[논문]동적 ID 할당을 이용한 고기능 RFID 태그용 보안 프로토콜

박진성

동적 ID 할당을 이용한 고기능 RFID 태그용 보안 프로토콜
A Secure Protocol for High-Performance RFID Tag using Dynamic ID Allocating 원문보기

박진성 ((주)씨이엔)

본 논문에서는 상호인증을 통하여 RFID에 안전하게 동적으로 ID를 부여하는 보안 프로토콜을 제안한다. 현재 RFID 태그의 보안을 위해 제안된 대부분의 방식들은 계산 능력과 메모리 저장 능력에 많은 제약을 가지고 있는 저가형 태그에 초점을 맞추고 있다. 그러나, 이러한 문제는 보다 우수한 계산 능력과 큰 저장 공간을 가지는 고가형/고기능 RFID 태그에서는 다른 접근 방식으로 해결될 수 있는 문제이다. 따라서, 본 논문에서는 저가형 RFID용 보안 프로토콜보다는 강력하지만 스마트카드의 보안 프로토콜보다는 간단하면서 동적인 ID 부여와 상호인증이 가능한 프로토콜을 제안한다. 이러한 고기능 RFID와 보안 프로토콜은 명품 브랜드 제품이나 고가 의약품의 관리, 문화재 관리등과 같은 고가이면서 엄격한 보안과 관리가 필요한 분야에 적용할 수 있다.

In this paper, I have proposed a secure dynamic ID allocation protocol using mutual authentication on the RFID tag. Currently, there are many security protocols focused on the low-price RFID tag. The conventional low-price tags have limitation of computing power and rewritability of memory. The proposed secure dynamic ID allocation protocol targets to the high-performance RFID tags which have more powerful performance than conventional low-price tag by allocating a dynamic ID to RFID using mutual authentication based on symmetric encryption algorithm. This protocol can be used as a partial solution for ID tracing and forgery.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

하더라도 이전 ID 와 변경된 ID 간의 상관관계를 알 수 없기 때문에 위치 파악이 불가능하다. 따라서, 본 논문에서는 저가형 RFID용 보안 프로토콜보다는 강력하지만 스마트카드의 보안 프로토콜보다는 간단하면서 동 적인 ID 부여와 상호인증이 가능한 프로토콜을 제안한다.
그러나, 이러한 문제는 보다 우수한 계산 능력과 큰 저장 공간을 가지는 고가형/고기능 RFID 태그에 서는 다른 접근 방식으로 해결될 수 있는 문제이다. 따라서, 본 논문에서는 저가형 태그보다는 향후에 더 사용이 활성화될 고기능(Hi응h-Performance) RFID를 대상으로 그에 적합한 동적 ID 할당 프로토콜을 제안한다. 이미 RFID에 상호인증과 대칭형 암호화 알고리듬을 적용하는 연구가 진행되고 있으나, 고기능 RFID보다는 저가형 태 그를 중심으로 하고 있다[4].
RFID의 보안 문제를 해결하기 위해 다양한 프로토콜이 제안되고 있으나, 대부분 저가형 RFID 태그를 대상으로 하고 있다. 본 논문에서는 고기능 RFID를 대상으로 상호인증을 통하여 안전하게 동적인 ID를 부여하는 프로토콜을 제안하였다. 이 프로토콜은 저가형 태그보다는 강력한 보안을 제공하면서, 스마트카드의 상호 인증 방식보다는 간단하고 동시에 ID 부여가 가능한 기능을 목표로 하였다.
위 2장에서 살펴본 다양한 보안 방식은 저가형 태그에 구현하기 위해 계산량과 간단한 구조를 우선적으로 고려하고 있다. 본 장에서 제안하는 보안 프로토콜은 고기능 태그를 위한 것으로 스마트카드보다는 간단하지만 저가형 태그에 비해서는 강력한 보안 성능을 제공하면서 ID를 부여하는 것을 목표로 한다. 이 방식은 리더 측에서 태그에게 ID를 부여할 때 암호화된 ID를 전송하기 때문에 공격자는 태그의 이전 ID 와 부여되는 ID 간의 상관관계를 파악할 수 없어 ID를 이용한 위치 추적이 불가능하다.
본 논문에서는 고기능 RFID를 대상으로 상호인증을 통하여 안전하게 동적인 ID를 부여하는 프로토콜을 제안하였다. 이 프로토콜은 저가형 태그보다는 강력한 보안을 제공하면서, 스마트카드의 상호 인증 방식보다는 간단하고 동시에 ID 부여가 가능한 기능을 목표로 하였다. 또한, 제안 프로토콜이 현재의 국제 규격에 어떻게 활용될 수 있는지 보여주기 위해 ISO 18000 Part 6 Type C 규격에 맞추어 데이터 구조를 구성하였다.

가설 설정

본 단계에서 리더는 충돌방지 알고리듬을 이용하여 태그를 인식한다. 이 과정에서 태그는 자신이 가진 동적 ID를 계속 사용할지, 아니면 새로운 ID를 부여받을지에 대해 결정하고 새로운 ID를 부여받기로 결정하였다면, 다음 절의 프로토콜을 통해 ID를 부여받는다고 가정한다. 따라서, 리더가 태그를 인식하는 과정에서 태그가 자신의 ID를 변경하기를 리더에 요청하게 되면 리더가 새로운 ID를 부여하게 된다.

제안 방법

Feldhofer 등은 그림 3(a)에 나와 있는 것과 같이 대칭형 암호화 알고리듬인 AES를 RFID에 내장하여 리더가 보낸 난수를 태그가. AES로 암호화하여 인증하는 방식을 구현하였다. 또, 이보다 진보된 상호인증 방식도 제 안 하고 있으나 저가의 수동형 태그에 기반하고 있으며, 13.
현재의 자바 카드는 전용 COS(Chip Operating System)를 사용하는 스마트카드보다 처리 속도 면에서 5~ 10배 정도 느리다는 점을 감안해 야할 것이다. GOP의 프로토콜은 단순한 상호인증용이 고, 본 논문에서 제안하고 있는 프로토콜은 인증과 동시에 ID 부여를 목적으로 하고 있어 단순한 1:1 비교는 불 가능하지만, 고기능 RFID 태그와 가장 유사한 제품인 스마트카드를 이용하여 제안 프로토콜을 구현하고 GOP 프로토콜과 비교하였다. 이는 GOP 와 제안 프로토콜 각각의 수행속도에 대한 상대적인 비교를 하기 위한 것으로, 제안 프로토콜이 GOP보다 빠르게 처리됨을 보여준다.
이 프로토콜은 저가형 태그보다는 강력한 보안을 제공하면서, 스마트카드의 상호 인증 방식보다는 간단하고 동시에 ID 부여가 가능한 기능을 목표로 하였다. 또한, 제안 프로토콜이 현재의 국제 규격에 어떻게 활용될 수 있는지 보여주기 위해 ISO 18000 Part 6 Type C 규격에 맞추어 데이터 구조를 구성하였다. 이러한 상호인증 기능을 가지는 고기능 RFID는 향후 명품 브랜드 제품이나 고가 의약품의 관리, 문화재 관리 등과 같은 고가이면서 엄격한 보안과 관리가 필요한 분야에 적용할 수 있으며, 센서를 내장하여 유비쿼터스 환경의 센서 네트웍을 구축하는 근간으로 활용될 수 있다[9].
태그는 자신의 고유 ID(fixed ID) 와 동적 ID를 따로 저장하고 있으며, 모드에 따라 고정 ID를 사용하거나 동적 ID를 사용하게 된다. 본 단계에서 리더는 충돌방지 알고리듬을 이용하여 태그를 인식한다. 이 과정에서 태그는 자신이 가진 동적 ID를 계속 사용할지, 아니면 새로운 ID를 부여받을지에 대해 결정하고 새로운 ID를 부여받기로 결정하였다면, 다음 절의 프로토콜을 통해 ID를 부여받는다고 가정한다.
표 1은 GOP 와 제안 프로토콜을 비교한 것으로, 처리 속도에 있어서도 제안 프로토콜이 약 37% 빠른 것으로 측정되었다. 측정 방법은 JCOP31, JATE 등과 같은 개방형 스마트카드(자바 카드)에 GOP 인증 프로토콜과 제안 프로토콜을 JAVA 애플릿으로 프로그래밍 하여 스마트카드에 다운로드하고, 스마트카드와 리더 간 프로토콜을 실행하여 그 수행 시간을 측정하였다. 이 수행시간은 스마 트카드 전용 자바 플랫폼에서 수행된 결과이기 때문에 전용 마이크로프로세서에 최적화된 어셈블리나 C 언어로 구현하는 경우에는 표에 제시된 수치보다 훨씬 빠른 수행 속도가 나올 것이다.

성능/효과

표 1은 GOP 와 제안 프로토콜을 비교한 것으로, 처리 속도에 있어서도 제안 프로토콜이 약 37% 빠른 것으로 측정되었다. 측정 방법은 JCOP31, JATE 등과 같은 개방형 스마트카드(자바 카드)에 GOP 인증 프로토콜과 제안 프로토콜을 JAVA 애플릿으로 프로그래밍 하여 스마트카드에 다운로드하고, 스마트카드와 리더 간 프로토콜을 실행하여 그 수행 시간을 측정하였다.

후속연구

예를 들어 ID가 EPC(Electrical Product Code) 체계라면, 64비트 의 ID 중 마지막 24비트가 일련번호로 사용된다. 이 일련번호를 백 엔드 서버가 체계적으로 고정 ID 와 동적 ID에 할당하여 관리한다면 여기서 제안하는 프로토콜을 통한 ID 부여가 가능할 것이다. 태그가 고정 ID 와 동적 ID 중 어떤 ID를 사용할지 결정하는 방법과 동적 ID의 갱신 이 어떤 주기나 계기에 의해서 이루어질 것인지는 본 제 안에서 다루지 않기로 한다.
2006년 상반기 확정 예정인 국제규격 ISO 18000 Part 6 Type C가 바로 클래스 I의 Generation 2로, 클래스 II 이상으로 진화하는 것도 머지않으리라 예상된다(그림 1 참조). 하지만, 고기능 RFID 태그는 저가형 RFID 태그를 교체하는 것이 아니라 저가형 RFID 보 다는 좀 더 강력한 보안이 필요한 응용 분야에 사용될 것으로 전망된다. 이러한 고기능 RFID 태그에서는 단순한 수동형 동작뿐 아니라 능동적으로 외부 환경에 따라 동작하는 기능도 가능하기 때문에 이를 고려한 보안 방식이 요구되어진다.

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