[논문]금융IC카드에 대한 부채널분석 도구 비교 연구

최찬영; 정재철; 신휴근

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최찬영 (금융결제원 금융정보보호부) , 정재철 (금융결제원 금융정보보호부) , 신휴근 (금융결제원 금융정보보호부)

기존 마그네틱 카드의 보안성을 강화하기 위해 집적회로칩이 부착된 IC카드의 사용이 날로 증가하고 있으나 IC카드에 대한 보안 위협 또한 발생하고 있는 실정이다. 그 중에서도 암호화에 사용된 키를 찾기 위해서 암호 알고리즘의 이론적인 취약점이 아닌 암호화 과정에서 누설되는 수행시간, 소비전력, 전자기 방사 등을 이용하는 물리적 공격 방법인 부채널분석 공격이 대표적인 보안 위협이다. 본 논문에서는 부채널분석 공격 기법을 구현한 국내 외 시험 도구의 차이점 및 시험방법의 유효성을 확인하기 위해, 각 도구별 시험 결과를 전력분석 관점에서 비교 분석해 보았다. 시험 결과, 각 도구별 특징을 파악할 수 있었고, 시험 도구의 동작 방식에 다소 차이가 있으나 모두 동일한 결과를 도출해 낼 수 있었다.

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문제 정의

본 논문에서는 현재 국내·외에서 사용되고 있는 부채널분석 도구들의 시험 방법 및 결과를 비교·분석하여 각 도구 별 특징과 결과의 유효성에 대한 사례 검증을 하고자 한다.
부채널분석에는 전력분석, 전자기분석 및 오류주입 분석 등 여러 세부분야가 있으며 본 논문에서는 전력분석에 국한하여 시험하였다. DES, AES, SEED 등 여러 암호화 알고리즘이 부채널분석이 가능하다고 알려져 있으며 본 논문에서는 그 중 SEED에 국한하여 시험하였다.
부채널분석에는 전력분석, 전자기분석 및 오류주입 분석 등 여러 세부분야가 있으며 본 논문에서는 전력분석에 국한하여 시험하였다. DES, AES, SEED 등 여러 암호화 알고리즘이 부채널분석이 가능하다고 알려져 있으며 본 논문에서는 그 중 SEED에 국한하여 시험하였다.

제안 방법

동 시험은 전력분석(SPA, DPA)을 통해 금융IC카드에 저장된 중요정보(암호화키)의 누출여부를 테스트 하였으며, 동 시험을 위해 사용된 명령어는 표2, 표3과 같다.
본 논문에서는 SEED 알고리즘에 대한 부채널분석을 국내·외 여러 시험도구를 이용해 비교·분석하였다.

이론/모형

본 논문에서 시험한 부채널분석 시험 도구는 아래와 같이 총 3개이다. 첫 번째 도구는 국가보안기술연구소 (NSRI)에서 개발한 SCAP이며, 두 번째 도구는 한국 전자통신연구원(ETRI)에서 개발한 SCARF, 마지막으로 네덜란드 Riscure社에서 개발한 Inspector이다.

성능/효과

따라서 전력분석에 대한 각 도구의 시험성능은 크게 차이가 없음을 본 논문의 시험결과로 알 수 있다.
비교·분석한 결과 도구별 세부적인 시험방법에 차이가 있음에도 불구하고 3개의 시험도구 모두 동일한 결과를 산출하여 국내 도구들과 외산도구와의 성능에 차이가 없음을 알 수 있었다.
다만, 시험시 사용된 시료가 다양하지 않아 다양한 H/W, S/W 및 부채널분석 대응기법에 대한 성능은 검증되지 않았다. 따라서 향후 분석 시료, 암호화 알고리즘, 분석 및 대응기법 등을 다양화하여 성능을 비교한다면 보다 정확한 각 도구별 성능 비교 결과가 도출 될 것으로 예상된다.

후속연구

다만, 상관계수값(Peak값)은 각 도구마다 조금씩 차이가 있었으며, 각 도구별 신호정렬의 정확성과 시험자의 능력과 숙련도에 따라 차이가 발생되었다고 추측되나 보다 많은 반복 시험과 분석이 있어야 정확한 원인을 파악할 수 있을 것이라 생각된다.
다만, 시험시 사용된 시료가 다양하지 않아 다양한 H/W, S/W 및 부채널분석 대응기법에 대한 성능은 검증되지 않았다. 따라서 향후 분석 시료, 암호화 알고리즘, 분석 및 대응기법 등을 다양화하여 성능을 비교한다면 보다 정확한 각 도구별 성능 비교 결과가 도출 될 것으로 예상된다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

부채널분석에는 어떤 분야들이 있는가?

부채널분석에는 전력분석, 전자기분석 및 오류주입 분석 등 여러 세부분야가 있으며 본 논문에서는 전력분석에 국한하여 시험하였다. DES, AES, SEED 등 여러 암호화 알고리즘이 부채널분석이 가능하다고 알려져 있으며 본 논문에서는 그 중 SEED에 국한하여 시험하였다.

본 논문에서 시험한 부채널분석 시험 도구 3개는 무엇인가?

본 논문에서 시험한 부채널분석 시험 도구는 아래와 같이 총 3개이다. 첫 번째 도구는 국가보안기술연구소 (NSRI)에서 개발한 SCAP이며, 두 번째 도구는 한국 전자통신연구원(ETRI)에서 개발한 SCARF, 마지막으로 네덜란드 Riscure社에서 개발한 Inspector이다.

부채널분석 중 전력분석이란 무엇인가?

부채널분석 중 전력분석은 하드웨어로 구현된 암호 모듈의 동작 과정에서 누설된 전력 소비 신호의 통계적인 특성을 분석하여 비밀키를 알아내는 공격 방법으로, 1999년 Kocher의 연구〔2〕가 시초라 여겨지고 있다. Kocher의 연구 이후 여러 연구들이 부채널분석의 이론적 보완을 시도하였다.

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