[論文レビュー] Science of Cyber Security as a System of Models and Problems

Alexander Kott|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2015

Network Security and Intrusion Detection参考文献 28被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、悪性ソフトウェアを中核的アーティファクトとして、サイバー・セキュリティ政策違反、攻撃者・防御者ツール、ネットワークダイナミクスの間の関係（理論的にモデル化されたもの）を研究対象とする、サイバー・セキュリティの科学の形式的フレームワークを提唱する。本モデルに基づき、主なサイバー・セキュリティ問題クラスの分類を体系的に導出する。

ABSTRACT

Terms like "Science of Cyber" or "Cyber Science" have been appearing in literature with growing frequency, and influential organizations initiated research initiatives toward developing such a science even though it is not clearly defined. We propose to define the domain of the science of cyber security by noting the most salient artifact within cyber security -- malicious software -- and defining the domain as comprised of phenomena that involve malicious software (as well as legitimate software and protocols used maliciously) used to compel a computing device or a network of computing devices to perform actions desired by the perpetrator of malicious software (the attacker) and generally contrary to the intent (the policy) of the legitimate owner or operator (the defender) of the computing device(s). We further define the science of cyber security as the study of relations -- preferably expressed as theoretically-grounded models -- between attributes, structures and dynamics of: violations of cyber security policy; the network of computing devices under attack; the defenders' tools and techniques; and the attackers' tools and techniques where malicious software plays the central role. We offer a simple formalism of these key objects within cyber science and systematically derive a classification of primary problem classes within cyber science.

研究の動機と目的

• 悪性ソフトウェアを中核的アーティファクトとして特定することにより、サイバー・セキュリティ科学の分野を明確かつ形式的に定義すること。
• サイバー・セキュリティ科学を、政策違反、攻撃者／防御者ツール、ネットワークダイナミクスを関係付ける理論的根拠に基づくモデルの研究として定義すること。
• 提案されたモデル・フレームワークに基づき、サイバー・セキュリティにおける主な問題クラスの体系的分類を構築すること。
• 政策、攻撃、防御といった主要なサイバー・セキュリティ対象を形式的に定式化し、厳密な分析を可能にすること。
• 現在の包括的で整合性のある概念的枠組みの欠如に対処する、熟成された理論的根拠に基づくサイバー・セキュリティ科学の基盤を築くこと。

提案手法

• 悪性ソフトウェアがシステムに政策に反する行動を強いる役割を果たすことに注目し、サイバー・セキュリティ科学の核心的領域を定義すること。
• 攻撃者、防御者、ネットワークの属性、構造、ダイナミクスを含む、サイバー・セキュリティ現象の形式的モデルを導入すること。
• 政策、攻撃（正当なソフトウェアの悪用を含む）、防御、ネットワーク構成といった主要なサイバー・セキュリティ対象を形式化すること。
• モデルの構成要素とその相互作用の体系的分析を通じて、主な問題クラスの分類を導出すること。
• 理論的根拠を用いることで、モデルが多様なサイバー・セキュリティシナリオに一般化可能で、分析可能な性質を持つことを保証すること。
• 形式的枠組みを用いて、検出、予防、レジリエンスといった基本的課題を特定・分類すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サイバー・セキュリティ科学の核心的領域とは何か。形式的に定義できるか。
• RQ2 理論的根拠に基づいた方法で、攻撃者・防御者ツール、政策、ネットワークダイナミクスの関係をどのようにモデル化できるか。
• RQ3 この形式的モデルから生じるサイバー・セキュリティの主な問題クラスは何か。
• RQ4 悪性ソフトウェアをサイバー・セキュリティ現象の中核的アーティファクトとして、体系的に分析できるか。
• RQ5 厳密で再現可能な方法でサイバー・セキュリティ問題の分類と研究が可能な理論的枠組みは何か。

主な発見

• サイバー・セキュリティの科学は、政策違反、攻撃者・防御者ツール、ネットワークダイナミクスの間の関係を研究対象とし、悪性ソフトウェアを中核的アーティファクトとして形式的に定義される。
• 提案された形式的モデルに基づき、サイバー・セキュリティにおける主な問題クラスの体系的分類が導出された。
• フレームワークにより、理論的根拠に基づくサイバー・セキュリティ現象の分析が可能となり、直感的または経験的アプローチを越える。
• 形式的枠組みにより、攻撃に使われる悪意あるソフトウェアと正当なソフトウェアの両方のモデル化が可能となり、モデルの包括性が向上した。
• このアプローチにより、現在の概念的・方法論的ギャップに対処する、熟成された理論的根拠に基づくサイバー・セキュリティ科学の発展が可能になった。
• モデルは、ネットワークレベルの攻撃や政策の実行課題を含む、多様なサイバー・セキュリティシナリオに一般化可能である。