ネットワークソフトウェア対象のセキュリティ・プライバシ・トラストのエコシステム
Ecosystem for Security, Privacy, and Trust in Network Software Systems

１．研究の目的
複雑なネットワークソフトウェアシステムへのセキ
ュリティやプライバシの作り込みは通常、過去のインシデントにおける脆弱性の識別および対策を積み重ねて達成される。本研究では、セキュリティ・プライバ
シ・トラストをネットワークソフトウェアシステムへ組み入れるために必要な設計上の要素と要素間の関係を整理したメタモデルを実現する。メタモデルに基づ

鷲崎 弘宜 ( Hironori WASHIZAKI, Ph. D.)き、ネットワークソフトウェアシステムを対象とした早稲田大学 理工学術院 教授

共存・循環・進化型の「セキュリティ・プライバシ・(Professor, Waseda University)トラストのエコシステム（生態系）」の基盤を実現する。

IEEE Computer Society Vice President for Professional and Educational
Activities, 情報処理学会ソフトウェア工学研究会主査 他
受賞： 科学技術分野の文部科学大臣表彰 科学技術賞（理解増進部門）（2021年）, 情報処理学会ソフトウェア工学研究会功績賞（2021 年）, IWESEPBest Paper Award（2019 年）, IMS Japan 賞 特別賞（2019 年）, 日本 eLearning 大賞 2019 IT 人財育成部門賞（2019 年）, 情報処理学会ソフト
ウェア工学研究会卓越研究賞（2019 年）, 日本工学教育協会 工学教育賞（2017 年）他
著書：ソフトウェア品質知識体系ガイド（第 3 版）－SQuBOK Guide V3－, オーム社（2020 年） Scratch でたのしく学ぶプログラミング的思考,
マイナビ出版（2019 年） 初級ソフトウェア品質技術者資格試験(JCSQE)
問題と解説 第 2 版, 日科技連出版社（2015 年） ソフトウェアパターン：パターン指向の実践ソフトウェア開発, 近代科学社（2007 年） AspectJ によるアスペクト指向プログラミング入門, ソフトバンククリエイティブ,（2004 年）他
研究専門分野：ソフトウェア工学 情報システム 情報教育

エコシステムでは、企画から開発、運用に到るライ
フサイクル中のセキュリティ、プライバシ、トラストに関わる様々な成果物や知識等をメタモデル上で整理体系化・統合・再利用し、新たなソフトウェアシステムを進化的に生み出し、またその運用における新たなリスクや攻撃・対策を、当該および他のソフトウェアシステムの企画・開発・運用へ役立てる。
加えて本研究では、エコシステムにおける主要な再利用対象であるセキュリティパターンの扱いに関する研究を網羅的に分類調査及び整理する。
２．研究の背景
IoT やクラウドに代表される複雑なネットワークソあらまし

フトウェアシステムでは、多種多様多量なデータをリ

本研究ではネットワークソフトウェアシステムを対象

アルタイムに扱い業務の飛躍的な効率化や新たなサーとした共存・循環・進化型のセキュリティ・プライバ

ビス・価値の創造に寄与することが期待される。一方

シ・トラストのエコシステム（生態系）の基盤を実現

で、サービスやデータの集中管理、自然災害や侵入者する。エコシステムでは、企画から開発、運用に到るといった外的要因の変化や増大、さらには設計思想やライフサイクル中のセキュリティ、プライバシ、トラセキュリティの異なる多様な機器の接続に伴い、攻撃ストに関わる様々な成果物や知識等をメタモデル上でやデータ漏洩のリスクは増大し、他の品質を維持した整理体系化・統合・再利用し、新たなソフトウェアシまま必要なセキュリティおよびプライバシを確保するステムを進化的に生み出し、またその運用における新ことが社会的急務である。

たなリスクや攻撃・対策を、当該および他のソフトウ本研究の代表者らはクラウドサービスを対象にセキェアシステムの企画・開発・運用へ役立てる。加えてュリティ知識を扱う初期的なメタモデルを実現してお本研究では、エコシステムにおける主要な再利用対象

り [1][2]、そのプライバシの扱いを含む形での拡張をであるセキュリティパターンの扱いに関する研究を網通じて本研究の基礎とした。
また本研究の代表者らは、セキュリティパターンや羅的に分類調査及び整理する。

関連技術について国際的に研究領域をリードする立場にある。具体的には、各種セキュリティパターンの調
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査分類 [3] やセキュリティパターンの適用 [4]、および適用の検証 [5][6] 等を実現している。これらを応用

ネットワークソフトウェアシステム

要求することで総合的に、トラストおよびプライバシも含

新規
知識ベース

めて事例やパターンを扱う知識ベースおよびその周辺の基礎を実現する。

パターン

３．研究の方法
高いセキュリティやプライバシをソフトウェアシス

プラク
ティス

既存評価
アーキテクチャ

事例

メタモデル

テムの分析や設計の段階から作りこむためのセキュリ

図 1. メタモデルに基づく再利用の概要

ティ・プライバシパターンやパターン以外の知識は豊富に得られつつあるが、問題に応じて適切なものを選択することや、適切な組み合わせを特定することが困

メタモデルは、セキュリティやプライバシのパター難になっている。この問題はセキュリティ・プライバンが扱う問題と解決策のモデル化や、CVE（Common

シパターン全般に関連するものであるが、クラウドにVulnerabilities and Exposures）などのデータベース代表されるネットワークソフトウェアシステムにおいから脆弱性をモデル化する際の基礎となる。例えば、ては特に重大である。

クロスサイトスクリプティング（XSS）の脆弱性は、クラウドに代表されるソフトウェアサービスとその図 2 のようにモデル化できる。問題の特定と対策の実基礎となる仕組みは、スタック上の複数の層にわたっ施を容易にするために、図のモデルは、脆弱性のあるて統合され実現される。そこで本研究では、層状のス要素の可視化に役立つ。

タックにおけるセキュリティとプライバシおよびトラストに関連する本質的な概念を捉えて層別にカプセル化し、参照アーキテクチャとして機能するメタモデルを実現した [7][8][9]。同メタモデルにおいて、セキュリティとプライバシおよびトラスト関連の知識を複数の層に分けて記述し知識ベースを構成可能とする。同
メタモデルは、セキュリティとプライバシおよびトラ
図 2. クロスサイトスクリプティングのモデル

ストの問題に対処するために適切なパターンやプラクティスに代表される知識や過去の事例を選択して組み合わせるのみならず、一定の抽象度におけるアーキテ本研究では、企画から開発、運用にいたるライフサクチャを効果的かつ効率的に設計することにも利用でイクル中のセキュリティ、プライバシ、トラストに関きる（図 1）。

わる成果物や知識等について、メタモデル上で整理体

同メタモデルでは、層別の整理と共に、層を超えた系化・統合・再利用することで新たなシステムを生み整合性をもって再利用する仕組みを実現した。加えて、出すエコシステムを構成可能なことを確認した（図 3）。

複雑なネットワークソフトウェアシステムはしばしば多数のデバイスと関係し、各デバイスは独自のモデルとサービスを持つため、絡み合ったシステムの全体におけるセキュリティとプライバシおよびトラストの実現にあたり、一定の抽象度で共通概念を整理し、かつ個別に各プラットフォーム固有の概念を扱うことを実現した。
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脆弱性脆弱性の知識抽出

報告
ソフトウェアシステム 設 計 ・ 実 装の分析・設計・実装 上 の 状 況 と新・攻撃対策抽出
クラウド クラウド
分散処理

Mandatory
Optional

Security pattern research

PurposeTopicResearch implementation

Phase

Quality
Vulnerability and threat

Platform

知識ベース

Tool and automation
Evaluation method

適用

Security characteristic
Security measurement

PatternMethod
Security patternAttack pattern
Methodology

メタモデル

Relationshipbetween pattern

Pattern modeling

図 3. メタモデルに基づくエコシステムの概要

図 4. セキュリティパターン研究の分類体系

加えて本研究では、エコシステムにおける主要な再利用対象であるセキュリティパターンの適用や検証などの研究・実践手法群の分類体系を実現し、網羅的かつ体系的な文献調査を通じて全体像を明らかとした[10][11]。分類体系の一部を図 4 に示す。
セキュリティパターンは、セキュアなソフトウェアシステムの開発・運用において、ある特定の状況下でしばしば出現するセキュリティ関連の問題を網羅している。1990 年代後半以降、約 500 のセキュリティパ
図 5. セキュリティパターン研究の内容分類

ターンが提案されている。技術的な要素はよく調べられているが、方向性や全体像、実装にあたっての課題などは十分に整理されていなかった。そこで本研究で４．将来展望は、240 の論文を対象とした系統的な文献調査により、本研究では、クラウド等のネットワークソフトウェセキュリティパターン研究のための分類法を考案した。

アシステムに対し過去の成果や知識をパターンやプラ我々の分類法と調査結果は、実務家と研究者の間のコクティスおよび事例の形で整理し再利用することで、ミュニケーションを改善し、用語を標準化し、セキュトラストに基づきセキュリティとプライバシを組み入リティパターンの有効性を高め、エコシステムの構成れて次の開発運用へと役立てる共存・循環・進化型エに寄与するものである。

コシステムの基盤を実現した。

例えばセキュリティパターン研究が扱う内容の分類

今後は、本研究の代表者らが整理している IoT シスを図 5 に示す。
大部分を適用および開発方法論が占め、テムの設計・実装における IoT パターン [12][13] のそのほかに分類などがあることがわかる。また、各研うちでセキュリティやプライバシを扱うものを組み入究・実践手法が扱う具体的なセキュリティパターンとれて知識ベースを拡充させることを計画している。そして次のものが頻出であることを明らかとした: Role-のうえで、有効性を評価するために複数のサービスをBased Access Control (RBAC) , Authorization,含むクラウドシステムの開発など、より複雑なケース

Authentication, Authenticator, Secure logger.

スタディを実施すること、および、利用を拡大するための詳細なフレームワークの開発を計画している。
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Ecosystem for Security, Privacy, and Trust in Network Software Systems[7] T. Xia, H. Washizaki, et al., “CSPM: Metamodel

おわりにfor Handling Security and Privacy Knowledge in

本研究の成果を用いることで、ネットワークソフトウェアシステムの開発者や運用者は、メタモデルに基CloudServiceDevelopment,”

International

づき整理構築および更新される知識ベース中の過去のJournal of Systems and Software Security and

脆弱性やパターンを参照して効率的および効果的に、Protection (IJSSSP), Vol. 12, No. 2, pp.1-18, 2021.

一定のトラストの上でセキュリティやプライバシの要[8] T. Xia, H. Washizaki, et al., “Cloud Security and求を獲得および分析し、知識ベース中で要求に対応しPrivacy Metamodel: Metamodel for Security and

たリスク対策候補を識別し設計および実装できる。

Privacy Knowledge in Cloud Services,” 6th

今後は、IoT セキュリティパターンやプライバシパ

International

ConferenceonModel-Driven

ターンの組み入れを通じた知識ベースの拡充、より複Engineering

andSoftware

Development

雑なケーススタディの実施、および、利用を拡大する(MODELSWARD), pp.379-386, 2018.
[9] E. B. Fernandez, H. Washizaki, N. Yoshioka,

ための詳細なフレームワークの開発を計画している。

“Using Security Patterns to Develop Secure
参考文献

Systems – Ten years later,” International Journal[1] H. Washizaki, et al., “A Metamodel for Securityof Systems and Software Security and Protection

and Privacy Knowledge in Cloud Services,” 12th(IJSSSP), Vol. 9, No. 4, pp. 46-56, 2019.

IEEE World Congress on Services (SERVICES),[10] H. Washizaki, et al., “Systematic Literature

pp. 142-143, 2016.

Review[2] E. B. Fernandez, N. Yoshioka, H. Washizaki,

Security

PatternResearch,”

Information, Vol. 12, No. 1:36, pp.1-27, 2021.

Madiha H. Syed, “Modeling and Security in[11] H. Washizaki, et al., “Taxonomy and Literature

Cloud Ecosystems,” Future Internet, Vol.8,

Survey of Security Pattern Research,” IEEE

No.13(2), pp.1-15, 2016.

Conference on Applications, Information and[3] N. Yoshioka, H. Washizaki, K. Maruyama, “Asurvey

onsecuritypatterns,”

Progress

Network Security (AINS), pp. 87-92, 2018.

in[12] H. Washizaki, et al., “Landscape of Architecture

Informatics, No.5, pp.35-47, 2008.

and Design Patterns for IoT Systems,” IEEE

[4] Y. Yu, H. Kaiya, N. Yoshioka, Z. Hu, H. Washizaki,

Internet of Things Journal, Vol. 7, No. 10,

et al., “Goal Modelling for Security Problem
MatchingInternationalandPattern

Journalof

pp.10091 – 10101, 2020.

Enforcement,”
Secure[13] H. Washizaki, et al., “Analysis of IoT Pattern

SoftwareDescriptions,”

2021

Engineering (IJSSE), Vol.8, No.3, pp.42-57, 2017.

International

Workshop[5] T. Kobashi, N. Yoshioka, H. Kaiya, H. Washizaki,
Applications

byInternational

Journalon

3rd

Software(SERP4IoT), pp.1-6, 2021.

DesignModels,”SecureSoftware

この研究は、平成２８年度ＳＣＡＴ研究助成の対象とEngineering (IJSSE), Vol. 5, Issue 4, pp.1-30,

して採用され、平成２９～令和元年度に実施されたも2014.のです。

M.

Yoshizawa,

Testing

IEEE/ACM

Engineering Research and Practices for the IoT

et al., “Validating Security Design Pattern[6]ofH.

ofWashizaki,

etal.,“Implementation Support of Security Design
Patterns Using Test Templates,” Information,
Vol.7, No.2(34), pp.1-19, 2016.
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