[論文レビュー] Protection and Deception: Discovering Game Theory and Cyber Literacy through a Novel Board Game Experience

Saboor Zahir, John Pak+3 more|arXiv (Cornell University)|May 21, 2015

Digital Games and Media参考文献 10被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、サイバー攻撃（ワーム、トロイの木馬、スプーファー攻撃など）を含む実践的で遊び心あるゲームプレイを通じて、非対称情報やリソース配分といったゲーム理論的概念とサイバーリテラシーを教える、新規の二人対戦型ボードゲーム「Protection and Deception（P&G）」を紹介する。ニューヨーク・マンハッタンの中学・高校生を対象に実地テストを行った結果、参加者の関与度とサイバーリテラシーが向上した一方で、簡素化およびデジタル化の余地が明らかになった。

ABSTRACT

Cyber literacy merits serious research attention because it addresses a confluence of specialization and generalization; cybersecurity is often conceived of as approachable only by a technological intelligentsia, yet its interdependent nature demands education for a broad population. Therefore, educational tools should lead participants to discover technical knowledge in an accessible and attractive framework. In this paper, we present Protection and Deception (P&G), a novel two-player board game. P&G has three main contributions. First, it builds cyber literacy by giving participants "hands-on" experience with game pieces that have the capabilities of cyber-attacks such as worms, masquerading attacks/spoofs, replay attacks, and Trojans. Second, P&G teaches the important game-theoretic concepts of asymmetric information and resource allocation implicitly and non-obtrusively through its game play. Finally, it strives for the important objective of security education for underrepresented minorities and people without explicit technical experience. We tested P&G at a community center in Manhattan with middle- and high school students, and observed enjoyment and increased cyber literacy along with suggestions for improvement of the game. Together with these results, our paper also presents images of the attractive board design and 3D printed game pieces, together with a Monte-Carlo analysis that we used to ensure a balanced gaming experience.

研究の動機と目的

• 技術的背景のない人々やマイノリティ層を対象とした、アクセスしやすく魅力的な教育的ツールの開発。
• 明示的な説明なしに、非対称情報やリソース配分といったゲーム理論の核となる概念を、ゲームプレイを通じて暗黙的に教えること。
• 技術用語を最小限に抑え、サイバーセキュリティ教育への入り口を下げるために、ボードゲーム形式を採用すること。
• 多様な技術的背景を持たない若者層を対象とした実世界でのテストを通じて、ゲームの有効性を検証すること。
• 実証的テストとシミュレーションを活用して、ゲームメカニクスを洗練させ、バランスと教育的インパクトを確保すること。

提案手法

• チェスやリアルタイムストラテジーの要素を反映した、二人対戦型でターン制のボードゲームを設計。LAN設定と攻撃／防御パッケージの配置を含む。
• ワーム、リプレイ攻撃、スプーファー攻撃、トロイの木馬といった特定のサイバー攻撃を表す実体のあるゲームピースを統合し、実践的学習を可能にする。
• モンテカルロシミュレーションを用いて攻撃と防御の能力をバランスさせ、複数回のプレイテストで公平で魅力的なゲームプレイを実現。
• 認知的負荷を軽減するため、技術用語を基本的な攻撃タイプに限定した簡素化されたサイバー用語集を採用。
• マンハッタンのコミュニティセンターで中学生・高校生を対象に現地テストを実施し、関与度と学習効果を評価。
• 質的フィードバックと観察データを収集し、ルールや部品の簡素化、およびデジタル化の可能性を含めたデザイン改善を同定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ボードゲームは、技術的背景のない若者やマイノリティ層のプレイヤーに対して、基本的なサイバーリテラシー概念をどの程度効果的に教えることができるか。
• RQ2 非対称情報やリソース配分といったゲーム理論的原則を、明示的な指導なしにゲームプレイを通じてどの程度暗黙的に教えることができるか。
• RQ3 サイバーセキュリティボードゲームにおいて、初心者プレイヤーの関与度と学習定着に寄与する設計要素は何か。
• RQ4 多数の攻撃タイプと防御戦略を含む複雑なシステムにおいて、ゲームバランスをどのように達成できるか。
• RQ5 視覚的および物語的要素は、非デジタル形式におけるサイバーセキュリティ概念の習得曲線をどの程度軽減できるか。

主な発見

• マンハッタンのコミュニティセンターで中学生・高校生を対象に実施したテストでは、ゲームが明確な関心を引き、サイバー攻撃の種類に関する理解が向上した。
• ゲームピースとの直接的な相互作用を通じて、参加者はドS（Denial-of-Service）攻撃、スプーファー攻撃、ワーム攻撃といった特定のサイバー脅威に対する認識を高めた。
• モンテカルロシミュレーションにより、攻撃と防御の能力を最適化することで、テスト実行のあらゆる段階でバランスの取れたゲームプレイが実現された。
• プレイテストからのフィードバックにより、学習曲線が確認された。ゲームはアクセス可能ではあるが、より広範な若者層への魅力を高めるために、ルールと部品の簡素化が求められる。
• 3Dプリントされたピースや直感的なボードデザインといった視覚的および物語的要素が、プレイヤーの関与度を高め、プレッシャーを軽減した。
• 動画チュートリアルやハイブリッド型のボード／デジタル版といった、デジタル化の可能性が、今後の開発において有望な道筋であると判明した。