JP2018152842A - 情報処理方法、情報処理システム、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】記憶装置を備える情報処理システムが行う、1以上の電子制御ユニットを含む車載ネットワークに流れる複数のデータフレームを処理する情報処理方法は、複数のデータフレームを順次受信する受信ステップ(S81)と、複数のデータフレーム間の受信間隔を示す受信間隔情報をフレーム情報として記録するフレーム収集ステップ(S82)と、受信間隔情報から、複数のデータフレーム間の受信間隔の分布に関する特徴量を取得する特徴量取得ステップと、特徴量を用いて、複数のデータフレームの中の不正なデータフレームの存否を判定する不正データ存否判定ステップ(S87)とを含む。
【選択図】図8
Description
[1.システムの構成]
実施の形態として説明する情報処理システムは、プロセッサ及び記憶装置を備え、1以上の電子制御ユニットを含む車載ネットワークに流れるデータフレームを処理する情報処理システムである。このプロセッサは、車載ネットワークに流れる複数のデータフレームを順次受信し、これらのデータフレーム間の受信間隔を示す受信間隔情報を、記憶装置に保持される受信ログにフレーム情報として記録する。また、このプロセッサは、この記録された受信間隔情報から、複数のデータフレーム間の受信間隔の分布に関する特徴量を取得し、この取得した特徴量を用いて、複数のデータフレームの中の不正なデータフレームの存否を判定する。本実施の形態では、種類を示す識別子(ID)が共通である複数個のデータフレームを2つの系列(グループ)に分類する。
図1は、本実施の形態における車載ネットワークシステムの全体構成を示すブロック図である。図1において、車載ネットワークシステム10は、監視ECU100と、ECU200aと、ECU200bと、バス300とを備える。
図2は、CANプロトコルのデータフレームのフォーマットを示す図である。ここではCANプロトコルにおける標準IDフォーマットにおけるデータフレームを示している。
図3は、CANプロトコルのエラーフレームのフォーマットを示す図である。図3において、エラーフレームは、エラーフラグ(プライマリ)、エラーフラグ(セカンダリ)、及びエラーデリミタ(図中DEL)の3個の部分から構成される。
図4は、本実施の形態における監視ECUの機能構成を示すブロック図である。図4において、監視ECU100は、フレーム送受信部110と、フレーム収集部120と、不正発生検知部130と、グループ設定部140と、不正データ識別部150と、不正対応部160と、フレーム生成部170と、受信ログ保持部180と、ルール保持部190と、正常モデル保持部191とを備える。
(D1−X)^2+(D2−Y)^2・・・(1)
(D1−Y)^2+(D2−X)^2・・・(2)
図8は、本実施の形態における監視ECU100の処理を示すフローチャートである。
図9は、本実施の形態における監視ECU100の不正発生検知部130による、上記のステップS83の処理の具体例を示すフローチャートである。
図10は、車載ネットワークに接続されるノードの例であるECU200a又はECU200bの機能構成を示すブロック図である。ECU200aとECU200bとの機能構成は共通であってもよい。
本実施の形態における車載ネットワークに接続される各ECUが送信するデータフレームの構成について例を用いて説明する。図11は、ECU200aがバス300に送信するデータフレームの例を示す図である。監視ECU100及びECU200bは、バス300からこのデータフレームを受信する。ただし、図11では本実施の形態の理解に必要な部分のみを抜粋して示している。
次に、監視ECU100によるデータフレームの受信に伴う一連の処理(図8及び図9参照)の具体例を説明する。
本実施の形態において、車載ネットワークシステム10を流れるデータフレームを監視する監視ECU100では、所定のルールに適合するデータフレームが複数存在する場合に、各データフレームには、含むデータ値に基づいてグループが設定される。そして、さらに、設定したグループごとに、データフレームの受信間隔の分布に関する特徴(特徴量)を正常モデルと比較することで、当該グループが正常なデータフレームを含むグループであるかを識別する。これにより、従来では正常と不正の識別が困難であったデータフレームについて、より精度よく正常なデータフレームを識別することができ、より確実に車載ネットワークを保護することができる。
なお、本発明を上記実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記実施の形態に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
100 監視ECU
110 フレーム送受信部
120 フレーム収集部
130 不正発生検知部
140 グループ設定部
150 不正データ識別部
160 不正対応部
170 フレーム生成部
180 受信ログ保持部
190 ルール保持部
191 正常モデル保持部
200a、200b ECU
201 フレーム送受信部
202 フレーム処理部
203 外部機器入出力部
204 フレーム生成部
210 速度センサ
220 メータ
300 バス
Claims (14)
- 記憶装置を備える情報処理システムが行う、1以上の電子制御ユニットを含む車載ネットワークに流れるデータフレームを処理する情報処理方法であって、
前記車載ネットワークに流れる複数のデータフレームを順次受信する受信ステップと、
前記複数のデータフレーム間の受信間隔を示す受信間隔情報を、前記記憶装置に保持される受信ログにフレーム情報として記録するフレーム収集ステップと、
前記受信間隔情報から、前記複数のデータフレーム間の受信間隔の分布に関する特徴量を取得する特徴量取得ステップと、
前記特徴量を用いて、前記複数のデータフレームの中の不正なデータフレームの存否を判定する不正データ存否判定ステップとを含む、
情報処理方法。 - 前記記憶装置には、正常なデータフレームの特徴を示す正常モデルがさらに保持され、
前記不正データ存否判定ステップにおいて、前記受信間隔情報を用いて求められた前記特徴量と、前記正常モデルとを用いて前記複数のデータフレームの中の不正なデータフレームの存否を判定する、
請求項1に記載の情報処理方法。 - 前記正常モデルは、前記特徴として正常なデータフレーム間の受信間隔を示し、
前記特徴量取得ステップにおいて取得される特徴量は、受信された前記複数のデータフレーム間の受信間隔と前記正常モデルが示す正常なデータフレーム間の受信間隔との密度比推定を用いて算出される、受信された前記複数のデータフレーム間の受信間隔の異常度であり、
前記不正データ存否判定ステップにおいて、前記異常度に基づいて前記複数のデータフレームの中の不正なデータフレームの存否を判定する、
請求項2に記載の情報処理方法。 - 前記正常モデルは、前記特徴として正常なデータフレーム間の受信間隔の分散を示し、
前記特徴量取得ステップにおいて取得される特徴量は、受信された前記複数のデータフレーム間の受信間隔の分散であり、
前記不正データ存否判定ステップにおいて、前記正常なデータフレーム間の受信間隔の分散と前記受信間隔の分散との差を算出し、前記差の大きさに基づいて前記複数のデータフレームの中の不正なデータフレームの存否を判定する、
請求項2に記載の情報処理方法。 - 前記フレーム情報には、前記受信間隔情報と対応づけて、前記複数のデータフレームのそれぞれが含むデータ値がさらに含まれ、
さらに、前記フレーム情報が含む前記受信間隔情報及び前記データ値に基づいて、前記複数のデータフレームの少なくとも一部を含む1以上のグループを設定するグルーピングステップを含み、
前記特徴量取得ステップにおいて、前記受信ログに含まれる前記受信間隔情報から、前記1以上のグループのそれぞれについて、当該グループが含む前記複数のデータフレーム間の受信間隔の分布に関する特徴量を取得し、
前記不正データ存否判定ステップにおいて、前記1以上のグループのそれぞれについて求められた特徴量に少なくとも基づいて、前記1以上のグループの中から不正なデータフレームを含むグループ又は不正なデータフレームを含まないグループを識別する、
請求項2から4のいずれか1項に記載の情報処理方法。 - 前記不正データ存否判定ステップにおいて前記1以上のグループのそれぞれについてグループを識別した後に実行した前記受信ステップで受信したデータフレームについて、
前記識別されたグループに属するか否かを判定することで当該データフレームが正常なデータフレームであるか又は不正なデータフレームであるかを判定するデータフレーム判定ステップをさらに含む、
請求項5に記載の情報処理方法。 - 前記記憶装置には、データフレームの受信間隔に関する規定である受信間隔ルールと、データフレームに含まれるデータ値の時間的変化量に関する規定であるデータ変化量ルールとがさらに保持され、
前記グルーピングステップにおいて、前記受信間隔情報及び前記データ値と、前記受信間隔ルール及び前記データ変化量ルールとに基づいて、前記1以上のグループを設定し、
前記1以上のグループのそれぞれに含まれるデータフレームの数が所定数以上である場合に、前記1以上のグループに対して前記不正データ存否判定ステップを実行する、
請求項5又は6に記載の情報処理方法。 - 前記記憶装置には、データフレームの受信間隔に関する規定である受信間隔ルールと、正常なデータフレームに含まれるデータ値の時間的変化量に関する規定であるデータ変化量ルールがさらに保持され、
前記グルーピングステップにおいて、前記受信間隔情報及び前記データ値と、前記受信間隔ルール及び前記データ変化量ルールとに基づいて、前記複数のデータフレームに複数のグループを設定し、
前記複数のグループのそれぞれに含まれるデータフレームのデータ値の平均の差が所定の大きさ以上である場合に、前記複数のグループに対して前記不正データ存否判定ステップを実行する、
請求項5又は6に記載の情報処理方法。 - 前記データ変化量ルールは、前記データフレームに含まれるデータ値の時間的変化量が所定値以下であることを規定する、
請求項7又は8に記載の情報処理方法。 - 前記記憶装置には、正常なデータフレームの受信間隔の時系列データから求めた自己回帰係数がさらに保持され、
前記グルーピングステップにおいて設定される前記1以上のグループは複数のグループであり、
前記複数のグループのそれぞれが含む前記複数のデータフレーム間の受信間隔に関する特徴量は、前記受信間隔情報を用いて予測される予測受信間隔であり、
前記特徴量取得ステップにおいて、前記複数のグループのそれぞれが含む前記複数のデータフレーム間の受信間隔に関する特徴量として、前記自己回帰係数及び前記フレーム情報とを用いて予測受信間隔を取得し、
前記不正データ存否判定ステップにおいて、前記複数のグループのそれぞれについて、前記予測受信間隔と、当該グループに含まれる最新のデータフレームの実際の受信間隔との誤差である予測誤差を算出し、前記複数のグループの中で前記予測誤差が最も小さいグループを、不正なデータフレームを含まないグループと識別する、
請求項5から9のいずれか1項に記載の情報処理方法。 - 前記不正データ存否判定ステップにおいて、
正常なデータフレームの受信間隔ベクトルと、不正なデータフレームの受信間隔ベクトルとを学習した識別器を用いて、前記複数のグループの中から、不正なデータフレームを含むグループと不正なデータフレームを含まないグループとを識別する、
請求項5から9のいずれか1項に記載の情報処理方法。 - 前記識別器は、ランダムフォレスト(Random Forest)、サポートベクターマシン(Support Vector Machine)、NN(Nearest Neighbor)、ニューラルネットワーク(Neural Network)のいずれかひとつで、又は複数を組み合わせて構成される、
請求項11に記載の情報処理方法。 - プロセッサ及び記憶装置を備え、1以上の電子制御ユニットを含む車載ネットワークに流れるデータフレームを処理する情報処理システムであって、
前記プロセッサは、
前記車載ネットワークに流れる複数のデータフレームを順次受信し、
前記複数のデータフレーム間の受信間隔を示す受信間隔情報を、前記記憶装置に保持される受信ログにフレーム情報として記録し、
前記受信間隔情報から、前記複数のデータフレーム間の受信間隔の分布に関する特徴量を取得し、
前記特徴量を用いて、前記複数のデータフレームの中の不正なデータフレームの存否を判定する、
情報処理システム。 - プロセッサ及び記憶装置を備える情報処理システムにおいて、前記プロセッサによって実行されることで前記情報処理システムに請求項1に記載の情報処理方法を実行させるプログラム。
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