hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
慢性腎臓病における骨折寄与因子の検討－骨組成変化に着目した解析－

慢性腎臓病(Chronic kidney disease : CKD)に合併する骨折リスクを増大させる要因やそれらが発生する原因について、骨の材質特性のひとつである骨組成に着目して検討したところ、CKDで生じる骨組成変化が骨代謝回転、ミネラル代謝調節ホルモン濃度、骨密度とは独立して骨力学特性に影響することが示された。この組成変化は尿毒症物質の蓄積阻害により軽減されることが明らかとなった。これらの知見から尿毒症環境の調整はCKDの骨脆弱性回避法の新たなアプローチのひとつになり得る可能性が示唆された。日本の透析患者の骨折発症は一般人口の約5倍高いことが2012年末に報告されたが、未だ慢性腎臓病(chronic kidney disease;CKD)患者の易骨折性の要因に関しては不明である。また骨強度を規定する骨質因子に関してもCKDを対象とした研究は進んでいない。CKD患者の骨折後の生命予後は一般人口と比較すると6割以上も悪化していることから、易骨折性を誘発する要因の解明は急務である。本研究では骨質因子のうち、骨組成変化に着目して振動分光学手法の一つであるラマン分光法を用い、骨組成変化を解析した。また骨力学強度パラメータ、腎機能パラメータとの関連性を検討した。本年度は骨代謝回転の異なるCKDラットの大腿骨を用いて骨組成解析を行った。加えてCKDが有する尿毒症物質(Uremic toxis; UTx)が骨芽細胞に与える影響についても検討を行った。その結果、CKDラットの骨力学強度は骨代謝回転とは関係なく低下していること、この低下は骨密度よりも腎機能低下の影響を受けることが確認された。骨組成パラメータのうち、石灰化度指標は骨代謝回転を反映している可能性が示された。一方、アパタイト結晶化度、コラーゲンの非生理架橋(AGEs架橋)、コラーゲン中に含まれる糖化・酸化による修飾アミノ酸は骨代謝回転とは独立して、変化していることが確認された。これらの組成指標のうち、アパタイト結晶構造に関する指標が、骨力学強度に影響する可能性も示された。培養細胞を用いた検討からいくつかのタンパク結合型UTxは骨芽細胞内の酸化ストレスを亢進させ、細胞障害を与えることが確認された。しかしながら酸化ストレスが亢進しない濃度(初期腎不全時濃度)においても骨芽細胞の生存率を低下させるといった作用も確認され、尿毒症物質の蓄積が易骨折性に関与している可能性が示唆された。透析患者を含む慢性腎臓病(Chronic kidney disease: CKD)患者が易骨折性を有していることは広く知られているが、副甲状腺ホルモン(parathyroid hormone: PTH)濃度やその影響を受ける骨密度との関連性はいまだ明らかでない。まず高PTH分泌を伴うCKD動物のPTH濃度上昇と骨力学変化、骨組成変化の関係を継時的に検討したところ、PTH濃度上昇に伴う骨密度低下以前に骨弾性率が低下していることが示された。またPTH濃度上昇と関連しない骨組成指標が存在することが明らかとなった。CKDではPTH過分泌を伴わない骨病変も存在するため、高代謝回転骨、低代謝回転骨を同時に解析したところ、骨代謝回転、PTH濃度から独立した腎機能指標と関連する組成指標が骨力学強度に影響することが明らかとなった。次に透析患者の骨サンプルの組成解析を行ったが、骨組成変化は見られたものの血清生化学指標、骨形態指標との関連は見いだせなかった。上記の結果から、腎機能低下により血中に蓄積する尿毒症物質(uremic toixns: UTx)の関与が示唆されたため、UTxの骨強度への影響を検討したところ、UTx血中蓄積を防止すると骨組成変化だけでなく骨弾性率の低下も緩和されることが示された。一方、透析患者の生命予後予測因子であるp-cresyl sulfateは細胞内酸化ストレス亢進を伴わずに骨芽細胞機能を低下させるUTxであることをin vitro検討にて明らかにした。CMPFでも同様の影響が観察され、一部のUTxは骨芽細胞機能低下を介し骨代謝、骨力学強度に影響する可能性が考えられた。これらの結果からCKDの易骨折性にはUTxにより修飾された骨質変化がその寄与因子の一つになっている可能性が推察された。慢性腎臓病(CKD: chronic kidney disease)患者の骨折発症ならびに骨折リスクが腎機能健常者に比べて高いことが報告されて久しいが、未だその原因は不明である。骨強度は骨量(骨塩量)と骨質の2要因が規定因子とされるが、CKD患者では骨量の増減に関わりなく易骨折性を有するため、腎機能健常者に比べ骨質因子の寄与が大きいことが推察されている。しかしながら骨質因子についてはほとんど検討されていない。本研究では骨質因子の一つである骨組成について分光学手法(ラマン分光法)により検討し、CKDモデル動物の骨強度に対する影響を検討した。

その結果、ミネラル代謝調節ホルモンの影響を除外したCKDモデル動物では骨量の変化が見られないにも関わらず、大腿骨骨幹部の骨力学強度の低下がみられた。この低下は腎機能低下と相関していた。同一部位を用いて骨組成を検討したところミネラルマトリックス比、炭酸・リン酸比の増加および結晶化度の低下がみられた。合わせて骨基質コラーゲンの生理的架橋の増加と非生理的架橋のペントシジンの増加がみられた。骨組成成分のうち、生理的架橋(未熟架橋・成熟架橋)比および結晶化度は骨力学強度にそれぞれ独立して関連性がみられた。これらの結果から腎機能低下により骨組成が変化し、骨力学強度が低下する可能性が示唆された。また、腎機能が廃絶した透析患者で承諾の得られた患者(18名)の骨生検サンプルの一部(パラフィンブロック)を用いてラマン分光法にて解析した。骨形態計測を行い、ROD分類に沿って結果を比較したところ、透析患者の骨組成は高代謝回転型、低代謝回転型、混合型でわずかに組成パラメータに差がある可能性が示された。しかしながら、検体数が少ないこと、腎機能正常者の検体が収集できていないことから、組織型による差の検定ならびにモデル動物で得られた結果との比較等までは行えなかった。本年度の基礎検討として、二次性副甲状腺機能亢進症に伴う高代謝回転骨および糖尿病性腎症に伴う低代謝回転骨のモデル動物の骨組成および力学強度を検討する予定であった。両モデルの骨について、検体作成および解析は行ったが、生化学パラメータとの関連や骨力学強度と組成変化の関連など詳細な結果を導くまでには検体数が不足しており、検体数の追加が必要と考えられた。またこれらのモデル動物に現在臨床で用いられている薬剤を投与した時の効果判定ができなかった。また、培養実験の結果からいくつかの尿毒症物質がどのように骨芽細胞に障害するかは確認できたが、成果を論文としてまとめるまでに至らなかった。さらにCKD患者の骨サンプルの解析は例数が増えたが、血清生化学値との関連性が検討出来ていない。本年度の目標であった骨量減少の見られないCKDモデル動物の骨組成解析は予定通り終了した。骨力学強度試験、骨量解析、骨組成解析、骨形態計測、生化学検査など予定した解析をすべて行った結果、CKDラットでは腎機能低下と並行して骨力学強度が低下していることが確認された。さらに同一部位において骨組成が変化していることを確認し、その関連性を検討したところ、骨組成変化が骨力学強度低下に関与している可能性が示唆された。ヒト骨生検サンプルについては収集数が十分でなかったが、収集できた検体については骨形態計測、血清生化学、骨組成解析と予定した解析は完了した。モデル動物を用いた基礎検討については、検体数を増やすことで現在得られている結果をまとめることができるため、動物実験を再度行い、検体数を増やして解析を進める。また臨床で用いている薬剤を投与した動物の骨組成解析を行うことで、現在行われている薬物治療が骨力学強度に影響するかを検討する。加えて骨組成の解析だけでなく、ジオメトリー解析、骨密度測定などを並行して行い、CKDの骨強度規定因子の探索を行う。CKD患者の骨組成解析に関しては、解析が終わっていないサンプルについて組成解析を行う。
鉄砲と明清社会

本研究はこれまで主に明末清初に集中し、かつ軍事史・科学技術史の視角に立つ先行研究に対し、時代を清末まで拡大し、社会史・経済史的な方面から鉄砲ないし火薬が如何に地方社会で使用・普及されたのかを考察するとともに、在地の社会生活に与える影響をも検討するものである。明清時代の火器に関する先行研究が充実しているのに比べて、火器の効力を発揮させる最大の前提である火薬への関心は遥かに低い。そのため、本年度の研究はまず初年度に続き、特に当時の鉄砲に使われる黒色火薬(black powder)の原料である硫黄に焦点を当て、11月に台湾の淡江大学で開催された国際学会でその一部の成果を報告し、各国の学者から意見を得た。当報告は海に着眼するだけでなく、陸からの視角も取り入れ、海外貿易のほかにも明清政府による禁制、中国国内での鉱山生産および東南沿海地域(海域)で行われた密貿易についても考察したうえで、「近世の硫黄貿易や流通の変化の流れは、東アジア海域における陸の政権と海の勢力との消長の趨勢と連動していた」という論点を提起した。今後はこの一連の内容を日本の雑誌に投稿するほか、中文で台湾の雑誌、さらに英語で欧米の学会で発表する予定もある。なお、台湾で硫黄をテーマとするドキュメンタリーを制作しているため、これまで日本の研究現状および自身の研究成果を紹介した。本研究が取り上げる課題は近年世界中の歴史学界に注目されているため、新刊の書籍や論文が各地に相次いで現れるが、最近の出版状況と先行研究の内容を把握していると考える。その中にアメリカ・中国での新作を書評し、その動向を日本学界に紹介する。また、本年度も引き続きいくつかの研究会に参加し、その一部の成果として嘉慶朝の上諭档の訳注が公刊された。29年度が最終年度であるため、記入しない。そのため、本研究が使用する史料は従来よく使われてきた軍事、科学関連の実録、兵書、文集などの記録に限らず、地方志、档案、判牘、政書等の公文書の中に散在する記述を収集し、清末の史料に至っては、更に新聞、雑誌、日記、写真集、外国人見聞録など各種の史料を博捜する。そのため、本年度の研究は特に当時の鉄砲に使われる黒色火薬(black powder)の原料である硫黄に焦点を当て、11月に開催された史学会でその一部の成果を報告した。当報告は、これまでの十六十七世紀東アジア海域における硫黄貿易に関する研究成果(日本史・中国史・台湾史)を運用しつつ、時期としては1683年に清朝が台湾を版図に納めた後、ないし十八世紀までに関心を置き、先行研究で使用されてこなかった漢文史料を利用している。また、当報告は海に着眼するだけでなく、陸からの視角も取り入れ、海外貿易のほかにも明清政府による禁制、中国国内での鉱山生産および東南沿海地域(海域)で行われた密貿易についても考察したうえで、「十六十八世紀における硫黄貿易や流通の変化の流れは、東アジア海域における陸の政権と海の勢力との消長の趨勢と連動していた」という論点を提起した。本年度における本研究の進捗については「おおむね順調に進展している」と評価したい。本研究は未だに雑誌に掲載されていないが、これまで得られた成果の一部はすでに国内の学会で発表され、来年度に海外の学会で発表し、その後雑誌に投稿する予定もある。資料の収集については、主に台北の中央研究院・故宮博物院と政治大学で行った。特に漢籍史料に関しては、台北のほうの収蔵が集中で、デジタル化もデータベースによる検索も進んでおり、より効率的に集まったと考えられる。一方、日本では所属の東京大学と近くの東洋文庫はともかく、各地の大学や博物館・資料館にも足を運び、本研究に関連する史跡・文書ないし実物を見学することによって、研究の視野を広げただけでなく、研究を深める切口も発見できた。さらに、計画書で挙げられた学力の増進について、大学院での授業以外にもいくつかの研究会や読書会で勉強し、国内外の学会にも参加した。また語学に関しても、夏休み中に京都大学で満洲語の集中講義に参加し、解読能力を高めたと考えられる。

そのため、本年度の研究はまず初年度に続き、特に当時の鉄砲に使われる黒色火薬(black powder)の原料である硫黄に焦点を当て、11月に台湾の淡江大学で開催された国際学会でその一部の成果を報告し、各国の学者から意見を得た。当報告は海に着眼するだけでなく、陸からの視角も取り入れ、海外貿易のほかにも明清政府による禁制、中国国内での鉱山生産および東南沿海地域(海域)で行われた密貿易についても考察したうえで、「近世の硫黄貿易や流通の変化の流れは、東アジア海域における陸の政権と海の勢力との消長の趨勢と連動していた」という論点を提起した。今後はこの一連の内容を日本の雑誌に投稿するほか、中文で台湾の雑誌、さらに英語で欧米の学会で発表する予定もある。なお、台湾で硫黄をテーマとするドキュメンタリーを制作しているため、これまで日本の研究現状および自身の研究成果を紹介した。本研究が取り上げる課題は近年世界中の歴史学界に注目されているため、新刊の書籍や論文が各地に相次いで現れるが、最近の出版状況と先行研究の内容を把握していると考える。その中にアメリカ・中国での新作を書評し、その動向を日本学界に紹介する。また、本年度も引き続きいくつかの研究会に参加し、その一部の成果として嘉慶朝の上諭档の訳注が公刊された。来年度は引き続き、本研究の課題に関連する授業と研究会・読書会に参加し、語学の勉強、史料の収集の三方面において課題を継続したい。その中でも、とりわけ学期間の長期休暇を機に台湾や中国に滞在し、各学術機関や文書館を巡りながら史料収集に努めたい。その得られた史料に基づいて論文の執筆を進め、国内外の学会で研究成果を発表する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
フェノール性水酸基からフルオロ基への求核的置換法の開発と18Fプローブの創製

生物活性物質の特定位置へのフッ素導入は,生物学的等価体の概念やミミック効果やブロック効果などを期待して,医農薬開発等に汎用される。これまでに脂肪族化合物の水酸基からフルオロ基への変換が数多く報告されてきたが,同様なフェノール性水酸基からフルオロ基への変換はほとんど報告が無い。本研究はフェノール性水酸基からフルオロ基への求核的置換法の開発と[^<18>F]Fラベル化体の調製法の確立を目的とする。著者は平成22年度に電子豊富なカテコール類に求核力の弱いフッ素を求核的に導入する,という一見非常識な変換法を開発した。平成23年度は、研究実施計画に基づき研究を行い、以下の知見を得た。1.含フッ素架橋ビフェニルの合成天然には高度に酸素官能基化された架橋ビフェニル化合物が多様に存在し、それらはチューブリン重合阻害などの重要な生物活性を持つため、新薬開発のシード化合物として期待されている。申請者は、カテコール類の酸化的炭素-炭素結合形成反応により得られるα-ヒドロキシジエノン1に求核的フッ素化剤を作用させると、フッ素の導入と転位反応が一挙に進行し、2位がフッ素化された架橋ビフェニル2が得られることを見出した。一方、1から定量的に調製可能な架橋構造を含む4-フェニルカテコールをフッ素化すると、フッ素化は3位で進行し2の位置異性体が得られた。これら一連の方法により、一つの原料からフッ素導入位置の異なる2種類の含フッ素架橋ビフェニルの選択的合成が可能になった。^<18>Fの半減期(110分)を考慮して、カテコール類のフッ素導入反応の高速化と簡便な後処理法を検討し、計3時間程度で終了する方法を見出した。今後、[^<18>F]Fラベル化体の調製を推進する。医薬,農薬などの生物活性物質の特定位置へのフッ素導入は,生物学的等価体の概念やミミック効果やブロック効果などを期待して,医薬品開発等の場面で汎用される。これまでに脂肪族化合物の水酸基からフルオロ基への変換が数多く報告されてきたが,同様なフェノール性水酸基のフルオロ基への変換はほとんど報告が無い。申請者は,H21年度にカテコール化合物の水酸基の一つを求核的にフルオロ基へ変換する前例の無い手法を見出している。本研究ではその生物活性化合物への適用,更に新規結合形成を伴う求核的フッ素導入法の開発を目的とした。本年度は,研究実施計画に基づき以下の成果を得た。1.H21年度に見出した手法をドーパミンやカテキン類に適用した。その際,これらの化合物がもつ反応活性な官能基の選択的な保護が必要となり,目的に適う保護・脱保護法を見出し,目的を達成した。この一連の変換法は,生物活性を示す天然のカテコール化合物から含フッ素誘導体を効率的に調製する新規な方法となった。2.4位に3-アリールプロピル基を持つカテコールに対し求核的フッ素導入法を適用すると,フッ素導入と分子内アリール基からの環化反応が一挙に起こり,ジベンゾシクロヘプタン骨格を持つ三環性化合物が一工程で得られた。本法で得られるジベンゾシクロヘプタン構造は天然物Allocolchinoidの基本骨格であり,H23年度で条件の最適化を行い,多様な含フッ素Allocolchinoidの簡便合成法として確立する。
植物の体内時計に関する化学的研究

人工気象器の中で、日照時間(14時間),温度(28°C)および湿度(70%)を一定に保ち、三種の植物(コミカンソウ,ナンキンマメ,オジギ草)を用いて閉葉作用および開葉作用の活性試験を行ないながら活性物質本体の単離を試みた。1.オジギ草100kgからは閉葉作用を指標にして、カラムクロマトグラフィ-,高速液体クロマトグラフティ-等を用いて分離し,2種の活性物質を単離することに成功した。しかしながら単離した量が極めて少なかったため(20μg)構造決定することはできなかった。2.ナンキンマメ50kgから同様に分離操作を行ない,やはり閉葉作用を示す活性物質を約5mg単離することに成功した。この化合物は水容性の物質であり,'HNMRからテルぺン様物質であると思われた。しかし質量分析ベクトルで分子イオンピ-クが観測されなかったので,分子式および構造を決定するには至らなかった。3.コミカンソウ30kgからも同様に分離操作を行ない,閉葉作用を示す活性物質を約5mg得ることに成功した。この活性物質はその'HNMRからパラヒドロキシケイ皮酸エステル誘導体であることを明らかにすることができた。しかしこの化合物も質量分析スペクトルで分子イオンピ-クを与えず,正確な分子式を決定することはできませんでした。この活性物質のアルコ-ル部分は炭素数56ケ程度の化合物であり現在さらに多量の活性物質を単離することにより、構造を決定することを試みている。以上4種の活性物質はそれぞれ全く異なるタイプの化合物であり、又植物の種が異なれば、異なる活性物質を持っていることが明らかとなった。1.購入した人工気象器の中で、周期的に運動(就眠運動)を行う植物であるオジギ草、コミカンソウ、ナンキンマメを育成した。そして、日照周期を変化させて植物の運動を観察することにより、これら三種の植物にかなり正確な体内時計が存在することを確認した。さらにこれらの植物より、閉葉作用を示す活性成分を純粋に得る為、人工気象器内での各々の植物の葉を用いた活性テストを検討したところ、日照時間14時間,温度28°C,湿度70%の条件下で、高感度かつ再現性の良いテストが行えることが判った。そこで、この活性テストを指標にして、各植物の抽出物の分離を進めた。2.オジギ草100kg、コミカンソウ30kg,ナンキンマメ50kgより得たメタノ-ル抽出物を水と酢酸エチル、次いでnーブタノ-ルで分配し、閉葉作用が認められる水溶液部分について、カラムクロマトグラフィ-(担体:Shephadex Gー10,Toyo pearl HW,TSK gel,活性炭)を用いて分離し、各々の植物の活性分画を得た。さらに、この分画を中圧クロマトグラフィ-(カラム:ODS,Toyo pearl HW,MCI gel),次いで種々のカラムを連結したHPLCを駆使して分離・精製したところ、各々の植物の活性物質を単離することに成功した。しかし、オジギ草とナンキンマメに関しては、単離された量が非常に少なかった為、各種スペクトルデ-タを測定するには至らず、大量分画の最終精製を急いでいる。一方、コミカンソウからは、10^<-2>g/lの濃度で閉葉作用を示す物質を約1mg得た。この物質は、その^1HNMRスペクトル及び類似化合物との比較により,ヒドロキシケイ皮酸の基本骨格を有し、さらに恐らく炭素数が数個の構造未知の部分が存在しているものと推定された。このような化合物は、新しいタイプの閉葉物質であり、現在、全構造を決定する為に各種誘導体へ導くことを検討している。

人工気象器の中で、日照時間(14時間),温度(28°C)および湿度(70%)を一定に保ち,三種の植物(コミカンソウ,ナンキンマメ,オジギ草)を用いて閉葉作用および開葉作用の活性試験を行ないながら活性物質本体の単離を試みた。1.オジギ草100kgからは閉葉作用を指標にして,カラムクロマトグラフィ-,高速液体クロマトグラフィ-等を用いて分離し,2種の活性物質を単離することに成功した。しかしながら単離した量が極めて少なかったため(20μg)構造決定することはできなかった。2.ナンキンマメ50kgから同様に分離操作を行ない,やはり閉葉作用を示す活性物質を約5mg単離することに成功した。この化合物は水溶性の物質であり,'H NMRからテルペン様物質であると思われた。しかし質量分析スペクトルで分子イオンピ-クが観測されなかったので、分子式および構造を決定するには至らなかった。3.コミカンソウ30kgからも同様に分離操作を行ない,閉葉作用を示す活性物質を約5mg得ることに成功した。この活性物質はその'H NMRからパラヒドロキシケイ皮酸エステル誘導体であることを明らかにすることができた。しかしこの化合物も質量分析スペクトルで分子イオンピ-クを与えず。正確な分子式を決定することはできませんでした。この活性物質のアルコ-ル部分は炭素数56ケ程度の化合物であり現在さらに多量の活性物質を単離することにより,構造を決定することを試みている。以上4種の活性物質はそれぞれ全く異なるタイプの化合物であり,又植物の種が異なれば,異なる活性物質を持っていることが明らかとなった。
革新的火炎クロマトグラフィと微量化学種吸収分光による分子レベル燃焼反応制御

従来大型特殊装置によってのみ可能だった燃料着火特性の取得が、本火炎クロマトグラフ法により小型卓上規模で可能になった。本研究は多段酸化反応が空間的に分離される微弱火炎現象に、初めて光学計測(レーザー誘起蛍光法)を適用したもので、反応の比較的初期に生じるアルデヒド、代表的なラジカルであるOHの検知を達成した。これらと化学発光画像とを組み合わせることで、炭化水素燃料の反応過程に沿った着火特性を把握出来た。オクタン価などの着火特性指標を、微弱火炎の光学計測による化学種分布から導く応用が期待される。温度分布制御マイクロフローリアクタにおいて,分光計測による化学種・ラジカル計測を導入することを目指して研究を進めている.これによりバイオ燃料や合成燃料を多用する燃料多様化時代に対応する,圧力・温度域毎の高精度実験により検証された,高精度な詳細化学反応機構の構築および素反応レベルでの燃焼反応制御の基礎学理構築を目的としている.初年度である平成23年度は,実用燃料における標準燃料(n-ヘプタン,イソオクタン,トルエン,n-デカン,イソセタン,n-セタン)を用いた反応帯分離実験と,それぞれの燃料に対応する数値計算を中心に実施した.その結果,分離された反応帯のようすにより,従来より明らかだったオクタン価を表現することが可能なことに加えて,トルエンのオクタン価向上効果を分離反応帯の変化という形で可視化することができた.またオクタン価同様にセタン価についても分離された反応帯のようすに基づいて議論できることが明らかとなった.これらの結果については,ガス成分分析を実施し,一定の精度で数値計算との一致が見られることなどを明らかにした.なお分光計測装置の構築については,実験室建屋全体の耐震工事のため,波長可変光源の導入を完了した段階にとどまっている.昇圧実験については,比較的低圧の条件(4atm程度)までは基礎データの取得が可能な水準まで装置の性能向上を達成した.リアクタ内の分離した反応帯を対象にした吸収分光については,まず24年度はじめの実験室建屋耐震工事が完成次第,低温酸化反応進行の指標となるCH20を対象とした光学計測装置の構築を行う予定である.これまでに,計算負荷の大きい大規模高級炭化水素,イソオクタン(857化学種,3606反応式)やディーゼル燃料・ジェット燃料を想定したn-セタン,i-セタンの素反応数値計算を実施し,基本解が得られる水準を達成している.各種液体燃料に適用可能な混合気生成装置を製作した.計量済み液体燃料を入れた圧力容器に分圧法で窒素等との混合気を作成する手法で,各部に独立した温度制御機構を備え,気化特性の異なる各種燃料に対応可能な構成とした.これにより,トルエンからイソオクタンに至る範囲の炭化水素燃料に対し,温度設定のみで対応でき,安定に実験を行うことが可能となった.なお簡便法であるシリンジによる燃料の直接供給も併用して実験を実施した.製作した光学計測対応リアクタ装置を用いて,反応場における化学種の光学計測による検知を試みた.本研究により導入したレーザー誘起蛍光法によって,まずOHの可視化を行い,それに加えて,低温酸化反応を代表するホルムアルデヒド(CH2O)の検知にも成功した.当初は励起光の反射によるS/N比低下の問題に直面したが,光学系の工夫やフィルタ利用により,最終的には,微弱火炎に対しても十分な強度とS/N比を有するクリアな信号を得ることができた.CH2Oの蛍光発生には励起レーザーの倍波光を用いた.計算負荷の大きい,大規模な高級炭化水素を想定した素反応数値計算を正セタン,正デカン,正ヘプタン,イソセタンに対して実施した.高速および並列化した基礎ソルバを用いて計算を行い,東北大学流体研のスーパーコンピュータを用いることで比較的短時間に結果を得ることができた.実験と数値計算とを比較した結果,完全酸化に相当する正炎現象は比較的良く数値計算により再現できるものの,特に冷炎現象での不一致は大きく,衝撃波管等でデータ取得が困難な低温領域(600から900K程度)での詳細化学反応機構の検証に,本手法によって取得した実験データが非常に有効であることが示唆される.温度分布制御マイクロフローリアクタにおいて,分光計測による化学種計測を導入することを目指して研究を進めている.これによりバイオ燃料や合成燃料を含む燃料多様化時代に対応する,圧力・温度域毎の高精度実験により検証された,高精度な詳細化学反応機構の構築および素反応レベルでの燃焼反応制御の基礎学理構築を目的としている.二年度目である平成24年度は,引き続き実用燃料における標準燃料(n-デカン,イソセタン,n-セタン)を用いた反応帯分離実験を行ったほか,さらに天然ガス構成成分であるメタン,エタン,プロパン,正ブタンの着火特性比較実験,これら燃料に対応する数値計算,また分光計測系の構築を完了したうえで,OH活性化学種の光学計測を達成した.

その結果,従来のオクタン価・セタン価の評価に加え,反応帯位置からメタン価についても議論できることを明らかにした.実験室建屋全体の耐震工事が24年7月に終了後,波長可変光源の導入を進め,年度内にOH基の分光計測を完了した.また同時に,ガスの局所サンプリングとGCまたはGC-MSによる組成分析の高度化のため,ガラスの極細管を持つサンプリング機構を試作し,計測精度の向上を進めた.これまでに達成した計算負荷の大きい大規模高級炭化水素,イソオクタン(857化学種,3606反応式)やディーゼル燃料・ジェット燃料を想定したn-セタン,i-セタンの素反応数値計算をベースに,すす生成機構への展開や,CFDへ展開するための簡略化反応機構の構築ロジックの検討も開始している.燃焼工学リアクターの実験や数値計算に関しては予定よりも順調に進んでいるが,分光計測装置の構築についてはやや遅れている。その理由は,本研究室の実験室が入る予定の建屋全体が平成23年9月より耐震工事を開始し,スペースが確保できないためであり,本年度は装置を購入して仮置きするにとどまった.建屋の工事が終了して実験室が準備でき次第,波長可変光源を設置して各種光学系を構築する.25年度が最終年度であるため、記入しない。平成23年度には急遽,実験室の入る建屋の耐震工事が行われる運びとなったため,平成24年度当初はやや計画より遅れていたが,平成24年度の順調な進捗により遅れを取り戻すことができ,光学計測までを達成できた.並行して行ったガスサンプリングについても,精度向上を可能にする新たなサンプリング機構を製作し,高精度化学反応機構検証を行うための体制が整ったと言える.対象燃料も,ガソリンを想定したn-ヘプタン,イソオクタン,トルエンに加え,ディーゼル燃料を想定したn-デカン,イソセタン,n-セタン等までを実験および数値計算の両者によってカバーできることを示した.天然ガス成分の構成成分個々の役割を明らかにするなど,当該のマイクロフローリアクタ装置が,気体から液体状態に至る幅広い実用燃料をターゲットにした種々の燃焼反応研究に適用できることを実証し,サンプリングから光学計測に至る計測技術も確立しつつある.耐震工事の遅れによる実験スペースの確保以外には問題無いので,工事完成予定の6月下旬を目処に光学計測の準備を開始し,年度計画通りに研究を進捗する予定である.25年度が最終年度であるため、記入しない。気体から液体に至る幅広い実用燃料における実験技術の確立と,オクタン価・セタン価・メタン価などの評価指標との比較,それぞれの大型燃料における現象を再現する大型数値計算の実施,さらには化学反応機構の検証,改良を目指した高精度サンプリング法,光学計測技術の構築と,独自のマイクロフローリアクタの潜在力を確認し,研究展開していく準備が整ったと言える.
船体疲労強度設計のための設計荷重と応力頻度推定手法に関する研究

本研究では、船体疲労強度設計法の確立に向けて、疲労強度評価のための設計波浪荷重と応力頻度推定法について検討を行った。船体疲労強度評価を行うためには確率的手法を用いる必要があり、船体各部材に発生する応力についての長期予測を行わなければならない。しかしながら、ある点に作用する波浪変動圧力とある部材に発生する応力とは必ずしも1対1に対応しないため、応力の長期予測を行うには厳密にはすべての波浪変動圧に対して船体構造解析を行う必要が生ずるが、これは現実の設計では不可能である。そこで、本研究では、波浪変動水圧の応答関数から応力の応答関数を簡易的に求める手法を提案した。まず、これまで開発してきた変動圧力を計算する非線形計算プログラムを用い、ばら積み貨物船に作用する波浪変動圧の変動成分の分布形状を求め、波浪中の船体に作用する変動圧力の応答関数を計算した。次に、波浪中の変動圧力の分布形状を入力として有限要素法による汎用構造解析プログラムNASTRANを用いて船体構造解析を行い、ホッパープレートナックル部の応力に関する応答関数を求めた。この応力の応答関数を先に求めた水圧の応答関数と比較することによって、それぞれの応答関数の関係を波浪状態を基準に整理を行い、水圧の応答関数から応力の応答関数を推定する場合の問題点を明確にし、応力の応答関数の簡易推定法を導いた。次に、この応力の応答関数の簡易推定法をCape Size Bulkerの簡易構造モデルとHandy Size Bulkerの実際の船体構造モデルに適用し、その有効性を検討した。簡易推定法による応力と厳密な船体構造計算結果による応力の応答関数とを比較した結果、本研究で提案した簡易推定法を用いることによって、比較的良い精度で、かつ簡便に、応力の応答関数を推定できることが判明した。本研究では、これまで研究代表者が行ってきた船体の疲労強度検討のために必要な波浪荷重についての研究をさらに発展させ、船体疲労強度設計法の確立に向けて、疲労強度評価のための設計波浪荷重を提案することを目的とする。船体の疲労強度を確率論的に評価するためには、応力の長期予測を行う必要がある。しかしながら、波浪による変動圧力とある部材に発生する応力とは必ずしも1対1に対応しないため、応力の長期予測を行うには厳密にはすべての波浪変動圧に対して船体構造解析を行う必要が生ずるが、これは現実の設計では不可能である。そこで、本年度の研究では、変動水圧の応答関数から応力の応答関数を簡易的に求められないかの検討を行った。本年度は、まず、研究代表者がこれまで開発してきた波浪中の船体に作用する変動圧力を計算する非線形計算プログラムを用い、船体に作用する波浪変動圧の変動成分の分布形状を、いろいろな船型について、求めた。対象とした船型はバラ積み貨物船であるが、大きさの異なるハンディサイズ、パナマックスサイズ、ケープサイズの3種類を検討対象とした。この結果、波浪中の船体に作用する変動圧力の分布形状に対する、波長、波方向、船の大きさの影響が明らかになった。また、変動圧力の計算結果は、変動水圧の応答関数という形にまとめた。次に、有限要素法による汎用構造解析プログラムNASTRANを用いて、先に得られた波浪中の変動圧力の分布形状を入力として船体構造解析を行い、応力に関する応答関数を求めた。このようにして求められた応力の応答関数を、先に求めておいた水圧の応答関数と比較することによって、それぞれの応答関数の関係を、波浪状態を基準として整理を行った。これにより、水圧の応答関数から応力の応答関数を推定する場合の問題点が明確になった。本研究では、船体疲労強度設計法の確立に向けて、疲労強度設計のための設計荷重と応力頻度推定法について検討を行った。

船体疲労強度評価を行うためには確率的手法を用いる必要があり、船体各部材に発生する応力についての周波数応答関数を求めなければならない。この応力の応答関数を求める場合、特に波浪変動圧のような荷重については、ある点に働く圧力とある部材に発生する応力とは必ずしも1対1に対応しないため、すべての波状態における波浪変動圧に対して船体構造解析を行う必要が生ずる。しかしながら、現実の設計でこのような船体構造解析を行うためには莫大な計算工数が必要となり、日常の設計業務では不可能に近い。そこで、昨年度の研究では、波浪変動水圧の応答関数から応力の応答関数を簡易的に求める手法を提案し、船体構造の簡易モデルに適用し、その有効性を示した。本年度は、この応力の応答関数の簡易推定法を実際のハンディサイズばら積貨物船に適用し、実船に対する推定法の有効性を検討した。まず、様々な波方向、波長に対して波浪変動圧を計算し、その変動成分の分布形状を求めた。次に、いくつかの波状態について、先に得られた波浪中の変動圧力の分布形状を入力として有限要素法による汎用構造解析プログラムNASTRANにより船体構造解析を行い、ホッパープレートナックル部の応力について応答関数を求めた。一方、昨年度提案した簡易推定法により、波浪変動圧の応答関数からこの部分での応力の応答関数を推定した。簡易推定法による応力と厳密な船体構造計算結果による応力の応答関数とを比較した結果、本研究で提案した簡易推定法を用いることによって、比較的良い精度で、かつ簡便に、応力の応答関数を推定できることが判明した。
メディエータ型電極還元反応を利用したカルコゲンレアメタル回収プロセスの構築

ビオロゲン化合物をメディエータとする電極還元反応に基づくセレン(Se)回収方法の実用性を高める検討から、(1)ビオロゲン誘導体を電気化学酸化して密度1×10-10 mol cm-2で固定化した炭素電極は亜セレン酸からSe回収に有効であること、(2)N+位の官能基にアミノ基を有するビオロゲン誘導体はメチルビオロゲンよりも高い亜セレン酸還元促進能を示すること、(3)排液中に含まれるイオン成分を電解の電解質として利用できることなどの成果が得られた。化学反応と組み合わせたセレン酸からSe回収、およびテルルオキサニオンからテルル回収においてメディエータ型還元の優位性は確認できなかった。本研究はカルコゲンのレアメタルであるセレンおよびテルルの供給方法として、工業排液に含まれる水溶性のオキサニオンを水に難溶な元素態セレンあるいはテルルへ電解還元する新規プロセスの構築を目的とする。本年度は、中性pH域でセレンオキサニオンを元素態セレンに効率よく還元、回収できることを実証したメディエータ型電極還元反応を実用的なセレン回収方法に発展させるために、ビオロゲンメディエータの炭素電極への固定化、繰り返し使用可能な緩衝剤代替物質の探索を検討した。前者は、電気化学酸化でCーN結合を形成して炭素電極に修飾したp-アミノ安息香酸のCOOH基にアミド結合を介して0.3nmol cm-2程度のビオロゲン誘導体を固定化できた。カーボンフェルトなどの多孔炭素電極へ固定化してセレン回収・除去を検討することで、排液毎のメディエータ添加が不要な方法へ発展させる。後者は、COOH基を有する陽イオン交換樹脂がプロトン(H+)供給可能な緩衝剤として使用でき、リン酸緩衝液中と同程度に亜セレン酸還元を促進できることがわかった。また、N+位の官能基がプロピル、カルボキシエチルあるいはアミノエチル(AEV)であるビオロゲンを合成し、メディエータとして亜セレン酸還元促進能を評価した。ビオロゲン自体の酸化還元特性は大差ないが、AEVはオキサニオンへの電子移動と同時にーNH3+基からH+供給できる可能性が得られた。亜セレン酸還元反応は官能基により変化し、律速段階が異なることが示唆された。AEVは亜セレン酸10 mmol dm-3以上で高い亜セレン酸還元促進能を示した。ビオロゲンをメディエータとする電極還元反応がテルルオキサニオンから元素態テルルへの還元も促進できるかを検討したが、中性pH域でも亜テルル酸は亜セレン酸よりも還元されやすいためか、還元促進効果は観られなかった。また、テルル酸還元も促進しなかった。(課題1)実用性の高いセレンオキシアニオンのメディエータ型電極還元反応系の構築メディエータ型電極還元反応の実用性を向上させるために、13を検討している:1メディエータを電極表面に固定化することで排液毎のメディエータ添加を不要にする、2緩衝剤を繰返し使用できる代替物質に変える、3セレンオキサニオンの電解還元効率の高いメディエータを探索する。1について、電気化学酸化でCーN結合を形成して炭素電極に修飾したp-アミノ安息香酸のCOOH基にアミド結合を介してビオロゲン誘導体を3 nmol cm-2程度(サブモノレーヤー)固定化する方法を確立した。2について、COOH基を有する陽イオン交換樹脂が緩衝剤の替わりに使用でき、リン酸緩衝液中と同程度に亜セレン酸の還元を促進し、繰り返し使用できることを実証した。陽イオン交換樹脂のみでは電解液の導電性が不足するが、排液中に含まれる陽イオン(Na+, K+)で補えると考えている。3はN+位の官能基を変えたビオロゲンを合成し、メディエータとしての亜セレン酸還元促進能を評価した。アミノエチルを官能基とするビオロゲンは式量電位のpH依存性からオキサニオンへの電子移動と同時にーNH3+基からH+供給できる可能性が得られ、亜セレン酸10 mmol cm-2以上で現在使用しているメチルビオロゲン(MV)と同等以上の還元促進能を示すことがわかった。(課題3)メディエータ型電極還元反応系によるテルル回収の可能性の検討と課題抽出中性pH域において亜テルル酸は亜セレン酸よりも還元されやすく、MVを添加しなくてもより貴な電位で元素態テルルへの還元が起こる。このため、MVメディエータを添加することによる還元促進効果は観られなかった。テルル酸還元についてもメディエータ型電極還元による還元促進効果は観測されなかった。本研究はカルコゲンのレアメタルであるセレンおよびテルルの供給方法として、工業排液に含まれる水溶性のオキサニオンを水に難溶な元素態セレンあるいはテルルへ電解還元する新規プロセスの構築を目的としている。本年度は、セレンオキサニオンを元素態セレンに効率よく還元、回収できることを実証したメディエータ型電極還元反応を実用的なセレン回収方法に発展させるための検討を主に行い、次の成果を得た。(1)電気化学的にグラッシーカーボンやカーボンフェルトの炭素電極に表面にCOOH基を持つアリール層を形成し、これにビオロゲン誘導体を0.31nmol cm-2の密度で固定化する方法を確立し、さらに固定化ビオロゲンが亜セレン酸還元のメディエータとして働くことを実証した。これは測定毎のメディエータ添加を不要にすることにつながる。

(2)セレンオキサニオンの電解還元効率の高いメディエータとしてN+位の官能基がアミノを有するビオロゲン誘導体が有望であることを見出した。これはメディエータ機構に加えて、還元で生成したSe(-2)と溶液中の亜セレン酸の間に均化反応が起こるためと解析された。(3)本メディエータ型電極還元反応が中性域のみならず弱酸性域(pH 4)でも亜セレン酸還元を促進できることがわかり、広いpH域の排水に適用できる可能性が示された。セレンを利用する工場からの排液に含まれる物質がメディエータ型電極還元反応に及ぼす影響を検討した結果、弱酸域の方がそれら物質の妨害を受けにくいこともわかった。下記(課題1)は順調に進捗しているが、(課題2,3)が遅れているため(課題1)実用性の高いセレンオキシアニオンのメディエータ型電極還元反応系の構築:実用性を向上させるために、(1)メディエータを電極表面に固定化することで排液毎のメディエータ添加を不要にする、(2)緩衝剤を繰返し使用できる代替物質に変える、(3)セレンオキサニオンの電解還元効率の高いメディエータを探索することを検討している。(1), (3)については「研究実績の概要」で述べたように、順調に進捗しており、(2)についてもCOOH基を有する陽イオン交換樹脂が緩衝剤の替わりに使用でき、リン酸緩衝液中と同程度に亜セレン酸の還元を促進し、繰り返し使用できることを2015年度に実証した。(1)(3)以外に、「研究実績の概要」で述べたように、本メディエータ型電極還元反応が中性域のみならず弱酸性域(pH 4)も含む広いpH域の排水に適用できること、弱酸域の方が排液に共存する物質による妨害が起こりにくいことも示した。(課題2)セレン酸還元の高効率化:セレン酸から亜セレン酸への電気化学還元を検討したが効率の良い反応系は見つかっていない。化学的還元が可能であることは確認したが、メディエータ型電極還元反応と連携させることができていない。(課題3)メディエー型電極還元反応系によるテルル回収の可能性の検討と課題抽出: 2015年度に、中性pH域において亜テルル酸は亜セレン酸よりも還元されやすく、MVの式量電位より貴な電位で元素態テルルへの還元が起こるため、MV添加による還元促進効果は観測されず、メディエータとして有効でないことがわかっている。本研究はセレンオキサニオンを元素態セレンに効率よく還元、回収できることを実証したメディエータ型電極還元反応を基に、カルコゲンのレアメタルであるセレン(Se)およびテルル(Te)の供給方法として、工業排液に含まれる水溶性のオキサニオンを水に難溶な元素態レアメタルへ電解還元する新規プロセスの構築を目的とする。実用的なセレン回収方法に発展させるための検討では、次の成果を得た。1ビオロゲン誘導体を電気化学酸化して昨年度までより直接的な方法で密度1×10&#8211;10mol cm-2で固定化した電極は、亜セレン酸還元のメディエータとして機能し、ビオロゲンを固定化しない場合の1/10程度の大きな電流が得られた。2N+位の官能基がアミノを有するビオロゲン誘導体を複数合成し、すべての化合物についてメチルビオロゲン(MV)以上の亜セレン酸還元促進能を有することを示すと共に、その還元促進がメディエーション還元に加えて、それにより電極上に生成したセレンが関与する機構を明らかにした。3Seを除くと排液中にはNaとSが多く含まれる。
大腿骨近位部骨折患者の骨折前の認知症と周術期せん妄の評価で機能予後を予測する

大腿骨近位部骨折術後の高齢患者の機能予後に認知障害が影響することがわかっている.しかし,骨折前と周術期の障害を分けて評価する方法は未確立である.本研究では,患者の骨折前の状態を家族などへの聴取に基づいて評価することで,両者を分けて評価し,性別,併存疾患,術式,手術までの期間,合併症,入院期間など他の要因を加味して,術後6ヶ月後の機能予後への認知障害の影響を回帰モデルを作成し,探索的に検討する.大腿骨近位部骨折術後の高齢患者の機能予後に認知障害が影響することがわかっている.しかし,骨折前と周術期の障害を分けて評価する方法は未確立である.本研究では,患者の骨折前の状態を家族などへの聴取に基づいて評価することで,両者を分けて評価し,性別,併存疾患,術式,手術までの期間,合併症,入院期間など他の要因を加味して,術後6ヶ月後の機能予後への認知障害の影響を回帰モデルを作成し,探索的に検討する.
局地的な風系・温度分布の数値計算と現地調査に関する研究

研究対象は、複雑な海岸線と起伏に富む地形の長崎県南部地域である。当該地域の風系および温度分布を評価(実測、数値計算、両者の比較・検討)することが本研究の目的である。まず、長崎県公害衛生研究所が測定、蓄積している風向・風速データを入手し、それを解析することにより、当該地域の風系の概要を把握した。そして、風の回転方向が反時計回りに回転(一般に、コリオリ力により北半球では時計回り回転であるといわれている)を示す測定局が存在する、海風にもスケールが異なる風系が混在するなどの結論を得た。上記の結論を詳細に評価するめに、風向・風速計を設置し、観測を行ったが、計器の個数の不足および測定期間が短かったことなどにより、さらに有益な情報を得ることはできなかった。また、風系・温度分布に対する数値プログラムを作成及び改良し、夏季の当該地域を対象として数値シミュレーションを行い、実測と比較・検討を行った。実測との風系の比較においては、外海に面した海岸地域ではよく一致するが、内陸部および大村湾岸域では必ずしも一致するとはいえない。これらの成果の一部は、気象利用、九州の農業気象および土木学会西部支部研究発表会で口述発表を行った。また、風工学シンポジウム、水工学論文集に投稿し、掲載された。今後の課題として、プログラムのより一層の改良、風向・風速計による実測データの収集および蓄積、温度分布の測定などが挙げられる。
能動的サイドチャネル攻撃に対する暗号ハードウェアの安全性評価システムに関する研究

1.前年度に検討した多重故障注入攻撃が失敗する場合が明らかとなったため,その応用範囲拡大に関する検討を行った.前年度は,適応的にタイミングを制御した故障注入により,実行中の暗号プログラムの詳細な情報が不要な多重故障注入攻撃を提案したが,命令ごとに実行サイクル数が異なるプロセッサにおいては提案攻撃が失敗することが明らかとなったため,このようなプロセッサにおいても適用できる攻撃アルゴリズムを提案した.また,本研究では,典型的な検算型の故障注入攻撃対策を施したAESソフトウェアを実装し,提案攻撃を実行した.本申請者が開発した故障注入実験システムを用いて故障注入実験を行った結果,提案する攻撃により対策を無効化しつつ差分故障解析に必要な誤り暗号文が得られることを示した.なお,交付申請書で挙げた項目である故障の挙動の観測については,文献[1]で明らかとなっていることから,その結果を用いて上記検討を行った.2.一般のソフトウェアにおける故障注入攻撃の可能性を検討した.本研究では,バッファオーバーフロー攻撃への対策が施されているプログラムにおいて,物理的な故障注入により対策を回避して攻撃を行う手法を提案し,従来のバッファオーバーフロー対策を無効化できることを示した.また,ソフトウェアの変更による対策を提案した.3.複数のラウンドを同一のクロックサイクルに実行するアンロールドアーキテクチャで実装された暗号モジュールにおける電力解析攻撃を検討した.複数の時刻における電力値を統計処理した上で電力解析攻撃を行うことにより,アンロールドアーキテクチャにおいても電力解析攻撃が可能であることを明らかにした.また,アンロールドアーキテクチャを持つ低遅延暗号PRINCEハードウェアに対して,サイドチャネル攻撃標準評価ボード(SASEBO)を用いて提案攻撃の実験を行い,秘密鍵を取得できることを示した.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は,交付申請書の内容に対応して,以下の成果を得た.1.高い再現性と制御性を有する故障注入・解析技術に基づくプロトタイプ実装評価技術を開発した.故障感度解析には、クロック信号のタイミングの精密な制御が要求されるため、クロック信号のタイミング調整の分解能を向上させた.また,開発したシステムを用いて,後述の専用LSIにおける安全性評価を行い,開発したシステムが実用に耐えることを示した.2.安全性評価のための攻撃手法を検討し,従来の電力解析と故障感度解析の間に関係があることを明らかにした.電力解析と故障感度解析は,消費電力と故障感度という異なる物理量を用いて攻撃を行うが,両者の間には相関が見られることが明らかとなった.これは,たとえ故障感度を隠蔽したとしても,電力解析に対する脆弱性が残っている場合,消費電力を用いて故障感度解析を行うことができる,すなわち対策が十分に機能しないことを示唆している.3.故障感度解析への対策法を提案し,試作した専用LSI上での実験により提案対策の有効性を実証した.2,で明らかにした事実を踏まえ,電力解析と故障感度解析の双方への対策が可能な対策とした.本項目では,故障感度の入力への依存性を解消する対策を提案し,その実装方法を示した.さらに,提案対策を施したAES暗号回路を用いて故障注入実験を行い,秘密情報に関連する故障感度データが得られないことから,対策が有効に機能していることを示した.平成25年度は,交付申請書の内容に対応して,以下の成果を得た.1.組込みマイコン上で実行される暗号ソフトウェアへの多重故障注入攻撃とその対策を検討した.本研究では,適応的にタイミングを制御した故障注入により,実行中の暗号プログラムの詳細な情報が不要な多重故障注入攻撃を提案した.提案手法では,故障注入を行うタイミングをクロックサイクル単位で変化させ,適切なタイミングを探索する.また,本研究では, 8ビットおよび32ビットのマイコン上に典型的な検算型の故障注入攻撃対策を施したAESソフトウェアを実装し,提案攻撃を実行した.本申請者が開発した故障注入実験システムを用いて故障注入実験を行った結果,提案する攻撃により対策を無効化しつつ差分故障解析に必要な誤り暗号文が得られることを示した.2.提案攻撃への対策として,複数回故障注入しても誤った暗号文を出力しないようアセンブリプログラムを改良する手法を提案した.なお,交付申請書の(3)で挙げた評価実験については,理論的に攻撃が不可能となる対策技術を開発できたことから不要となり,実施していない.また,研究計画3年目の課題「電磁界シミュレーション技術の開発」に関連して,組込みマイコンに対する電磁波攻撃解析手法に関する検討を行った.組込みOS上に実装された公開鍵暗号ソフトウェアに対する電磁波解析攻撃実験において,攻撃に適した測定地点の探索手法を示した.また,組込みマイコン上に実行されたストリーム暗号KCipher-2に対する電磁波解析を実行し,鍵の一部を推定できた.本研究ではハードウェアに対する攻撃と比較して少ない波形数で攻撃に成功した.その原因として,組込みマイコン上で実行されるアセンブリコードを解析し,ハードウェア実装に対してノイズの少ない計測ができていることを明らかにした.1.前年度に検討した多重故障注入攻撃が失敗する場合が明らかとなったため,その応用範囲拡大に関する検討を行った.前年度は,適応的にタイミングを制御した故障注入により,実行中の暗号プログラムの詳細な情報が不要な多重故障注入攻撃を提案したが,命令ごとに実行サイクル数が異なるプロセッサにおいては提案攻撃が失敗することが明らかとなったため,このようなプロセッサにおいても適用できる攻撃アルゴリズムを提案した.また,本研究では,典型的な検算型の故障注入攻撃対策を施したAESソフトウェアを実装し,提案攻撃を実行した.本申請者が開発した故障注入実験システムを用いて故障注入実験を行った結果,提案する攻撃により対策を無効化しつつ差分故障解析に必要な誤り暗号文が得られることを示した.

なお,交付申請書で挙げた項目である故障の挙動の観測については,文献[1]で明らかとなっていることから,その結果を用いて上記検討を行った.2.一般のソフトウェアにおける故障注入攻撃の可能性を検討した.本研究では,バッファオーバーフロー攻撃への対策が施されているプログラムにおいて,物理的な故障注入により対策を回避して攻撃を行う手法を提案し,従来のバッファオーバーフロー対策を無効化できることを示した.また,ソフトウェアの変更による対策を提案した.3.複数のラウンドを同一のクロックサイクルに実行するアンロールドアーキテクチャで実装された暗号モジュールにおける電力解析攻撃を検討した.複数の時刻における電力値を統計処理した上で電力解析攻撃を行うことにより,アンロールドアーキテクチャにおいても電力解析攻撃が可能であることを明らかにした.また,アンロールドアーキテクチャを持つ低遅延暗号PRINCEハードウェアに対して,サイドチャネル攻撃標準評価ボード(SASEBO)を用いて提案攻撃の実験を行い,秘密鍵を取得できることを示した.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。交付申請書記載の研究目的である1.高い再現性と制御性を有する故障注入・解析技術に基づくプロトタイプ実装評価技術の開発,2.安全性評価のための攻撃手法の検討,3.攻撃に対する対策法の提案の3項目が達成されているため.申請書に記載した(1)組み込みプロセッサに対する故障注入実験を行い、特定の命令を改変する攻撃が可能であることを示すこと、および(2)この攻撃への対策手法の提案が達成されそいるため.なお, (3)対策の評価実験については,対策を施すことにより理論的に攻撃が不可能となる対策であることから実施していない.平成25年度は,故障利用攻撃向け暗号モジュールの安全性評価プラットフォームを構築する予定であったが,平成24年度の研究において構築したプラットフォームにより,基礎的な実験は可能となったことにより,現在提案されている故障利用攻撃に対する評価が可能となった,一方,ソフトウェア実装された暗号においては,実際の暗号システム運用において脅威となる攻撃が多数報告されているにもかかわらず,実際的な対策についてはあまり検討されていないのが現状である.そこで,平成25年度は,ソフトウェア実装された暗号に対する故障利用攻撃に対する対策技術の検討を行う.今後は組込みマイコン上での攻撃に対するさらなる脆弱性の検討を行う.今回提案した多重故障注入攻撃への対策は,検算に含まれる分岐命令のスキップによる攻撃を防ぐことはできるが,それ以外の命令をスキップした場合の攻撃の可能性は明らかではない.
高性能液体シンチレータ検出器を用いたニュートリノのマヨラナ性の研究

ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊の高感度測定によって、ニュートリノが持つ質量の起源が明らかになる可能性がある。本研究では大型液体シンチレータ検出器のエネルギー分解能の向上による高感度化を実現するため、小型プロトタイプ検出器の開発し、高性能化の実証試験と極低放射能分析を行う。本研究計画はKamLAND-Zen実験において液体シンチレータ検出器のエネルギー分解能を高め、ニュートリノの逆階層型の有効質量を20meVまで探るため、液体シンチレータ検出器の小型プロトタイプ検出器を製作して高性能化の実証実験を行い、さらに検出器素材のトリウムを主とする放射性元素フリー分析を実現することを目標としている。KamLAND-Zen実験の感度は近い将来2ν二重ベータ崩壊によるバックグランドで制限されると予想されるので、検出器のエネルギー分解能を向上することによって、影響を1/20に削減するために必要な研究開発ステップを着実に進め、将来測定への大きな前進が期待される。