できる．パソコンやスマホで加工編集が可能．

デジタル画像が使える？？

法廷，工事現場，証拠写真，etc

12

デジタル画像内の特徴をパターン化，暗号処理によってパターンを秘匿し，オリジナル性を保証．画質の低下無し．元データの必要無し．数ビットの改ざんも検出可．改ざん位置も判明．ノイズ耐性も有り．

モルフォロジカルパターンスペクトラムと公開鍵暗号を利用使っちゃオ！

信頼しちゃオ！

00

00

00

0

00

00

00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Original image (1,024 x 768 pixels)

Scale of structuring element1

0

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Num

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2 3 4 5 6 7 8 9 10

Manipulated image (1,024 x 768 pixels)

Scale of structuring element

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0

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2 3 4 5 6 7

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(0, 0)

(31, 31)

86

-3,772 -4,131

-11,527

-8,867

143

0 0 0 0 0 0 0 00 0

0 0 0 0 0 0 0 00 0

0 0 0 0 0 0 0 00 0

0 0 0 0 0 0 0 00 0

0 0 0 0 0 0 0 00 0

(24, 31)

(31, 27)

Manipulated imagezoomed

Original imagezoomed

Divided number of pixels (32 x 32 areas)

(a)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

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6

7


Th

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128 x 128 pixels

検出

23

カメラを用いた犯罪

デジタル万引き盗撮企業，電車，etc

対象物の管理者に了解を得ずに隠れて撮影をすること

カメラ付き携帯電話で、雑誌の一部を立ち読み客が写す行為

24

13

安全な認証・通信技術電力や電磁波を用いて暗号鍵を窃取するというサイドチャネル攻撃に耐性のある暗号回路設計技術

ＬＳＩの誤動作を誘発して暗号鍵を窃取するというフォールト攻撃に耐性のある暗号回路設計技術

製造ばらつきを利用してＬＳＩの指紋とするＰＵＦ技術

低消費電力プログラマブルＬＳＩ技術ビア工程でプログラムしたハードウエア制御でマイコンよりも圧倒的な低消費電力を実現するビアプログラマブルロジックＶＰＥＸ技術

さまざまな環境条件で設置されるセンサを接続できるビアプログラマブルアナログＶＰＡ技術

赤外線センサ/カメラの高感度・高精度測定できるアナログ技術間欠動作に対応できるノーマリオフ動作対応アナログ回路

サーモパイル素子の微小信号を高精度に増幅する回路

プライバシー保護画像処理技術顔などを高速に検出し，暗号技術を用いたモザイクを施すＨＭＦ技術

偽装・不正複製防止技術ハードウエアトロイ検出回路

電子透かし・画像データ改ざん検出技術

耐リバースエンジニアリングＬＳＩ設計技術 25

現在は，下記の５つのグループに分かれていますが，２つのグループにまたがっての研究など，各自が実現したいことに向けて協力して研究を遂行しています．

電子透かし画像改竄プライバシー保護

ハードウェアトロイ

超並列処理

低コストソフトエラー

CAD開発オペアンプ

赤外線カメラ

電源オフセンサースマートエコロジー

乱数発生暗号鍵生成認証

ばらつき自動車

サイドチャネル

攻撃

耐タンパLSI

非接触ICカード電磁波解析電力解析

LSI設計 FPGA 暗号処理

組み込みLSI デジタル回路

PUF 複製防止ビアプログラマブル回路

アナログ回路

消費電力通信

MX PUF VP SN SCA

26

14

FIT2011@函館 MWSCAS2013@アメリカ

・最近の学会（国際）アメリカ，ハワイ，カナダ,トルコ，ブラジル，台湾 etc.（国内）北海道，福岡，鳥取，東京，富山,沖縄，鹿児島 etc.・論文誌にも掲載・国，企業等とのプロジェクトも進行中

「遅延時間差検出型アービターPUF」の研究で，当研究室M2の古橋君が最優秀賞を受賞しました

本研究は，ブラジルでの国際学会でも発表．

28

IN1 IN2

OUT1 OUT2

R2R1R0 R3L1L2L3 L0

MOSキャパシタアレイ


IN1 IN2

OUT1 OUT2

R2R1R0 R3L1L2L3 L0



オフセットセンスアンプ

試作PUF回路（ローム0.18μmCMOS）

…01

チャレンジ

アービター回路

C1

10

01

01

C2 C8

10

10

入力 INΔt

VDECセンター長東京大学浅田教授

15

世界初の統一的評価基準に基づく第1回電子透かしコンテストで中尾慧さん、穂積康平さんの、「マックスプラス代数系に基づくモルフォロジカルウェーブレット変換を用いた電子透かし手法の評価」という提案技術が統一基準を満たす事が上記専門機関から認められました。

29

http://www.jasa.or.jp/etwest/2013/exhibitor/newlist_in.html

https://www.starc.jp/events/workshop2013/

16

応用演習 2013/12-2013/1 ・PC環境,Cygwin環境セットアップ

・Cプログラミングによる暗号回路

・研究紹介（合宿＠エポック12/23予定）

輪講ゼミ 2014/2-2015/1 週１回「Introduction to VLSI Circuits and Systems」を読み進めます

春季演習（週１回）

2014/2-3 C言語の演習（簡単な暗号プログラム）論理回路演習（SPICEシミュレーション）

院生ゼミ演習（週２回）

2014/4-6 ・LSI設計ツール（回路図，レイアウト，SPICE＆論理シミュレーション，論理合成）修得

・FPGAおよびマイコンボード演習

卒業論文テーマ選定

2014/4-7 院進学者は４月から研究準備開始６～７月に最終決定（B4学生発表）夏休みから本格研究開始

卒論目次作成 2014/12 卒論作成前に内容を整理,中間発表

卒論提出 2015/2 卒論提出

31

休み（ゼミの無い間）は，３月下旬（春休み）に２～３週間，８，９月に３～４週間あります．

研究の主体は大学院生４回生で学んだ研究のやり方を活用して，自主的に研究を進める能力を育成する．

学会発表国内学会（M1,M2）春（5月）「システムLSIワークショップ」秋（11月）「デザインガイア」冬（１月）「暗号と情報セキュリティーシンポジウム」

M2は海外発表・論文誌投稿が目標

対外研究交流ビアプログラマブルロジックVPEX:元智大学耐タンパLSI設計,PUF：産総研，名城大，三菱電機ノーマリオフセンサ：ルネサスエレクトロニクス

赤外線センサ：機械工学科木股研究室

過年度（2006-2012）の修士の就職先（含内定）東芝８，ローム４，日立４，富士通２，村田製作所２，デンソー２ルネサスエレクトロニクス２他

32

17

今週（アポイントメントなし，個人研究室） 10/7（月） 18:00～19:00（このあとすぐ）＊上記以外の個別相談はメールで予約してください

> [email protected]

配属希望調査前（詳細はHPで確認してください） 11/4(月) 17:30～19:00 （応用演習時間後）研究室見学＆教員面談＠藤野２研（ローム3F）研究室の研究内容＆設備を，デモ＆パネル展示で紹介します.

11/5(火) 18:00～19:00院生による研究紹介＠藤野４研（ローム3F）院生・４回生が下記の内容に関して技術発表を行う予定です．

(1)ビアプログラマブルLSI設計(2)耐タンパLSI設計(3)モバイル機器向けLSIとセキュリティ応用(4)製造ばらつきを利用した固有ID生成技術(5)超低消費電力センサーネットワーク技術

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論理設計～回路設計～物理設計までLSI設計の実践力を「自分で作製したチップが所望の動作をしたときは感動しました」と研究室の学生の声

評価測定をすることでボードや測定機の扱い方をマスター

CPUボード・FPGAボードを使ってシステムを作ろうソフト・ハードの総合的な理解ができる

作成したシステムを使って展示会でアピール

ネットワーク（セキュリティ）技術の知識を身につけよう

暗号や乱数の知識は今後ますます重要に

歓迎する学生像

いろいろなことに好奇心があり興味を深める

自分で考えて行動できる

責任感を持ってコミュニケーションできる

研究室学生のWiki（イントラネット）を見ると当研究室のアクティビティーの一端が感じられるでしょう！⇒http://rh5pt200.bkc.ritsumei.ac.jp/wiki/ 34

ネットワークlsiシステム研究室 1 (network system on chip …...1...

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