大阪大学 × セキュリティ人材育成プログラム 大学院等高度副プログラム / SecCap / ProSec

要旨

サイバーセキュリティでは情報セキュリティガバナンスや法制の基礎、セキュリティ脅威の分析から、マネジメントにおける社会制度の現状と課題等、セキュリティとビジネスではビットコイン、IoT、プライバシ等に関する課題などを学び、情報技術の社会システムと組み合わせ、社会システムにセキュリティ技術を適用できる深い知識の獲得と、現場知識の涵養を目指す。

授業の目的・概要

1. RFIDタグや携帯端末等，IoT機器におけるデータ秘匿やデータの偽造を防ぐ技術として脚光を浴びている楕円曲線暗号について解説するとともに、その実装も行う。
2. 高信頼なソフトウェアを設計・実装するための技術である，型システム，モデル検査について解説する．また，型付きλ計算上への型システムの実装と，形式手法を用いたアルゴリズム・ソフトウェアの設計を行い，実践的なアルゴリズム・ソフトウェアの設計・実装手法について理解する．

学習目標

1. 暗号理論と情報セキュリティの基盤技術およびその構成要素を理解し，暗号理論と情報セキュリティを応用するアプリケーションと適切な実装や応用ができるようになる。
2. 型システムとモデル検査について理解し，高信頼なアルゴリズム・ソフトウェアを設計・実装できるようになる。

知識単位

楕円曲線、同型写像、ハッセの定理、公開鍵暗号、安全性、楕円曲線暗号、ディジタル署名、ハイブリッド暗号の効率、ソフトウェアテスト、ガベージコレクション、代数的データ型、型付きλ計算、線形型、エフェクト型システム、リージョン推論、Rust言語、述語論理、形式手法、モデル検査、分散アルゴリズム、並行プログラミング

授業の目的・概要

1. 情報セキュリティにおいて必要となる離散的な構造に対する数学的諸概念や考え方に習熟し、数学の各種定理を応用する方法について理解する。
2. 数学的な証明とプログラミング言語の基礎となる論理と計算について理解する。

学習目標

1. 離散的な構造に対する数学的諸概念として、群・環・体・初等整数論の概念を理解するとともに、各種数論的アルゴリズムを習熟し、それらの情報セキュリティへの応用方法を習得することを目標とする。
2. 命題論理、述語論理の概念を理解し、多くの関数型プログラミング言語の基礎となっているλ計算と型システムについて習熟することを目標とする。

知識単位

半群、モノイド、群の公理、部分群、剰余類（Lagrange の定理）、正規部分群、剰余群、環の公理、準同形写像（準同形定理）、イデアル、Euclid 環、体、有限体、素数、除法の原理、 Euclid の互除法、不定方程式、合同式、中国人の剰余定理、平方剰余記号、命題論理、自然演繹法、命題論理の形式的証明、限量子、解釈、モデル、述語論理の形式的証明、停止問題、原始帰納的関数、チューリングマシン、健全性、完全性、算術の形式系、ペアノ算術、ゲーデル数、ゲーデルの不完全性定理、α同値、β簡約、評価戦略、カリー化、不動点コンビネータ、型付きλ計算、カリー・ハワード同型対応、型検査、型推論

授業の目的・概要

本科目では公開鍵暗号を用いてモノのインターネット(IoT)のデータを保護する方法を学び、実際に実装する方法について習得する。サイバーセキュリティの基礎である暗号には対称鍵暗号および公開鍵暗号の二種類がある。前者では各参加者は一つ以上の秘密鍵を事前に共有していることが仮定されるが、その秘密情報をいかに共有するかという問題は鍵共有問題としてよく知られている。n人のネットワークではn^2個の鍵を管理する必要がでてくるため、この問題はIoTへの応用に対して技術的な観点だけでなく管理的な観点からも特に困難かつ重要な課題である。

鍵共有問題は公開鍵暗号によって簡潔に実現ができる。利用者は一時利用のためのセッション鍵を通信相手の公開鍵で暗号化し、単にその暗号化された鍵を相手に送るだけである。対応する復号鍵の所有者のみがそのセッション鍵を復号し入手できることが公開鍵暗号によって保証される。しかしながら、そのような理論的に魅力的な解決方法をIoTに適用する場合、多くのIoT機器は計算・メモリ・通信能力について非常に限られた資源しか持たないという困難に直面することになる。さらに、多数のIoT機器を用いた攻撃も考えられる。

本PBL演習ではIoTのデータを保護する公開鍵暗号の実現方法さらには暗号攻撃手法を、実際に実装することで、習得することを目的とする。

学習目標

現代の公開鍵暗号の背後にある理論，および資源に制約を持つIoT機器上で公開鍵暗号を実装する際に特有の課題について学ぶ．また，解読手法についても学ぶ．さらに効率的な公開鍵暗号の実装方法とともに解読の実装方法や公開鍵暗号の各種応用についても学ぶ．

知識単位

ユークリッドの互除法、バイナリ法、フェルマーの小定理、 公開鍵暗号の概念、ElGamal暗号、鍵共有の概念、DH 鍵共有法、暗号の評価手法、 ρ法、指数計算法、ディジタル署名の概念、DSA 署名、暗号プロトコル、 ハイブリッド暗号、暗号と署名の組み合わせ、ハイブリッド暗号

授業の目的・概要

本科目では暗号化したまま統計処理などが可能な準同型暗号やその応用と課題を学び、実装する。情報化社会が進むにつれ大量のデータをクラウドに預ける企業などが急激に増えてきた。さらに、クラウドサーバーはそれ自体が高い演算処理能力のあるマシンであるから、預けたデータの統計処理等が可能であり、様々なアプリケーションを提供することができる。しかし、クラウドデータの漏洩や信用できないクラウド管理者への対策としてデータを暗号化した状態でクラウドに預けることが望ましいが、通常の暗号による暗号化では、暗号化データを処理してしまうと正しく復号ができなくなってしまう、という問題がある。そこで、暗号化データに対して暗号化した状態で特定の演算処理を行うことで、復号後に望んだ平文の処理結果を手に入れることができる、準同型暗号が非常に注目されており、GentryやDijkらにより暗号化したまま加法と乗法両方の演算が可能な完全準同型暗号が提案されて以降、改良や応用に関する研究が活発に行われている。本PBL演習では、暗号化されたデータを安全に利活用するための準同型暗号について、理論・応用・安全性について実際に実装することで習得する。

学習目標

準同型暗号の理論から応用・攻撃について学び、実際に実装することで習得すると共に、準同型暗号の有用性や実用化のための課題について体感する。

知識単位

準同型暗号、多項式環の剰余環、高速フーリエ変換による多項式の高速乗算、数論変換、 LWE問題、Ring-LWE問題、BGV方式、BFV方式、鍵変更，モジュラス変更，再線形化

授業の目的・概要

本科目では情報セキュリティ分野における各種のカテゴリの習熟度を確認するための演習に取り組む。情報セキュリティ分野の技能検定については、筆記による情報処理試験やその他民間の試験がよく知られている。一方で、実践的技能を自ら主体的に判定する方法としてCapture The Flag方式の問題を実際にプログラム開発などを通じて解き、得点を獲得する手法がある。本科目においては、まずCTFに取り組むための基礎的な知識を演習形式で学習する。その上で、CTF形式の演習に取り組むことで、参加者の実践的技能が十分に獲得できている科目と、そうでない科目を経験として得ることで、さらなる自らの技能向上に取り組むための一助とする。

学習目標

情報セキュリティ分野に関する実践的技能を自主的に向上させていく能力を養成する。

知識単位

CTF、バイナリ、ヘッダ、メタデータ、通信プロトコル、フォレンジック

授業の目的・概要

一般的に、サイバー攻撃は、探索活動、侵入・感染、侵入・感染時攻撃、侵入・感染後攻撃と言うように、いくつかの段階を踏んで行われる事が多い。そのため、サイバー攻撃に適切に対処するためには、マルウェア解析や暗号技術といった要素技術の習得のみではなく、サイバー攻撃の各段階における手法と防御技術を系として捉え、包括的に理解し、適切なネットワーク設計をする必要がある。そこで、本PBLでは、仮想エンタープライズネットワークを用いて、サイバー攻撃における各段階の手法を学習するとともに、ネットワークレベルでの対策手法とネットワーク設計の演習を行う。なお、本演習は情報通信研究機構StarBEDの機材を用いて実施する。

学習目標

本PBLでは攻撃手法学習、ネットワークレベル防御演習、検疫ネットワーク設計演習の3つを行い、さまざまな攻撃とその対策手法について習得する。

1. 攻撃手法学習
   攻撃学習では、SYNスキャンなどの各種スキャン方法、辞書攻撃、リフレクション攻撃などの攻撃手法について学ぶ。
2. ネットワークレベル防御演習
   ネットワークレベル防御演習では、OpenBSDのPF等に代表されるのパケットフィルタリング機構を利用し、上記攻撃手法学習で学んだ攻撃手法に対するネットワークレベルでの対策手法を習得する。
3. 検疫ネットワーク設計演習
   検疫ネットワークの設計を行うことで、セキュアなネットワーク設計を行う方法を習得する。

知識単位

パケットフィルタ、ファイアウォール、異常検知、検疫ネットワーク、コンピュータネットワーク、UNIX

授業の目的・概要

ネットワークトラフィック処理技術は、スイッチングやルーティングといったネットワークの基本機能を実現する技術であるだけではなく、ファイアウォールや侵入検知システム（IDS）といった、ネットワークセキュリティ機器・ソフトウェアを実現するための基礎技術でもある。特にネットワークトラフィックに対するパターンマッチは、ファイアウォールやIDSを実現するために必須の技術である。このパターンマッチは、バイトコードインタプリタである疑似レジスタマシンを用いて行われることが多い。例えば、BSDやLinuxなどのオペレーティングシステムでは、BSD Packet Filter（BPF）と呼ばれる疑似レジスタマシンが用いられ。また、正規表現を実装する方法の一つとして、非決定性有限オートマトンを模倣する疑似レジスタマシンが用いられる事もある。

そこで、本PBLでは、ネットワークトラフィックに対してパターンマッチを行うための疑似レジスタマシンの設計と実装を行い、ネットワークトラフィック処理技術について理解を深める。また、より高度な課題として、本演習で実装した疑似レジスタマシンを、netmap等に代表されるカーネルバイパス技術の上に適用し、実践的なネットワークトラフィック処理機構の実装を行う。カーネルバイパス技術を用いると、専用ハードウェア無しに、一般的なコンピュータを用いてソフトウェア処理のみで、高速にネットワークトラフィック処理を行えるようになる。

学習目標

1. レジスタマシン理解
   レジスタマシンについて理解しコンピュータの基礎的な構造について学ぶ。
2. バイトコードインタプリタの設計と実装
   BPFや正規表現のバイトコードインタプリタを設計・実装することで，パターンマッチングの基盤技術を習得する。
3. コード生成学習
   Low Level Virtual Machine (LLVM) を利用したマシン語の生成を行うことで、高速な言語処理系について学習する。

知識単位

パケットフィルタ、カーネルバイパス技術、パケットフィルタ、バイトコードインタプリタ、レジスタマシン、オートマトン、正規表現

授業の目的・概要

巧妙化するサイバー攻撃に対して、様々な防御手法を設けることで脅威に対するリスクを下げることができる。しかしながら、サイバー攻撃の巧妙化に加えて、サービスが多様化したことで対策するべき範囲が広がっている。そこで、様々なセキュリティ機器を組み合わせてインシデントの発生確率を下げる多層防御が用いられている。本演習では、まず複数の特徴が異なるセキュリティアプライアンスを用いて、その動作を理解する。そして、これらのセキュリティアプライアンスを使用し多層防御の考え方、構築手法を習得することを目的とする。なお、本演習は情報通信研究機構StarBEDの機材を用いて実施する。

1. 多様化するサービスと巧妙化する攻撃手法
   ウェブサービス、クラウド、メールなどのサービス、それぞれのサービスを狙った巧妙化する攻撃から守るための技術について習得する
2. 多層防御の仕組み
   想定される脅威と対策について、適した箇所で防御する多層防御の仕組みについて習得する
3. 多層防御ネットワーク設計演習
   サービス形態に合わせたセキュリティ機器を含めたネットワーク設計手法について習得し演習を行う

学習目標

実際の商用ネットワークで利用されている複数のセキュリティアプライアンスを利用すること、セキュアなネットワーク運用を行うための基礎技術を習得する。また、それら複数のセキュリティアプライアンス正しく利用し、多層防御的なネットワークを設計できるようになる。

知識単位

コンピュータネットワーク、多層防御、セキュリティアプライアンス、ファイアウォール、NFV

授業の目的・概要

安全安心便利なディジタル社会構築に向けた課題を明らかにし、その課題を解決するアプローチを設計する。また、提案アプローチを評価し、実現に必要なステップを明確にする。

課題解決を目指すプロジェクトを構築し，各人の調査・検討をプロジェクト内で 議論しながら，現在の情報システムが抱える課題や課題解決の方法， 実現に必要な工数などを明確にし，セキュリティを社会 に応用するシステム設計書を作成する．

学習目標

安全安心便利なディジタル社会構築に向けた課題を把握し，セキュリティを社会に応用する システム設計について学習する．

知識単位