An Approach to High-speed Security Middleboxes based on Programmable Data Planes

本年度は、大きく次の3つの研究成果を挙げた。第一に、前年度に設計した軽量な匿名通信プロトコルに対して、パケット転送情報の改竄の防止技術を組み込んだ。メッセージ認証コードの付与と検証プログラムをプログラマブルスイッチ上に実装した。計算に要するプログラマブルスイッチ上のパケット周回数を増やすことなく、プログラムのレイアウトをすることで、匿名通信プロトコルの通信速度を悪化させることなく安全性を向上した。第二に、より高度なセキュリティプロトコルのプログラマブルデータプレーン上での実装を目指した暗号化手法をプログラマブルスイッチ上に実装した。具体的には、TLS 1.3などにも採用されており、AESと比較してもスイッチ上への実装に適しているストリーム暗号であるChaChaをプログラマブルスイッチ上に実装した。プログラマブルスイッチへの暗号・復号のプログラムを効果的に配置することで、処理に要するデータのプログラマブルスイッチ上の周回数を最小化し、同スイッチ上のAES実装よりも高速な 200 Gbps以上の速度で暗号化・復号を達成した。第三に、学習型インデックスに基づくデータベース上に、IPv6プレフィクスなど大きな整数（64ビット以上）をキーとするエントリーを収容する際に、回帰誤差が設計値よりも大きくなる課題に対して、キーの空間の分割する方法を設計した。さらに、テーブルと木構造を併用することで、広大なキーをコンパクトに収容する方法を設計した。

本年度は、大きく次の3つの研究成果を挙げた。第一に、前年度に設計した軽量な匿名通信プロトコルに対して、パケット転送情報の改竄の防止技術を組み込んだ。メッセージ認証コードの付与と検証プログラムをプログラマブルスイッチ上に実装した。計算に要するプログラマブルスイッチ上のパケット周回数を増やすことなく、プログラムのレイアウトをすることで、匿名通信プロトコルの通信速度を悪化させることなく安全性を向上した。第二に、より高度なセキュリティプロトコルのプログラマブルデータプレーン上での実装を目指した暗号化手法をプログラマブルスイッチ上に実装した。具体的には、TLS 1.3などにも採用されており、AESと比較してもスイッチ上への実装に適しているストリーム暗号であるChaChaをプログラマブルスイッチ上に実装した。プログラマブルスイッチへの暗号・復号のプログラムを効果的に配置することで、処理に要するデータのプログラマブルスイッチ上の周回数を最小化し、同スイッチ上のAES実装よりも高速な 200 Gbps以上の速度で暗号化・復号を達成した。第三に、学習型インデックスに基づくデータベース上に、IPv6プレフィクスなど大きな整数（64ビット以上）をキーとするエントリーを収容する際に、回帰誤差が設計値よりも大きくなる課題に対して、キーの空間の分割する方法を設計した。さらに、テーブルと木構造を併用することで、広大なキーをコンパクトに収容する方法を設計した。