衛星セキュリティフォーラム - 低軌道メガコンステレーションにおける分散型識別管理と脅威モデル：ゼロトラスト原則の適用

低軌道メガコンステレーションにおける分散型識別管理と脅威モデル：ゼロトラスト原則の適用

Tags: 低軌道メガコンステレーション, 分散型識別管理, ゼロトラスト, 脅威モデリング, 衛星セキュリティ, DID

はじめに

近年、低軌道（LEO）メガコンステレーションの構築が急速に進展しており、これにより地球規模での高速かつ低遅延の通信インフラが実現されつつあります。数百から数千もの衛星が協調して動作するこれらのシステムは、従来の単一衛星運用とは異なる、新たなサイバーセキュリティの課題を提起しています。特に、多数のノード、動的なネットワークトポロジー、地上セグメントとの頻繁なインタラクションといった特性は、従来の境界防御型セキュリティモデルでは対応が困難な側面を持ちます。

本稿では、LEOメガコンステレーションの多層的かつ分散的な性質に対応するため、分散型識別管理（DID）とゼロトラスト原則の統合的な適用可能性に焦点を当て、その脅威モデルについて考察します。このアプローチが、次世代の宇宙システムセキュリティにおいてどのようにレジリエンスを高めるか、学術的および実践的な観点から議論いたします。

低軌道メガコンステレーションの脅威モデル

LEOメガコンステレーションは、従来の衛星システムと比較して攻撃対象領域が広範であり、以下のような多様な脅威に直面します。

物理層の脅威: 衛星信号の妨害（ジャミング）やなりすまし（スプーフィング）は依然として深刻な脅威です。多数の衛星が存在することで、特定の衛星への攻撃が全体のサービスに影響を及ぼす可能性も考慮すべきです。
通信層の脅威: 衛星間リンク（ISL）および衛星と地上局間のリンクは、傍受、改ざん、再生攻撃のリスクに晒されます。特に、多数のISLが存在するため、経路の複雑化に伴う脆弱性が生じ得ます。
運用・管理層の脅威: コマンドインジェクションによる衛星の制御奪取、ファームウェアやソフトウェアの不正な更新、設定情報の改ざんなどが考えられます。地上局やネットワーク運用センターへの攻撃も、システム全体の安全性に直結します。
サプライチェーンの脅威: 衛星の製造、打ち上げ、運用に至るまでのサプライチェーン全体における脆弱性が、システムの初期段階から組み込まれるリスクがあります。
分散型特性由来の脅威: 多数の独立したノードが連携する性質上、一つの脆弱なノードが全体に波及する可能性、またはノード間の認証・認可における不備が悪用されるリスクが考えられます。

これらの脅威に対し、従来の静的なセキュリティモデルでは不十分であり、より動的で適応性のあるセキュリティフレームワークが求められます。

分散型識別管理 (DID) の適用可能性

分散型識別管理（Decentralized Identity, DID）は、中央集権的な機関を介さずに、個人やエンティティが自己のデジタル識別子を管理・制御できる技術です。ブロックチェーンや分散型台帳技術（DLT）を基盤とすることが多く、その耐タンパー性と分散性から、LEOメガコンステレーションにおける識別管理に高い親和性を持つと考えられます。

DIDの基本原理とLEOへの適用:

DIDは、以下の主要な要素で構成されます。

DID (Decentralized Identifier): グローバルに一意で、特定の解決器（Resolver）によって、関連するメタデータ（DID Document）が取得できる識別子です。
DID Document: 特定のDIDに関連付けられた公開鍵、認証方法、サービスエンドポイントなどの情報を含むドキュメントです。
Verifiable Credentials (VC): 発行者、所有者、検証者という三者関係において、特定の属性や資格を暗号学的に証明する手段です。

LEOメガコンステレーションにおいて、各衛星、地上局、そして関連するIoTデバイスやユーザーをそれぞれDIDで識別することで、中央集権的な認証局に依存しない、堅牢な信頼基盤を構築することが可能になります。例えば、衛星が相互に通信する際や、地上局が特定の衛星にコマンドを送る際に、それぞれのDIDを用いて身元を確認し、VCによって権限を検証するといった運用が考えられます。

以下に、概念的なDID Documentの構造例を示します。

{
  "@context": "https://www.w3.org/ns/did/v1",
  "id": "did:sat:leo:satellite-001A",
  "verificationMethod": [
    {
      "id": "did:sat:leo:satellite-001A#key-1",
      "type": "Ed25519VerificationKey2018",
      "controller": "did:sat:leo:satellite-001A",
      "publicKeyBase58": "AdwD56k..." // 公開鍵のBase58エンコード値
    }
  ],
  "authentication": [
    "did:sat:leo:satellite-001A#key-1"
  ],
  "service": [
    {
      "id": "did:sat:leo:satellite-001A#telemetry-service",
      "type": "TelemetryDataService",
      "serviceEndpoint": "https://telemetry.satellite-001A.example.com/api/v1"
    }
  ],
  "assertionMethod": [
    "did:sat:leo:satellite-001A#key-1"
  ],
  "created": "2023-10-26T10:00:00Z",
  "updated": "2023-10-26T10:00:00Z"
}

この例では、did:sat:leo:satellite-001Aという識別子を持つ衛星が、その公開鍵や提供するサービスのエンドポイント情報を分散的に管理している様子を示しています。

ゼロトラスト原則の導入

ゼロトラストは「決して信頼せず、常に検証する (Never Trust, Always Verify)」を基本原則とするサイバーセキュリティモデルです。ネットワーク境界の内外を問わず、全てのアクセス要求を疑い、明示的に検証することを要求します。LEOメガコンステレーションのような分散型かつ動的な環境において、この原則は極めて有効なセキュリティ強化策となり得ます。

LEO環境におけるゼロトラストの適用:

マイクロセグメンテーション: 各衛星、地上局、さらには衛星内部の各コンポーネント（ペイロード、バス、OSなど）を独立したセキュリティゾーンとして扱い、きめ細やかなアクセス制御を適用します。これにより、攻撃が特定のコンポーネントに限定され、全体への波及を防ぎます。
最小権限アクセス: 全てのエンティティに対し、その機能遂行に必要最小限の権限のみを付与します。DIDとVCを組み合わせることで、動的に変化する状況に応じて、一時的かつ限定的な権限を付与・剥奪することが可能になります。
継続的認証と認可: 一度認証されたからといって、その信頼が永続するわけではありません。アクセス要求が行われるたびに、コンテキスト（時間、場所、デバイスの状態、ユーザーの行動パターンなど）に基づいて再認証・再認可を行います。
デバイスの健全性評価: 衛星のハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアの状態を継続的に監視し、異常が検出された場合は直ちにアクセスを制限するなどの対応を行います。

ゼロトラストポリシーの具体的な適用例として、以下のような擬似コードが考えられます。

POLICY "Satellite_001A_Telemetry_Access" {
    // アクセス元が正当な地上局のDIDを持つことを確認
    REQUIRE ENTITY_IDENTIFIER.is_valid_did("did:ground:station-alpha") AND

    // 地上局がテレメトリーデータへのアクセス権限を示すVCを提示
    REQUIRE ENTITY_CREDENTIALS.contains_vc("TelemetryAccessPermission_GroundStationAlpha") AND

    // 衛星の現在のセキュリティ状態が正常であること
    REQUIRE SATELLITE_HEALTH_STATUS.is_normal() AND

    // アクセス要求の時間帯が運用時間内であること
    REQUIRE CURRENT_TIME.is_within_operating_hours() AND

    // 要求されるデータが特定の分類に属し、その分類に応じた認可があること
    REQUIRE REQUESTED_DATA_CLASSIFICATION.is_classified_as("Public_Telemetry") OR
            (REQUESTED_DATA_CLASSIFICATION.is_classified_as("Confidential_Telemetry") AND ENTITY_CREDENTIALS.contains_vc("ConfidentialAccessPermission")) AND

    // ネットワーク経路の健全性チェック
    REQUIRE NETWORK_PATH_INTEGRITY.is_verified();

    ALLOW ACCESS;
    DENY OTHERWISE;
}

このポリシーは、単なる認証情報だけでなく、要求元のコンテキストや対象衛星の健全性、データ分類など、多角的な要素に基づいてアクセスを判断するゼロトラストの原則を反映しています。

実装上の課題と今後の展望

DIDとゼロトラスト原則のLEOメガコンステレーションへの適用は、その潜在的な利点にもかかわらず、いくつかの技術的課題を伴います。

リソース制約: 衛星における計算能力やストレージ、電力は限られています。DLTの維持や複雑な暗号演算、継続的な認証プロセスは、既存のハードウェアでは大きな負担となる可能性があります。効率的なアルゴリズムやハードウェアアクセラレーションの研究が不可欠です。
通信遅延と断続性: 衛星間の通信遅延や、地上局との通信の断続性は、リアルタイムの認証やポリシー適用に影響を与える可能性があります。遅延耐性のある設計や、オフラインでの検証メカニズムの検討が必要です。
標準化と相互運用性: 異なるベンダーや国の衛星が連携する環境において、DIDやVCの標準化、ゼロトラストポリシーの共通化は、円滑な運用とセキュリティ確保の鍵となります。
鍵管理と失効: 多数のDIDに紐づく鍵の生成、安全な保管、更新、そして万が一の侵害時の迅速な失効メカニズムは、極めて重要な課題です。

これらの課題に対し、学術界と産業界が連携し、低リソース環境に最適化された軽量な暗号技術、分散型台帳技術の改良、AI/MLを活用した異常検知と自動対応などの研究開発を進める必要があります。また、国際的な標準化団体での議論への積極的な参加も求められます。

結論

低軌道メガコンステレーションの急速な発展は、宇宙システムセキュリティに新たなアプローチを求めています。本稿では、分散型識別管理とゼロトラスト原則を統合することで、多層的かつ動的な脅威に対応する、よりレジリエントなセキュリティフレームワークを構築しうる可能性を考察いたしました。実装には技術的な課題が残るものの、これらのアプローチは、将来の宇宙インフラの信頼性と安全性を確保するための重要な基盤となるでしょう。

この点について、皆様のこれまでの研究成果や産業界での具体的なご経験、あるいは実装上の課題や克服策に関するご意見をコメント欄でお聞かせいただければ幸いです。活発な議論を通じて、コミュニティ全体の知見を深めていければと考えております。