[論文レビュー] Towards Security of Additive Layer Manufacturing

Mark Yampolskiy, Todd R. Andel+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2015

Additive Manufacturing and 3D Printing Technologies参考文献 2被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、設計を変更せずに部品の整合性を損なう悪意ある製造パラメータの改ざんに起因するAdditive Layer Manufacturing (ALM)におけるセキュリティ脅威を調査する。知的財産権の保護と顧客の仕様への準拠を保証するため、暗号的強制、ハードウェアの難読化、デジタルフォレンジックスを統合したセキュアな外部委託モデルを提案する。

ABSTRACT

Additive Layer Manufacturing (ALM), also broadly known as 3D printing, is a new technology to produce 3D objects. As an opposite approach to the conventional subtractive manufacturing process, 3D objects are created by adding thin material layers over layers. Until recently, they have been used, mainly, for plastic models. However, the technology has evolved making it possible to use high-quality printing with metal alloys. Agencies and companies like NASA, ESA, Boeing, Airbus, etc. are investigating various ALM technology application areas. Recently, SpaceX used additive manufacturing to produce engine chambers for the newest Dragon spacecraft. BAE System plans to print on-demand a complete Unmanned Aerial Vehicle (UAV), depending on the operational requirements. Companies expect the implementation of ALM technology will bring a broad variety of technological and economic benefits. This includes, but not limited to, the reduction of the time needed to produce complex parts, reduction of wasted material and thus control of production costs along with minimization of part storage space as companies implement just-in-time and on-demand production solutions. The broad variety of application areas and a high grade of computerization of the manufacturing process will inevitably make ALM an attractive target for various attacks.

研究の動機と目的

• 3D形状を変更せずに部品の整合性を損なう悪意ある製造プロセスパラメータの改ざんによるリスクを低減すること。
• 3Dオブジェクト設計および製造パラメータを含む知的財産権（IP）を保護する、セキュアで柔軟な外部委託モデルの開発。
• 設計者、チューニング専門家、機器所有者といったALM関係者間での協働を、実行可能なIPライセンスによって強制可能な形で可能にする。
• ALMシステムに対するサイバー物理的攻撃の検出・防止・再構築に向けた技術的解決策の調査。
• 攻撃後の分析と責任追及を支援するため、ALM環境におけるデジタルフォレンジックスの基盤を構築すること。

提案手法

• IP（3D形状、必要な物理的特性、製造パラメータ）をライセンス使用に束縛するセキュアな外部委託モデルを設計し、使用回数などの定められた制限を設ける。
• ライセンス条項を強制し、IPの不正使用を防止するための特殊な暗号プロトコルを採用する。
• ALM装置の逆ルックアップおよび改ざんから保護するため、ハードウェアの難読化技術を適用する。
• 非侵襲的モニタリングおよび改ざんに強いメカニズムを実装し、製造プロセスデータの記録と検証を可能にする。
• 残留データを用いて攻撃を再構築し、製造後におけるIP違反の検出を可能にするデジタルフォレンジックス分析を統合する。
• 実験的侵入テストを実施し、ALMシステムに対する攻撃の実現可能性と困難さを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 製造パラメータの改ざんによって、3Dプリント部品の整合性を損なう主な攻撃ベクトルは何か？
• RQ2 3Dオブジェクト設計およびプロセスパラメータに関連する知的財産権を、複数のステークホルダー間で安全に外部委託し、強制可能にする方法は何か？
• RQ3 ALM環境におけるサイバー物理的攻撃の検出・防止・再構築に効果的な技術的メカニズムは何か？
• RQ4 暗号プロトコルおよび改ざんに強いデータ記録をALMワークフローに統合し、IP準拠を保証する方法は何か？
• RQ5 安全性が重要な応用分野における高価値なALM部品に対して、パラメータベースの攻撃が実用的に行えるか、その実現可能性と影響は何か？

主な発見

• ALMの製造パラメータを悪意ある形で改ざんすると、3D形状を変更せずに機械的応力耐性などの材料特性が低下し、航空機エンジンなど安全性が求められる分野で深刻なリスクを引き起こす。
• IP（設計、特性、プロセスパラメータ）をライセンス使用に束縛するセキュアな外部委託モデルが提案され、生産回数などの制限が強制可能である。
• 暗号プロトコルおよびハードウェアの難読化は、機密な製造パラメータの逆ルックアップおよび不正使用を防ぐための実用的技術的基盤である。
• 非侵襲的モニタリングおよび改ざんに強いデータ記録技術は、IP違反の検出を支援し、攻撃後におけるデジタルフォレンジックス分析を可能にする。
• 実験的侵入テストを実施して、パラメータベースの攻撃の実現可能性と困難さを評価する計画であり、リスク評価と緩和の根拠となる。
• ALMワークフローへのデジタルフォレンジックスの統合は、攻撃の再構築と産業現場における責任追及を確実にするために不可欠である。