[논문]홈 네트워크 서비스를 위한 인증시스템 구현에 관한 연구

이기영

doi:10.6109/jkiice.2009.13.6.1091

홈 네트워크 서비스를 위한 인증시스템 구현에 관한 연구
A Study on Implementation of Authentication System for Home Networking Service 원문보기

한국해양정보통신학회논문지 = The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, v.13 no.6, 2009년, pp.1091 - 1098

이기영 (인천대학교 정보통신공학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 홈 네트워킹 서비스를 위한 인증 시스템을 설계하고 이것을 실제 센서 노드에 적용하였다. 무선 센서 네트워크의 키 관리 기법인 대칭키 사전 분배방식과 계층적인 키 구조를 적용하여 인증키의 노출을 방지하였다. 또한 SPINS를 기반으로 CBC(cipher block chain) 방식의 RC5 암호화 알고리즘을 적용하여 인증키 및 데이터의 암호화를 수행하였다. 베이스 스테이션(BS)과 센서 노드로 실험 환경을 구축하였고, 각 센서 노드들은 수신된 데이터를 암호화된 인증키와 함께 BS로 전송하게 된다. 실험은 홈 네트워크 서비스에서 발생할 수 있는 보안 위협에 대한 시나리오를 설정하여 진행하였다. 이를 위해 TinyOS의 TOS_Msg 데이터 구조를 약간 변경하여 인증을 위한 8바이트의 인증키를 저장하고 각 센서 노드의 인증 및 데이터의 암호화를 가능하게 하였다. 이를 통해 다른 그룹의 센서노드와 BS 사이의 통신 및 악의적인 목적으로 추가된 센서 노드와의 통선으로 인한 오동작을 막을 수 있었고 생체신호와 같은 중요한 데이터를 전송하는 경우 암호화를 통한 안전한 홈 네트워킹 서비스가 가능함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we designed the authentication system for home network service and applied it to actual sensor nodes. The pair-wise pre-distribution key skim is applied for prevention of authentication key from sniffing on the wireless sensor networks. The authentication key and data are encrypted by using the CBC mode RC5 algorithm based on the SPINS. The experimental environment consists of a base station (BS)and sensor nodes and each sensor node sends both sensing data and the encrypted authentication key to the BS. For simulations we set up some what-if scenarios of security menaces in home network service.Slightly modified the TOS_Msg data arrays of TinyOS is suggested to store 8-byte authentication key which can enable data encryption and authentication at the each sensor node. As a result, malfunction caused by communication between BS and nodes of other groups of added nodes having malicious purpose can be protected. Also, we confirmed that a critical data of home networking service like vital signal can be transmitted securely through this system by encryption technique.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

그리고 데이터 기밀성 및 인증을 제공하는 SPINS(Security Protocols Sensor Networks) 의 SNEP (Secure Network Encryption Protocol) 프로토콜과 안전 한 키 관리 기 법에 대해 연구하였다. 또한 홈 네트워크 미들웨어인 Jini의 구조를 기반으로, 위의 알고리즘이 적용 가능한 보안 시스템을 설계 및 구현하였다.
본 논문은 기존의 홈 네트워크 미 들웨 어 의 구조를 바탕으로 불법적 인 접근을 통한 주요한 자원에 대한 공격이나 데이터의 유출 가능성 및 디바이스의 오작동에 대한 대책으로 인증 시스템을 구현해 보았다.

제안 방법

Eschemauer와 Gligor는 각각의 센서 노드가 큰 키 풀로부터 랜덤하게 m개의 키를 선택하는 랜덤 키 사전-분배 방식을 제안하였다. 두 이웃 노드가 적어도 하나의 공동키를 공유하고 있을 경우에 만 안전한 통신 확립이 가능하다[2].
비밀 키는 공유키로 암호화되어 전송되기 때문에 공격 자에 게 노출되 더 라도 기 밀성 을 유지 할 수 있다. RC5 알고리즘을 이용, 비밀 키를 암호화하여 센서 노드와 베이스 스테이션간의 인증 과정을 수행하였다. 이때 인증과정을 통과하지 못하게 되면 데이터는 바로 폐기된다.
TinyOS에서 센서 노드와 BS 사이의 통신에서 사용되는TOS_Msg 구조를 변형하였다.
복호화 할 수 있게 된다. 그래서 SNePe 카운터 모드 (CTR)를 적용하여 데이터의 기밀성을보장한다.
이를 수정하여 비밀 키를 할당하였다. 또한 RC₅ 알고리즘을 적용, 공유키를 이용하여 BS과 각 센서노드가 공유하는 비밀 키를 암호화하고, 안전한 통신을 위하여 전송되는 데이터를 암호화 하였다.
이러한 계층적인 키 구조는 U-City와 같은 서 비 스 환경 에 도 적용 가능할 것이다. 또한 센서 네트워크 보안 메커니즘인 SPINS의 SNEP를 이용하여 비 밀 키 및 수집 된 데 이 터 를 암호화함으로써 낮은 오버헤드와 적은 연산량을 통해 안전한 통신이 가능하도록 하였다.
그리고 데이터 기밀성 및 인증을 제공하는 SPINS(Security Protocols Sensor Networks) 의 SNEP (Secure Network Encryption Protocol) 프로토콜과 안전 한 키 관리 기 법에 대해 연구하였다. 또한 홈 네트워크 미들웨어인 Jini의 구조를 기반으로, 위의 알고리즘이 적용 가능한 보안 시스템을 설계 및 구현하였다.
본 논문에서는 인증 구현 방법으로 공유키를 각 센서 노드에 사전분배 함으로써 공유키의 노출을 방지하였고, TOS_Msg를 변경하여 인증에 필요한 비밀 키를 각 센서 노드에 저 장하였다. 제안하는 TOS_Msg는 29바이트의 데이터 배열에 8바이트의 비밀 키를 저장함으로써 인증에 필요한 공유키와 비밀 키를 센서 노드에서 사용 가능하게 된다.
본 연구에서는 무선 센서 네트워크를 활용한 홈 네트워크 서 비스에서 의 보안 위 협사항 및 요구사항을 분석하였다. 그리고 데이터 기밀성 및 인증을 제공하는 SPINS(Security Protocols Sensor Networks) 의 SNEP (Secure Network Encryption Protocol) 프로토콜과 안전 한 키 관리 기 법에 대해 연구하였다.
안전한 키 관리를 위해 사전 키 분배 방식을 적용하여키 노출을 방지하고 개인 키, 그룹 키, 클러스터 키와 같이 계층적인 키 구조를 적용하였다. 이러한 계층적인 키 구조는 U-City와 같은 서 비 스 환경 에 도 적용 가능할 것이다.
공간을 제공한다. 이를 수정하여 비밀 키를 할당하였다. 또한 RC₅ 알고리즘을 적용, 공유키를 이용하여 BS과 각 센서노드가 공유하는 비밀 키를 암호화하고, 안전한 통신을 위하여 전송되는 데이터를 암호화 하였다.

이론/모형

공격자의 공격 유형 중 위 장(masquerade), 내용 수정, 순서 수정, 메시지의 지연과 재전송 등의 공격에 대처하기 위한 방법으로 인증이 사용된다. SNEPe 올바른 송신자가 데이 터를 전송하였는지 검증하기 위해서 메시지 인증 코드 MAC(Message Authentication Code)를 사용한다[7].

후속연구

특히 홈 네트워크를 구성 하는 센서 노드 및 정보 가전기기들은 상대적으로 컴퓨팅 능력이 낮아 강력한 보안 기능의 탑재가 어 려우므로 사이버공격에 이용되거나 목표가 될 가능성이 더욱 높다. 게다가 향후 홈네트워크 서비스에서는 헬스-캐어 서비스, 실버타운과 같이 생명과 직결된 생체 신호들과 홈-타운 전체의 안전에 영향을 주는 신호들의 사용이 증가할 것으로 예상된다. 더욱이 생체정보를 이용한 사용자 확인으로 사용자에게 최적의 자동화된 홈서비스가 제공될 것이므로 주요 생체정보에 대한 노출이나 위변조를 통한 공격으로 인해 개인의 생명까지 위협 받을 수 있게 된다.
개선하여야 할 것이다. 또한 멀티 홉 기반의 네트워크에 대한 암호화 알고리즘의 구현에 대한 연구도 진행 되어야 할 것이다.
센서 네트워크의 보안 요구사항으로는 데이터 기밀성, 데이터 인증, 데이터 무결성 등이 고려되어야 하며, 각 네트워크 환경에 맞는 키 관리 기법, 그룹 기반 키 관리, 대칭키 관리, 보안을 위한 센서 네트워크 구조 등이 함께 연구되어야 할사항이다. 이 중 홈 네트워크 환경에서는 키 관리 기법과 데이터 기밀성 및 인증이 가장 중요한 보안 요소라 할 수 있다.
계층적인 키 구조를 적용하였다. 이러한 계층적인 키 구조는 U-City와 같은 서 비 스 환경 에 도 적용 가능할 것이다. 또한 센서 네트워크 보안 메커니즘인 SPINS의 SNEP를 이용하여 비 밀 키 및 수집 된 데 이 터 를 암호화함으로써 낮은 오버헤드와 적은 연산량을 통해 안전한 통신이 가능하도록 하였다.
인증 과정을 통하여 안전성 이 확보됨으로서 홈서 비스에 따라 개인의 경제 손실 뿐 아니라 개인정보의 도용으로 인해 생명 까지도 위 협 받을 수 있는 상황을 방지 할 수 있을 것으로 기대되어 홈서비스 활성화에 도움이 될 것으로 예상된다.
향후 과제로는 홈 네트워크와 홈 네트워크를 연결하는 클러스터 단위의 네트워크에서의 인증 방법을 적용해보고 연산량, 배터리 등을 측정하여 효율적인 알고리즘으로 개선하여야 할 것이다. 또한 멀티 홉 기반의 네트워크에 대한 암호화 알고리즘의 구현에 대한 연구도 진행 되어야 할 것이다.
게다가 홈 네트워크는 개인의 사생 활을 보장해 야 하는 환경 이 기 에 보안성 이 더욱 심 각한 문제가 될 수 있다. 향후 헬스 케어 서 비스와 같이 개인의 생명과직 결된홈서비스가활성화 될것 이므로 재산뿐만 아니라 생명 까지 위 험 에 처하는 경우가 늘어 나게 될 것이다.

참고문헌 (9)

한종욱 외 2인, '홈네트워크 보안 기술 동향', 한국통신학회지 제23권 9호, pp.113-124, 2006년
L. Eschenauser and V. Gligor, 'A Key Management Scheme for Distributed Sensor Networks', Proc. 9th ACM Conf. on Computer and Communication Security, pp.41-47, Nov. 2002
H. Chan, A. Perring and D. Song, 'Random Key Distribution Schemes for Sensor Networks', Proc. IEEE Symposium on Security and Privacy, pp.197-213, May 2003
W.Du, et al, 'A Pairwise Key Predistribution scheme for Wireless Sensor Network', Proc. 10th ACM Conf. on Computer and Communication Security, pp.42-51, Aug. 2003
S. Zhu et al, 'LEAP: Efficient Security Mechanism for Large-Scale Distributed Sensor Networks', 10th ACM Conference on Com. & Comm. Security, pp. 62-72, 2003
Adrian Perrig et al, 'SPINS : Security Protocols for Sensor Networks', Wireless Networks Journal, 8:521-534, 2002

상세보기
William Stallings, 'Cryptography and Network Security', Pearson, Education, 2003
R.L. Rivest, The RC5 encryption algorithm, in : Workshop on Fast Software Encryption. pp.86-96, 1995
백선욱, 'Jini 규격에 기반한 댁내 네트워크 시스템의 설계 및 구현', 산업과학연구 제10호, 2000년

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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