DICOMO 2021

試行錯誤を可能とするセキュリ
ティ演習システムの提案
Proposal of a Security Exercise System
Enabling Trial and Error• はじめに• 特徴• 設計• 演習方法• 関連研究• おわりに

竹原一駿 石塚美伶 喜田弘司 最所圭三
香川大学

s20g470@stu.kagawa-u.ac.jp

1

はじめに
⽬的
知識と経験を持つセキュリ
ティ⼈材が不⾜している．
防御演習を試⾏錯誤することで，セキュリティ⼈材の育成を⽬指す．
セキュリティ教育 + 試⾏錯誤 =︖
セキュリティ⼈材の育成

セキュリティ
⼈材の不⾜サイバー攻撃から防御する•••

防御⼿法の調査 (調査)
防御⼿法の選別 (選別)
防御⼿法の試⾏錯誤 (試⾏)

サイバー防御の演習を試⾏錯誤ʼʼぷろてっくんʼʼ
2

セキュリティ⼈材の不⾜より，⽇本ではサイバーセキュリティ⼈材が圧倒的に不⾜••教育機関ではログを監視・分析して危険な兆候をいち早く察知できる
セキュリティインシデントへの対応・指揮ができる
サイバー攻撃の予防，攻撃の発⾒，的確な対処の知識と技術と持ったセキュリティ技術者の育成

より，「今後⾝につける必要のある知識」の調査では「情報セキュリティ」の回答が最多である
情報処理技術者試験では，セキュリティの出題を拡充
試験にて試験の合格がセキュリティに関する能⼒の指標

l総務省 , “ 総務省 — 令和元年版情報通信⽩書 — サイバーセキュリティに関する現状と新たな脅威 ”.
h'ps://www.soumu.go.jp/johotsusintokei/whitepaper/ja/r01/html/nd113310.html, 2021/05/04.
lIPA 独⽴⾏政法⼈ 情報処理推進機構 , “ プレス発表 i パス（ IT パスポート試験）をはじめとする情報処理技術者試験の出題構成の⾒直しについて ”.
h'ps://www.ipa.go.jp/about/press/20131029.html, 2021/05/09.

3

セキュリティ⼈材の育成
知識••学習することで⼀定の範囲で⾝につくある程度の経験を補⾜スキル••

知識を活⽤して成果を⽣み出す能⼒知識と経験を重ねることで体得知識と経験を持つセキュリ
ティ⼈材が不⾜している受講者のスキルレベル
7
65
4
3

レベル2
レベル1

引き上げ

スキルの向上を⽬指すことで⼗分な知識と経験を得る

即座に成果が発揮されるものではない

セキュリティ
⼈材の育成「i コンピテンシ ディクショナリ」に当てはめる(旧: 共通キャリア・スキルフレームワーク)

現在の受講者• 技術内容について講義を受講し知識がある• ITパスポート合格程度

⽬指す受講者• 指⽰があると活⽤できる• 実装経験がある• 基本情報技合格程度

l IPA ， “ 共通キャリア・スキルフレーム ( 第⼀版・追補版 )”.独⽴⾏政法⼈情報処理推進機構 IT ⼈材育成本部 IT スキル標準センター， pp.7 ， 2012/06/17.
l IPA ，“i コンピテンシディクショナリ解説書”.独⽴⾏政法⼈ 情報処理推進機構IT⼈材育成本部ＨＲＤイニシアティブセンター，https://www.ipa.go.jp/jinzai/hrd/i_competency_dictionary/，pp.36，2015/06/30.

4スキルレベルの向上のための実践
セキュリティ⼈材を⽬指した，スキルレベルの向上
調査

防御⼿法の知識の習得● サイバー攻撃に対する⾃発的な調査● 機器の設定を基に，攻撃の原因や影響を調査● Webや過去の事例を活⽤選別習得した知識の活⽤● 防御⼿法の有効性はその時々で異なる● 知識を選別し，現状に最適な⼿法を選択● OSやミドルウェアに応じた⼿法

試⾏

様々な環境で試⾏錯誤し，今後を⾒据えた防御● 攻撃に合わせた防御⼿法を試⾏● 指⽰された作業(スキルレベル2)は環境毎に異なる● 異なる環境を多く経験● 防御の成功や失敗を検証し，経験を重ねる
5

“ぷろてっくん”の提案

調査

選別

試⾏

試⾏錯誤を促す

サイバー攻撃に対する防御演習を試⾏錯誤できるシステム
ʼʼぷろてっくんʼʼ

ぷ

ぷ

ぷ

知識の習得と活⽤を⾏い，試⾏錯誤で経験を重ねる
スキルレベルが向上する

セキュリティ⼈材の育成に寄与

6

“ぷろてっくん”を⽤いた演習
宿題型のコンテスト形式で防御スコアを⼀定時間毎に⽐較する
受講者は，調査や選別に⻑い時間を掛けた熟考を可能とする

宿題型
1週間程度の演習を想定する
⾃宅でも演習ができるコンテスト形式
ゲーム感覚のイベントで参加でき，ISUCONやAtCoderのように成績に成績向上の⽬的意識を明確にする
よって，実⼒が明確にわかる
受講者に演習への積極的な取り組みや多く試⾏を誘導する

⼀定時間毎に⽐較
スコアを受講者間で共有し，対抗意識による学習効果の向上を⽬指すl富永浩之 , 太⽥翔也 , “ 実⾏テスト系列を取り⼊れた⼩コンテスト形式の初級 C プログラミング演習における段階的実装を誘導する得点ルール ”. 情報教育シンポジウム論⽂集 , 2017(33), pp.206–211, 2017.
lICPC, “ 国際⼤学対抗プログラミングコンテスト ”.h'ps://icpc.iisf.or.jp/, 2021/05/09.
lAtCoder, “ 競技プログラミングコンテストを開催する国内最⼤のサイト ”. h'ps://atcoder.jp/, 2021/05/09.
lISUCON, “ 公 式 Blog”. h'ps://isucon.net/,2021/05/09.

7

演習の流れ
事前説明
l機能説明

サービスが明確に攻撃されており，受講者が対応する必要がある

評価
環境を変更
OS(Windows/Linux)やアプリケーション(Apache/Nginx)を変更

l調査⽅法

攻撃を受け防御する例⽰する

l使⽤⽅法

⾃宅からアクセスする⽅法や試⾏
錯誤の⼿法

情報共有

受講者A

スコア
は共有

受講者B

各々試⾏錯誤しながらスコアの向上を⽬指す

演習開始

受講者間で調査のコツを共有，知識を⾼め合う

第1締切

l防御スコア
知識や経験の習得
度を計測

スコア
は共有

共有も参考にしながらスコアの向上を⽬指す

演習開始

第2締切
8

“ぷろてっくん”の特徴
試⾏
錯誤

単独
演習

• 成功度合い• 他の受講者と共有• 対抗意識を促す• セーブ&リストア• 防御⼿法を何度も実践• 最適な防御⼿法を検討• 個⼈で機器を操作• ⼿を動かせる• 独⼒で作業の遂⾏

機器操作環境変更⾃宅演習• 受講者は機器を操作• ログの調査• 防御の実⾏• 異なる環境で防御• OSやアプリケーション• 環境に合う選別• ⾃宅で⻑期間
• オンライン対応

防御スコア

9

防御スコアを試⾏錯誤
防御
スコア• 防御が効果的か判断できる• 通常状態か異常か判断できる• 受講者間で共有し対抗意識を促す• ECサイトなら防御中の売上である
試⾏
錯誤• 演習システムをセーブ&リストア• 任意の箇所で⾏える• リストアし，異なる防御⼿法を実践できる• 最適⼿法を試⾏錯誤で取得できる

スキルレベルが向上した指標

完璧な防御を⾏ったときの6割程度

攻撃に対する防御の操作を「要求された作業」

基本情報技術者の合格点の攻撃を受けた直後にセーブ

防御する⼿法を実践セーブした箇所にリストア

60点程度

異なる防御⼿法を実践
10

試⾏錯誤によるスコアの推移
攻撃を受けたことに気づき，セーブAする

防御スコア

とりあえずポートの全遮断で防御し，セーブBする攻撃を受けた当初(セーブA)にリストアする⽐較
防御スコア

セーブB,C,Dのスコアを⽐較し，この環境ではセーブCの防御が最適だとわかる

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異なる環境にも対応する機器の操作
機器操作• 受講者は攻撃を受ける機器を操作してサービスを防御する• 機器のログなど調査をする• コマンドなどで防御⼿法を実⾏
環境変更• 防御するサービスを異なる環境で提供する• Linux/WindowsやApache/Nginx• 環境に合う防御⼿法を選別する

サービスの防御のための現状調査

⾃発的に調査する

調査した
⼿法の実⾏

攻撃へ
対応

異なる環境での操作知識の活⽤

環境に合った⼿法の選別

攻撃への的
確な対処
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単独での⾃宅学習
単独演習• 受講者が個⼈で機器を操作する• グループワークだと，スキルレベルの⾼い受講者が演習を独占• 受講者の全員がスキルを習得
⾃宅演習• ⾃宅で⻑期間取り組める• SSHなどで遠隔ログイン• オンラインに対応している• 会場の設営が不要

防御のために機器を操作する

レベル2の指⽰に従って活⽤できる

個々⼈で演習する

スキルレベ
ルの全体的な引き上げ

⻑期間の演習⼿法を多く試⾏錯誤できる

オンライン対応

COVIT-19下でも安定してレベルを向上
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“ぷろてっくん”の設計
特徴の実現のために以下の機能を有する
標的機能

環境変更機能受講者が防御すべきサービスを提供
例: ECサイト，ファイル共有

サービスを様々な環境で提供する
e.g. Linux / Windows, Apache / Nginx

攻撃機能

状態管理機能標的機能を攻撃する

バックドアを仕掛けたり，脆弱性を狙う

任意のタイミングでセーブ&リストア
Snapshotを⽤い，⽊構造で管理する

防御スコア機能

単独演習機能

どの程度システムを防御するか受講者間でスコアを共有する⾃宅からでも遠隔ログインできる
SSHなどで機器を操作できる．
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“ぷろてっくん”のシステム構成

購⼊

PURCHASE
防御スコア

EC

ATTACK

防御⼿法

防御スコアの推移

スコア

攻撃100
90807060
50403020

前回の経験があるため環境が変わっても1日目より大幅に向上

試行錯誤により点数の減少10

受講者A

受講者B

ぷろてっくん
受講者

切
2締

目

合格点

第目

12日目

11日目

10日

目

9日

目

8日

切

7日

目
第1締

目

6日

目

5日

目

4日

目

3日

2日

始
開

1日

演

習

目

0

# less /var/log/files
This app is faild.
# system stop ec# port block http# port che

管理

root
saveA
saveB
saveC
saveD

MSR
Machine-Save-Restore

attackallPortDown
telnetDown

起動，停⽌
セーブ&リストア
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関連研究
インシデントの仕組み学習と体験を可能とするセキュリティ訓練システム• セキュリティインシデントの再発防⽌を⽬指す• インシデントを再現し，個⼈が端末を操作し，攻撃の結果を体験する→ 演習環境内で攻撃を体験することで知識を増やせる
体験型サイバーセキュリティ学習システム• ⾃習形式のセキュリティの体験型学習のシステムを提案• LinuxやWindowsを操作し，ログの参照や検索の演習を⾏う→ ⾃習形式でも体験型学習が実現でき，学習効果が確認できる
Micro Hardening• クラウド上に構築したECサイトを攻撃から守る競技を⾏う• 情報共有や記録収集など技術外の対応も演習する→ スキルの⾼いメンバーのみが機器の操作や調査を全て⾏う
l清時耀 , 福⽥洋治 , 井⼝信和 , “ インシデントの仕組みの体験学習を可能とするセキュリティ訓練システムの開発 -情報収集作業を⽀援する訓練シナリオ作成機
能の検討 -”.2019 年度 情報処理学会関⻄⽀部 ⽀部⼤会 講演論⽂集 ,G-08, 2019.
l清時耀 , 福⽥洋治 , 井⼝信和 , “ インシデントの仕組み学習と体験を可能とするセキュリティ訓練システムの開発-Web を介した誘導型攻撃の訓練の評価と確認
テストの機能の検討 -”. 第 81 回全国⼤会講演論⽂集 pp.411–412.2019.
l⼋代哲 , ⾼橋和司 , 渡辺亮平 , ⾓⽥裕太 , ⽥邉⼀寿 , 横⼭雅展 , 齋藤祐太 , 齋藤孝道 , “ 体験型サイバーセキュリティ学習システムの提案と構築 ”. コンピュータセキュリティシンポジウム 2017 論⽂集 , pp.1453–1460, 2017.
l⼋代哲 , ⽥邉⼀寿 , 齋藤祐太 , 齋藤孝道 , “ 体験型サイバーセキュリティ学習システムの提案と再評価 ”. マルチメディア , 分散協調とモバイルシンポジウム 2018
論⽂集 ,pp.1809–1816, 2018.
l株式会社 川⼝設計 , “MicroHardening”. h'ps://www.sec-k.co.jp/mh, 2021/05/09.

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おわりに

セキュリティ
⼈材の不⾜サイバー攻撃から防御する•••

防御⼿法の調査 (調査)
防御⼿法の選別 (選別)
防御⼿法の試⾏錯誤 (試⾏)

サイバー防御の演習を試⾏錯誤ʼʼぷろてっくんʼʼ

サイバー攻撃の予防，攻撃の発⾒，的確な対処の知識と技術と持ったセキュリティ技術者の育成

知識の習得と活⽤を⾏い，
試⾏錯誤で経験を重ねる
スキルレベルが向上する

セキュリティ⼈材の育成に寄与
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