第 8 章 情報システムの役割

1. 第8章 情報システムの役割

2. この章で学ぶこと • 実社会で使われている情報システムがどのようにして作られているか • そもそも情報システムとは何か • 表からは見えない構成 • 作る場合に問題になること

3. 情報システムとは • 定義 • 情報を処理する機器（コンピュータなど）+ 情報を伝達するネットワーク⇒ さまざまなサービスや機能を提供する • 例 • オンラインチケット予約システム • 電子掲示板 • 電子決済システム（銀行ATMなど） • POS (Point of Sales) システム

4. 情報システムの範囲 • 狭義：いわゆるビジネス・アプリケーション • 企業，政府機関，サービス機関などが利用 • 外部に情報サービスを提供する • 内部の情報管理，意思決定支援に用いる • 広義の例 • 計測や制御系のシステム • 組込みシステム • ゲーム機 • インターネット

5. 昔の情報システム 計算機本体 磁気テープ装置 一般の人が触る事は稀 http://ar.aichi-u.ac.jp/photo/1980/より。東大の大型計算機センターの写真 8.1

6. 昔の情報システム 磁気ディスク装置 カードパンチャー http://ar.aichi-u.ac.jp/photo/1980/より。東大の大型計算機センターの写真 8.1

7. 現在の情報システム • ウェブサービス • イベント情報提供，チケット予約 • 文献検索 • 地図検索，路線案内 • 商品販売，オークション • 組込みシステム • 携帯電話，ディジタルカメラ，カーナビ，冷蔵庫，炊飯器など • いろいろな場所に，いろいろな形態で存在する

8. 見えにくい情報システム • ソフトウェアは抽象的記述で，物理的実体がない • コンピュータも見えなくなっている • 組み込まれたコンピュータ • 自動車には数十のプロセッサ • 携帯電話から炊飯器まで • あまりに日常的で，情報システムであることが意識されない • PCは端末であり，ネットワークの向こうで見えないコンピュータが多数稼動している

9. 端末 ファイルサーバ proxyサーバ 認証サーバ ブートサーバ 目に見えないところでいろいろなサーバが動いている 8.1

10. 情報システムの仕組み • ソフトウェア • どんな機能か • 作るときの難しさは何か • ハードウェア • どのような構成か • ネットワークの向こうには何があるか ⇒ チケット予約システムを例に解説する

11. チケット予約システムの概観 • 利用者が欲しいチケットを探す • 空きがあれば予約情報を書き込む × 本郷三四郎 システム 利用者 データベース

12. 実際のチケット予約システム • ソフトウェアの持つ機能: 沢山 • 公演情報の管理 ・ 公演情報の提供 ・ チケットの予約決済 ・ その他会員管理など • システムの構成 • 利用者側: Webブラウザ・携帯電話・専用端末 • サービス提供者側: 複数のコンピュータ • 利用者からの要求を受け付けるwebサーバ • 要求を処理するプログラム • 種々の情報を管理するデータベース

13. チケット予約システムの機能 • 情報照会 • ジャンル別，地域別の公演照会 • チケット販売スケジュール照会 • 公演詳細情報提供 • 公演内容（日時，演目） • 公演者（名前，プロファイル） • 公演会場（会場名称，住所） • チケット情報（座席別料金，座席表） • 予約関連情報（予約受付先，予約受付期間，予約状況） • 主催，協賛（名前，住所） • 予約機能 • 公演の指定，チケット受け取り方法指定，予約確定，決済 • 付随機能 • 誤入力の処理，キャンセルの処理

14. チケット予約システムが提供する機能 細かく見てゆくと沢山ある → 作るためには列挙する必要 • 情報照会: ジャンル別・地域別・チケット販売スケジュール • 予約機能: 公演・受け取り方法を指定 → 席の提示 → 予約確定 → 決済 • 付随機能: 誤入力の処理 / キャンセルの処理 • 公演詳細情報提供 • 例: 公演内容（日時，演目） / 公演者（名前，プロファイル） / 公演会場（会場名称，住所） / チケット情報（座席別料金，座席表） / 予約関連情報（予約受付先，予約受付期間，予約状況） / 主催，協賛（名前，住所） → データベースの設計

15. チケット予約システムの仕組み

16. システムを作る際に大事なこと • 多くはクライアント・サーバ型の構成をとる • 通信規約(プロトコル) • データベースの存在 • 安全性に配慮 • 一貫性の配慮 • 予約中に電源を切ったら? • 2人が同時に予約したら?

17. ウェブサービスの構造 サーバ上で動的にページを作成する仕組み： CGI, Servlet, JSPなど

18. クライアント/サーバ型 • ネットワーク上の分散システム構成 • クライアント： サービスを要求 • サーバ： サービスを提供 • 例 • ウェブ • ウェブブラウザとウェブサーバ • データベース • メール • ファイル保管

19. 防火壁（ファイアウォール） • 不正アクセスの排除のために備えられる • データベースサーバへのアクセスを制御 • 利用者は直接アクセスできない • ウェブブラウザを使ってのアクセスのみ許可

20. 通信規約HTTP (HyperText Transfer Protocol) • WWWクライアントとサーバの間の通信に関する約束事 • 基本は情報の取得 • 処理を依頼するためにも使われる • サーバでプログラムが動く 欲しいページのURL (GET) クライアント サーバ ページの内容 情報の提供(POST) クライアント サーバ 処理結果

21. 通信規約HTTP • HTTP (HyperText Transfer Protocol) • クライアントとサーバの間のやりとりに関する通信規約（プロトコル）の一種 • 通信要求のコマンド例 • GET: クライアントがサーバから情報の資源(ページ)を取得するために出す要求 • POST: クライアントがサーバに情報を与えるために出す要求

22. ウェブに関する用語 • HyperText • 参照されているテキストに自動的に参照する仕組みを備えたテキスト (Vannevar Bush, As We May Think, 1945) • Web • ハイパーリンク（HyperTextからHyperTextへのリンク）で相互結合された文書群 • WWW • World Wide Web, インターネット上に構成された(普通の)Web, the Web

23. データの入力 (1) • GETコマンドを用いた検索 • 例：Googleで”ticket”を検索した場合http://www.google.co.jp/search?sourceid=navclient&ie=UTF8&rls=GGLC,GGLC:197001,GGLC:en&q=ticket

24. データの入力 (2) • FORMタグでデータの入力欄を作る <form method=post action="/servlet/test-servlet"> 氏名：<input type="text" name="name"><br> 住所：<input type="text" name="address" size="80"><br> メール：<input type="text" name="email" size="50"><br> パスワード：<input type="password" name="password"><br> <input type="submit" value="注文"> </form>

25. 動的なページの作成 • 動的なページ作成の要因 • 利用者からの入力データの解釈 • データベースの検索 • ウェブサーバ上で動的ページ作成プログラムを動かすための仕組み • CGI (Common Gateway Interface) • PerlやPHPなどのスクリプト言語で作成 • Servlet • Javaで作成，CFIVEはこの仕組み • JSP (JavaServer Pages)

26. システム開発上の考慮点 • 利用者の使いやすさ • データの機密保護 • 処理の一貫性 • 並行処理 • 悪意を持った攻撃への対処

27. 利用者の使いやすさ • 使いやすくなければ利用者は離れる • 使いやすさの要素 • 見やすいページ・デザイン • 少ない入力の手間 • 誤入力の訂正や防止 • 応答の速さ

28. データの機密保護 • チケット予約は個人情報入力を求める • 問題点と対策 • 情報の送信中の漏洩防止 ⇒ 暗号化 • SSL (Secure Socket Layer): https • なりすましの防止 ⇒ 個人認証 • 利用者コードとパスワード • 生体認証（指紋，虹彩など） • 収集された個人情報の外部流出防止 • 利用の範囲：プライバシーポリシー • 流出防止策：個人情報保護法

29. ウェブブラウザ ウェブサーバ HTTP HTTP SSL 復号 暗号化 暗号 →3.4.2参照

30. 公開鍵 秘密鍵 共通鍵 共通鍵 暗号化 復号 暗号 暗号化 復号 →3.2.3参照

31. 悪人の鍵をつかまされると... 公開鍵 秘密鍵 復号 共通鍵 秘密鍵 共通鍵 暗号化 復号 ?

32. 公開鍵の確認 ディジタル署名 確認する方 復号 公開鍵 公開鍵 秘密鍵 暗号化 確認される方 公開鍵 一致=OK 秘密鍵 共通鍵 共通鍵 暗号化 復号

33. 処理の一貫性 • 処理の中断の可能性 • ネットワーク切断，パソコンの故障，利用者の操作ミスなど • データベースの内容の一貫性の保持 • 予約が未完了なのに席が予約状態になったり，予約されずに請求だけされるなどといったことを防ぐ • 一連の処理をトランザクションとしてまとめる → トランザクションが中断された場合はロールバックして初期状態に戻す

34. 並行処理 • システムには同時に多数の利用者がアクセスする • 重複予約の防止 • 排他制御 • 最新予約状況の表示 • 表示と予約実行間の状態変化への対応

35. 23Dが空いている 23Dが空いている Aさん Cさん 23Dを予約 23Dを予約 重複登録 23Dが空いている 23Dが空いている 23Dはお待ちください 23Dが空いている Cさん Cさん Aさん Aさん 23Dを予約 もういいよ！ 23Dを予約 予約できません! やっぱりやめた 売れ残り さっき空いているっていったじゃない？ 並行処理がうまくいっていない例

36. 悪意を持った攻撃への対処 • サービス拒否攻撃 (Denial of Service Attack) • 不正な大量アクセスによるサーバのダウン • 対策 • トラフィック量などのデータ監視による攻撃検出 → 特定された攻撃サイトからのアクセス拒否 • DDoS (分散DoS, Distributed DoS)で対抗される可能性も • ログデータの収集と分析

37. さまざまな情報システム • 組込みシステム • コンビニの商品管理システム • オンライン金融取引システム • ディジタルアーカイブ・システム

38. 組込みシステム • 装置や機器に組み込まれ，それを制御するコンピュータシステム • 構成要素 • 入力： センサーなどから流入する連続的/間歇的 信号 • 出力： アクチュエータ（動作装置）への制御信号 表示装置へのデータ出力

39. 組込みシステムの特性 • 実時間 (realtime) 性 • 厳しい資源制約 • CPU能力，記憶容量，電源容量，発熱量，コスト • 高い信頼性の要求 • 不具合の社会的影響 • リコールのコスト • 信頼性を向上させるためのコストとのトレードオフ • 優れた操作性による誤操作の防止

40. Therac-25事件 • Therac-25: 放射線治療機 • 電子ビーム治療, 低エネルギー, 短時間 • X線治療, 高エネルギー電子ビームをターゲットに当ててX線を放射 • 事件の概要 • 誤動作により，ターゲットがセットされないまま高エネルギー電子ビームを照射 • 過被爆で６人死亡

41. Therac-25事件の問題点 • 古いプログラムをそのまま使用した • エラー警告はあったが説明が無かった • 病院が患者の訴えを信じなかった • 安全装置をコストダウンのために削った • 高価な機器なので事故発生後も使用した • インタフェースのタイミング問題があった • オペレータが操作に慣れ操作が早くなると発生した • アセンブリ言語で記述されていた • デバッグがしにくい

42. USS Yorktown dead in water after divide by zero "Peter G. Neumann" <Neumann@CSL.sri.com> Tue, 21 Jul 1998 13:07:45 -0700 The Navy's Smart Ship technology is being considered a success, because it has resulted in reduced manpower, workloads, maintenance and costs for sailors aboard the Aegis missile cruiser USS Yorktown. However, in September 1997, the Yorktown suffered a systems failure during maneuvers off the coast of Cape Charles, VA., apparently as a result of the failure to prevent a divide by zero in a Windows NT application. The zero seems to have been an erroneous data item that was manually entered. Atlantic Fleet officials said the ship was dead in the water for about 2 hours and 45 minutes. A previous loss of propulsion occurred on 2 May 1997, also due to software. Other system collapses are also indicated. [Source: Gregory Slabodkin, Software glitches leave Navy Smart Ship dead in the water, Government Computer News, 13 Jul 1998, PGN Stark Abstracting from http://www.gcn.com/gcn/1998/July13/cov2.htm]

43. US Navy’s Harvard Mark II • 初めてbugという用語が使われたという話 • もっとも，bugという用語はそれ以前から使われていたらしい http://www.history.navy.mil/photos/pers-us/uspers-h/g-hoppr.htm 1947.9.9

44. Mr. Edison, I was informed, had been up the two pervious nighs divcovering ``a bug’’ in his photograph - an experssion for aolving a difficulty, and implying that some imaginary insect has secreted itself inside and is causing all the trouble --- Pall mall Gazette, 1889 I ranged from the pre-design development of essential components, through the stage of type test and flight test and ``debugging’’ right through to later development of the engine. --- Journal of the Royal Aeronautical Society, 1945 8.3.1

45. 組込みシステム例: ディジタルカメラ

46. シャッターボタン 画像記録装置 オートフォーカス 自動露出 CCD レンズ駆動 コントラスト検出 画像生成 組込みシステム例: ディジタルカメラ

47. ディジタルカメラの基本機能 • 撮影機能 • 静止画撮影，動画撮影の切り替え，撮影，オートフォーカス設定 • セルフタイマーの設定，ズーム設定，フラッシュのモード切り替え • 画像サイズと画質の設定，ホワイトバランス設定 • 出力編集機能 • 外部インターフェースへの画像出力 • 撮影した画像の通常再生，拡大再生 • 画像編集機能 • 削除，消去禁止設定 • 付加機能 • 撮影日時などの表示設定，時計設定，操作音の切り替え • 記録媒体のフォーマット

48. ディジタルカメラのシステム構成 • 制御系 • センサー: 撮像素子（CCDやCMOS) • アクチュエータ： 自動焦点用のレンズ移動装置等 • 情報系 • 画像データのメモリーカードなどへの記録，管理 • 画像データの画面表示 • データの外部転送 • インターフェース • シャッターボタン，入力用ボタン，レバー，液晶画面などによるインターフェース

49. カメラ特有の制御機構 • 自動焦点機構 • 撮像素子からの画像信号を解析 • コントラスト最大位置の探索 • アクチュエータによるレンズ位置移動 • 自動露出機構 • 光量を測定 • 絞りとシャッター速度を決定

50. 商品管理システム • POS (Point of Sales) = 販売時点管理 • 売れ筋の把握 • 緻密な在庫・受発注管理 • レシート記述情報の詳細化 • バーコードからICタグへ • 無線による自動認識：RFID (Radio Frequency Identification) • 情報量が多い • 書き換えができる • 複数を同時に読むことができる