[논문]무선센서네트워크 환경에서 서명 기반 브로드캐스트 인증

구우권; 이화성; 김용호; 황정연; 이동훈

doi:10.13089/jkiisc.2007.17.1.139

무선센서네트워크 환경에서 서명 기반 브로드캐스트 인증
Signature-based Broadcast Authentication for Wireless Sensor Networks 원문보기

情報保護學會論文誌 = Journal of the Korea Institute of Information Security and Cryptology, v.17 no.1, 2007년, pp.139 - 144

구우권 (고려대학교 정보경영공학전문대학원) , 이화성 (고려대학교 정보경영공학전문대학원) , 김용호 (고려대학교 정보경영공학전문대학원) , 황정연 (고려대학교 정보경영공학전문대학원) , 이동훈 (고려대학교 정보경영공학전문대학원)

초록
AI-Helper

무선센서네트워크 환경에서 브로드캐스트 인증은 필수적 인 보안 요소이다. 대표적인 브로드캐스트 인증 방식은 키 체인을 사용한 ${\mu}-TESLA$ 이다. 하지만 이 기법은 인증 시간의 지연이 불가피함으로 실시간 처리가 중요한 무선센서네트워크 환경에서 적합하지 않다. 따라서 본 논문에서는 인증 시간의 지연이 없을 뿐 아니라 re-keying문제가 없는 효율적인 브로드캐스트 인증 기법을 제안하고 이에 대한 안정성 및 효율성을 분석한다. 이 기법은 무선센서네트워크 환경에 실질적 적용이 가능하고 장기적인 네트워크를 구성할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

A broadcast authentication is important and fundamental consideration for security in wireless sensor networks. Perigg et al suggests ${\mu}-TESLA$ used a key chain. But it is unavoidable the delay of time to authenticate packets. so it is hard to meet the property that most application of sensor are performed in real-time. To cope with these problems we propose an efficient broadcast authentication scheme which has no delay of time and provides re-keying mechanism. we also describe an analysis of security and efficiency for this scheme.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

따라서 본 논문은 아래의 요구사항을 만족하는 효율적인 브로드캐스트 인증 방법을 제안하고 그에 대한 안전성과 효율성을 면밀히 분석한다.
본 논문에서는 Bloom filter를 사용하여 HORS의 문제점인 공개키의 크기를 줄이고 EBAS의 문제점인 추가적인 인증 패스의 전송과 저장을 없앤 무선센서 네트워크 환경에 적합한 브로드 캐스트 인증 스킴을 제안하였고 안전성과 효율성을 분석하였다. 제시된 인증 기법은 즉각적인 인증을 통해 인증 지연을 미연에 방지할 뿐 아니라 통신량, 저장량과 계산량 또한 효율적으로 개선하였다.
본 논문에서는 기존의 두 스킴에 대한 문제점들을 보완하는 개선된 스킴을 제안한다. 제안하는 스킴은 Bloom Filter"를 사용하여 HORS 의 문제점인 공개키의 크기를 줄이고 EBAS의 문제점인 서명을 검증하기 위한 추가적인 인증 패스의 전송과 저장을 없앤다.

제안 방법

개선된 스킴을 제안한다. 제안하는 스킴은 Bloom Filter"를 사용하여 HORS 의 문제점인 공개키의 크기를 줄이고 EBAS의 문제점인 서명을 검증하기 위한 추가적인 인증 패스의 전송과 저장을 없앤다. (1) 키 생성
EBAS는 HORS 의 각 노드들이 저장해야 할 공개 키의 크기가 너무 크다는 문제점을 머클해쉬트리(Merkle Hash Tree)(2) 를 사용하여 보완한 브로드캐스트 인증 기법을 제안했다. 따라서 EBAS는 서명 검증을 위해 추가적인 인증패스(Authentication path)를 필요로 한다.
기존의 스킴과 효율성을 비교, 분석하기 위해 HORS, EBAS와 제안하는 스킴에서 제시한 파라미터 값을 비교하였다 〔표 2].
세 스킴 모두 각 센서 노드들은 수신자 입장이 되기 때문에 통신량 분석에서는 노드들의 패킷 수신량만을 비교한다. HORS에서 노드들은 베이스 스테이션으로부터의 공개키와 메시지와 그에 따른 서명을 수신해야 한다.
따라서 EBAS에서는 저장량과 계산량과의 Trade-Off가 발생한다. 제안하는 스킴은 2번의 해쉬함수와 52번의 Bloom Filter에 대응시키는 해쉬 함수의 계산량을 필요로 한다. 기존의 스킴보다 검증 오버헤드는 증가 했지만 해쉬함수 연산은 센서 노드에 게 큰 부담이 되지 않을뿐더러 센서 노드의 총 자원의 소비 중에 통신량에 드는 자원 소비가 97%가 차지한다는 점에서 계산량의 증가보다는 통신량의 감소에 비중 을두어야한다.
제안하는 스킴은 공개키의 크기를 줄이기 위해 Bloom Filter를 사용하므로 False Positive가 일어날 수 있다. 즉 올바르지 않은 Si에 대해서 Hj(Sh, )가 Bloom Filter값에 정당하게 마킹 (Marking) 될 수 있다.

성능/효과

제안하는 스킴은 2번의 해쉬함수와 52번의 Bloom Filter에 대응시키는 해쉬 함수의 계산량을 필요로 한다. 기존의 스킴보다 검증 오버헤드는 증가 했지만 해쉬함수 연산은 센서 노드에 게 큰 부담이 되지 않을뿐더러 센서 노드의 총 자원의 소비 중에 통신량에 드는 자원 소비가 97%가 차지한다는 점에서 계산량의 증가보다는 통신량의 감소에 비중 을두어야한다. 〔표 3〕.
즉 올바르지 않은 Si에 대해서 Hj(Sh, )가 Bloom Filter값에 정당하게 마킹 (Marking) 될 수 있다. 따라서 False Positive가 발생할 확률은 제안하는 스킴의 안전성에 영향을 준다. False Positive/} 발생할 확률은 다음과 같다.
안전성과 효율성을 분석하였다. 제시된 인증 기법은 즉각적인 인증을 통해 인증 지연을 미연에 방지할 뿐 아니라 통신량, 저장량과 계산량 또한 효율적으로 개선하였다.

참고문헌 (5)

B. Bloom, 'Space/time trade-offs in hash coding with allowable errors' Commun. ACM, vol. 13, no. 7, pp. 422-426, 1970

상세보기
R. Merkle, 'Protocols for public key cryptosystems,' in Proceedings of the IEEE Symposium on Research in Security and Privacy, Apr 1980
A. Perrig, R. Szewczyk, V. Wen, D. Culler and J. Tygar. 'SPINS: Security protocols for sensor networks,' Wireless Networks.2002
L. Reyzin and N. Reyzin, 'Better than BiBa: Short onetime signatures with fast signing and verifying,' In Seventh Australasian Conference on Information Security and Privacy (ACISP 2002), July 2002
Shang-Ming, Chang Shiuhpyng Shieh, Warren W. Lin, and Chih-Ming Hsieh, 'An Efficient Broadcast Authentication Scheme in Wireless Sensor Networks,' In Proceedings of the 2006 ACM Symposium on Information, computer and communications security. 2006

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