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[국내논문] LR-WPAN에서 사전인증기법을 이용한 기기 인증 프로토콜
Device Authentication Protocol for LR-WPAN using Pre-Authentication Mechanism 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. TC, 통신, v.47 no.4=no.394, 2010년, pp.63 - 72  

이성형 (아주대학교 대학원 전자공학과) ,  김재현 (아주대학교 전자공학부)

초록
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본 논문에서는 LR-WPAN을 위한 새로운 인증 프로토콜을 제안한다. 제안하는 프로토콜에서는 계층 구조를 이용한 인증을 수행하여 인증의 안전성 및 신뢰성을 확보한다. 또한 계층 구조에서 나타나는 효율성 감소 및 denial of service(DoS) 공격에 대한 취약점을 해결하기 위하여 정보 교환 횟수를 줄여 적합한 사용자 및 적합하지 않은 사용자를 인증할 때의 효율성을 제공하고 Local Authentication Key를 이용하여 트러스트 센터(trust center)와 참여자 기기 및 부모 노드와 참여자 기기 사이의 신뢰 관계를 확인한다. 제안하는 프로토콜의 성능 평가를 위하여 security 분석을 통해 안전성을 평가하며 GNY 분석을 통해 프로토콜의 신뢰성을 평가한다. 또한 DoS 공격 발생 시 네트워크에 참여중인 기기의 메시지 전송 횟수를 분석하여 DoS 공격에 대한 프로토콜의 안전성을 평가한다. 마지막으로 현재 LR-WPAN을 위한 표준인 ZigBee의 인증 프로토콜과 제안한 프로토콜을 LR-WPAN 기기에 구현하여 인증과정에 필요한 시간을 측정하고, 측정된 시간을 바탕으로 각 홉 수 별로 인증 완료 시간을 분석한다. 이 과정을 통하여 제안한 프로토콜이 기존의 인증 프로토콜보다 보안성이 강화되며 인증 완료시간을 홉 수에 따라 최대 30% 줄임을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a new authentication protocol for the LR-WPAN. In order to guarantee the reliability and safety of a protocol, this protocol uses the hierarchical authentication approach. In addition, in order to reduce the impact of the denial of service attack, the proposed protocol performs t...

Keyword

#Authentication   #LR-WPAN   #SKKE   #Security  

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

문제 정의

  • 본 논문에서는 LR-WPAN에서 트러스트 센터를 이용하여 인증의 신뢰성 및 안전성을 확보하는 한편 트러스트 센터를 이용하는 인증 프로토콜에서 발생할 수 있는 문제점들을 해결한 새로운 인증 프로토콜을 제안한다. 제안하는 인증 프로토콜은 새로운 기기가 네트워크에 참여할 때 트러스트 센터와 바로 인증을 수행하지 않고 부모 노드와 1차적으로 인증을 수행한 후 1차 인증이 성공하였을 때 트러스트 센터와의 인증을 수행한다.
  • 본 논문에서는 ZigBee 인증 프로토콜에서 발생하는 문제점을 해결하고 인증 과정에 필요한 시간을 줄이기 위하여 새로운 인증 프로토콜을 제안한다. 제안하는 프로토콜은 ZigBee에서 사용하는 키인 마스터키, 링크키, 네트워크키를 사용한다고 가정한다.
  • 이 절에서는 인증 프로토콜을 이용한 DoS 공격이 발생하였을 때 공격이 네트워크에 미치는 영향에 대해 알아본다. 인증 프로토콜을 이용한 DoS 공격이 발생하였을 경우에 각 기기는 인증 프로토콜에 필요한 정보 교환을 위해 메시지를 전송하게 되지만 이때 전송하는 메시지는 네트워크에 불필요한 메시지 전송이다.
  • 본 절에서는 암호화 프로토콜의 수행을 이해하기 위한 체계적인 방법인 GNY 논리"」를 이용하여 프로토콜의 신뢰성을 살펴본다. GNY 논리에서 사용하는 기호 및 규칙에 대한 설명은 [6]을 참고하기 바란다.
  • 이 프로토콜의 목적은 각 기기가 마스터키, LAK를서로 공유하고 상대방이 그 키를 갖고 있다는 것을 믿는 것이며 마스터키와 LAK가 두 기기 사이에 공유되었다는 상대방의 믿음을 아는 것이다. 아래는 이러한 분석 목적을 GNY 논리로 표현한 것이다.
  • 신뢰성이 있음을 증명할 수 있다. 본 증명에서는 부모 노드가 참여자 기기가 LAK를 갖고 있음을 신뢰하고 LAK가 두 기기 사이의 공유된 비밀임을 신뢰하는 과정에 대해서만 보이겠다. 참여자 기기가 트러스트 센터를 믿는 것과 트러스트 센터 및 부모 노드가 참여자 기기를 믿는 것에 대한 확인은 위 과정과 같은 방법을 적용하면 알 수 있다.
  • 본 논문에서는 기존의 LR-WPAN을 위한 인증 프로토콜에서 발생 가능한 문제점들을 해결하기 위하여 LR-WPAN에서 효과적으로 인증을 수행하는 새로운 인증 프로토콜을 제안하고 여러가지 성능 분석을 수행하여 제안한 프로토콜의 안전성, 신뢰성 및 효율성을 확인하였다. 제안하는 인증 프로토콜은 부모 노드와 참여자 기기가 먼저 인증을 수행하여 기존 인증 프로토콜에서 인증과정을 이용하는 DoS 공격 발생 시 트러스트센터까지 필요 없는 트래픽을 전달하지 않기 때문에 DoS 공격에 대응한다.

가설 설정

  • 새로운 인증 프로토콜을 제안한다. 제안하는 프로토콜은 ZigBee에서 사용하는 키인 마스터키, 링크키, 네트워크키를 사용한다고 가정한다. 또한 트러스트 센터와 참여자 기기 사이에는 동일한 마스터키가 미리 분배되어 있으며 트러스트 센터와 부모 노드는 네트워크키 및 둘 사이의 링크키를 알고 있다고 가정한다.
  • 제안하는 프로토콜은 ZigBee에서 사용하는 키인 마스터키, 링크키, 네트워크키를 사용한다고 가정한다. 또한 트러스트 센터와 참여자 기기 사이에는 동일한 마스터키가 미리 분배되어 있으며 트러스트 센터와 부모 노드는 네트워크키 및 둘 사이의 링크키를 알고 있다고 가정한다. 추가적으로 제안하는 인증 프로토콜에서는 ZigBee 인증 프로토콜의 문제점을 해결하기 위하여 부모 노드와 참여자 기기 사이에 Local Authentication Key(LAK)가 미리 분배되어 있다고 가정한다.
  • 또한 트러스트 센터와 참여자 기기 사이에는 동일한 마스터키가 미리 분배되어 있으며 트러스트 센터와 부모 노드는 네트워크키 및 둘 사이의 링크키를 알고 있다고 가정한다. 추가적으로 제안하는 인증 프로토콜에서는 ZigBee 인증 프로토콜의 문제점을 해결하기 위하여 부모 노드와 참여자 기기 사이에 Local Authentication Key(LAK)가 미리 분배되어 있다고 가정한다.
  • ② 모든 라우터와 모든 참여자 기기는 동일한 LAK 를 가지고 있다.
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참고문헌 (7)

  1. IEEE computer Society, "IEEE Std. 802.15.4-2003: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification for Low Rate Wireless Personal Area Networks," October 2003. 

  2. ZigBee Alliance, "ZigBee Specification: ZigBee Document 053474r17," October 19, 2007. 

  3. 서대열, 김진철, 김경목, 오영환, "ZigBee 센서네트워크에서 효율적인 Parent ？ Child 키 연결 알고리즘," 전자공학회논문지, 제 43권 TC편, 제 10호, 45-55쪽, 2006년 10월 

  4. S. A. Camtepe, B. Yener, "Key Distribution Mechanisms for Wireless Sensor Networks: a Survey", Technical Report, Rensselaer Polytechnic Institute, March 2005. 

  5. 이규환, 이주아, 김재현,"무선 메쉬 네트워크의 패스워드 기반 인증 프로토콜,"전자공학회논문지, 제 44권 TC편, 제 5호, 54-62쪽, 2007년 5월 

    원문보기 상세보기

  6. L. Gong, R. Needham, and R. Yahalom, "Reasoning about Belief in Cryptographic Protocols," in Proc. IEEE Symposium on Research in Security and Privacy, pp. 234-248, Oakland, CA, May 1990. 

  7. ZigBee Alliance, "ZigBee Specification: ZigBee Document 053474r16," May 31, 2007. 

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