三菱電機2019年2月、センサーへの攻撃を高い精度で検知するセキュリティ技術「センサー攻撃検知アルゴリズム」を開発した。無人飛行機ドローン)、自動運転車両、自律走行型ロボット、生産設備など、センサーデータに基づく自動制御機能を搭載した機器を攻撃から守る。

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 通信販売で受注した商品をドローンに載せて顧客の元に配送する――。そんな実証実験が国内外で行われている。宅配ドローンが実用化されれば、人手不足が深刻化する物流業界に省力化の効果をもたらすと脚光を浴びる一方で、飛行中のドローンが攻撃を受けて墜落する、あるいは乗っ取られるといったセキュリティ面の懸念も浮上している。

 ドローンに限らず自動制御で走行する機器には、自らの姿勢を把握するため「センサーフュージョンアルゴリズム」と呼ぶ技術が広く使われるようになるとみられている。センサーフュージョンアルゴリズムは、複数のセンサーから得たデータを組み合わせて補正することで、機器の姿勢を示す「傾き」をより正確に計測できる。複数のセンサーデータを用いるので、センサーフュージョンアルゴリズムは自動制御に支障をきたすような攻撃の影響を受けにくいと考えられてきた。

 ところが、特定の周波数の超音波を用いると、センサーフュージョンアルゴリズムを誤作動させられることが分かった。IoT(モノのインターネット化)関連技術や情報セキュリティ技術の研究を手掛ける三菱電機情報技術総合研究所が、センサーフュージョンアルゴリズムの処理内容に着目して攻撃のリスクを発見。2018年セキュリティの国際会議で発表し、国内外の研究者の注目を集めた。

超音波を当てて測定値を狂わせる

 センサーフュージョンアルゴリズムを誤作動させることができると、ハッカードローンや自動運転車両を自在に操れるようになるおそれがある。例えば、「(誤作動させる能力を持った)ハイジャックドローンが宅配ドローンに近づき超音波を出して制御を乗っ取り、商品を横取りしてしまうといった可能性がある」と三菱電機情報技術総合研究所の米田健情報セキュリティ技術部長は説明する。

 ドローンは通常、センサーで自身の傾きを計測し、プロペラの回転数を調整しながら安定した姿勢を保って目的地まで飛行する。このときドローンに搭載したセンサーフュージョンアルゴリズムジャイロで計測した傾きと、加速度センサーコンパスの計測値から算出した傾きの相違を補正し、ドローンの進んでいる方角や地面に対する傾きを高い精度で導き出している。

 仮に2系統のセンサーで計測した傾きの相違が過大になると、センサーフュージョンアルゴリズムはどちらか1系統の傾きだけを基に姿勢を制御するように切り替える。例えば、加速度センサーの計測値にノイズがまざりジャイロが示す傾きとの相違が大きくなると、ジャイロの傾きの計測値だけを採用する。

 三菱電機が発見したセンサーフュージョンアルゴリズムに対する攻撃の手順はこうだ。まず特定の周波数の超音波を当てて加速度センサーの計測値にノイズを発生させる。こうすることでドローンジャイロが示す傾きだけを採用して飛行する状態になる。そのうえで、ジャイロの計測値を狂わせる別の周波数の超音波を照射する。すると、ドローンは傾きを把握する手立てをすべて失い、体勢を崩してすぐさま墜落する(写真)。

傾きを示す2つの測定値を常に監視

 三菱電機が開発したセンサー攻撃検知アルゴリズムは、センサーフュージョンアルゴリズムに組み込んで、攻撃されたことをリアルタイムで検知する。

 具体的には、ジャイロから得た傾きと、加速度センサーコンパスから算出した傾きの相関(一致度)をリアルタイムで監視する(図)。攻撃を受けていないとき、双方の傾きはほぼ一致するが、攻撃を受けた途端に互いの傾きに明確な相関の低下が生じる。このように攻撃を受けているときにだけ発生する傾きのかい離から攻撃を見抜く。

 三菱電機は攻撃を受けた際の対策として、ドローンを離陸地点に自動で帰還させたり、プロペラの回線数を下げてその場にできるだけ安全に着陸させたりするフェイルセーフモードに自動で切り替える実験を行った。その結果、ドローンは攻撃を受けたタイミングで一瞬だけ不安定になった後、すぐに姿勢を取り戻して安全に地面に着陸させることができた。将来的には、「正常に飛行しているときのデータドローンに蓄積しておき、攻撃直前の状態に傾きを回復して安定飛行を継続できるようにしたい」と米田氏は話す。

 センサー攻撃検知アルゴリズムは「ソースコードにして数十行ほどのシンプルな仕組みなので、センサーフュージョンアルゴリズムに安価に実装できる」(米田氏)。センサーで計測したデータを信頼してあらゆるモノが稼働するようになる今後、安全対策の一環で多様な機器へ実装が広がることが期待される。

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開発したセキュリティ技術を説明する三菱電機情報技術総合研究所の米田健情報セキュリティ技術部長