[論文レビュー] A systematic mapping study on security countermeasures of in-vehicle communication systems

Jinghua Yu, Stefan Wagner+2 more|arXiv (Cornell University)|May 1, 2021

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)参考文献 29被引用数 6

ひとこと要約

本系統的マッピング研究は、車載通信システムのセキュリティ対策に関する279編の論文を分析し、主な傾向、検証手法、出版パターン、研究ギャップを特定した。2015年以降、研究が急激に増加していることが明らかになった。主な対策は不審行動検出と安全な通信であり、一方で自動車イーサーネットや不審行動への対応といった未だ十分に検討されていない分野が浮き彫りになった。

ABSTRACT

The innovations of vehicle connectivity have been increasing dramatically to enhance the safety and user experience of driving, while the rising numbers of interfaces to the external world also bring security threats to vehicles. Many security countermeasures have been proposed and discussed to protect the systems and services against attacks. To provide an overview of the current states in this research field, we conducted a systematic mapping study on the topic area "security countermeasures of in-vehicle communication systems". 279 papers are identified based on the defined study identification strategy and criteria. We discussed four research questions related to the security countermeasures, validation methods, publication patterns, and research trends and gaps based on the extracted and classified data. Finally, we evaluated the validity threats, the study identification results, and the whole mapping process. We found that the studies in this topic area are increasing rapidly in recent years. However, there are still gaps in various subtopics like automotive Ethernet security, anomaly reaction, and so on. This study reviews the target field not only related to research findings but also research activities, which can help identify research gaps at a high level and inspire new ideas for future work.

研究の動機と目的

• 車載通信システムのセキュリティ対策に関する研究の現状を包括的に概説すること。
• 系統的マッピング研究の手法を用いて、分野における研究の傾向、活動パターン、ギャップを特定すること。
• 出版傾向、検証手法、国・会議・研究分野別の研究分布を分析すること。
• マッピングプロセスの妥当性と方法論的品質を評価し、自動車イーサーネットや不審行動への対応といった未だ十分に研究が進んでいないサブトピックを同定すること。

提案手法

• 系統的マッピング研究（SMS）手法のガイドラインに従い、事前に定義されたプロトコルに基づいて系統的マッピング研究を実施した。
• 定義されたキーワードと含む／除外基準を用い、複数のデータベース（例：IEEE Xplore、Springer、ScienceDirect）を対象とした段階的な検索戦略により、279件の関連論文を同定した。
• メタデータおよび本文から抽出したデータを、対策タイプ、セキュリティ目標、検証手法、出版会議、研究分野などのカテゴリに分類した。
• 積み上げ棒グラフとバブルチャートを用いて、出版傾向、国別の貢献度、メディアタイプの分布を可視化した。
• 研究同定、データ抽出、分類、マッピングプロセス、結果解釈の5つの次元において、妥当性の脅かし要因を評価した。
• チェックリストを用いて方法論的品質を評価し、ベストプラクティス活動の54％に準拠した。これは高い方法論的品質を示している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 車載通信システムに提案された主なセキュリティ対策の種類は何か。また、それらは異なる技術分野にどのように分布しているか。
• RQ2 提案された対策を評価するために主に用いられる検証手法は何か。また、主に評価される性能特性は何か。
• RQ3 出版傾向は時間経過とともにどのように変化したか。また、この分野でリーダーを務める国と機関はどこか。
• RQ4 今後よく言及される研究方向性は何か。また、現在の文献において残されたギャップは何か。

主な発見

• セキュリティ対策の大部分は不審行動検出（18.3％）と安全な通信方式（17.6％）に集中しており、多くの研究がCANバスネットワークを標的としている。
• 認証が最も頻出するセキュリティ目標であり、分析対象の論文の35.5％で言及されている。
• 61％の検証プロセスでハードウェアプロトタイピングが用いられ、効果性と効率性が最も頻繁に評価される特性である。
• 出版数は2015年から2019年にかけて急増したが、2020年には減少した。これは新型コロナウイルス感染症の影響による可能性が高い。
• 米国、中国、ドイツが貢献度上位3カ国であり、研究の大部分は学術機関から出ている。
• 主な研究ギャップとして3つが特定された：自動車イーサーネットセキュリティに関する研究が限定的であること、産学連携が不十分であること、不審行動への対応メカニズムの研究が不足していること。