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DTLS 기반의 안전한 CoAP 응용을 위한 접근제어 메커니즘
Access Control Mechanism for Secure CoAP Applications Based on DTLS 원문보기

情報保護學會論文誌 = Journal of the Korea Institute of Information Security and Cryptology, v.27 no.6, 2017년, pp.1307 - 1315  

정연성 (단국대학교) ,  박창섭 (단국대학교)

초록
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DTLS의 PSK 모드는 DTLS 핸드쉐이크의 성능 측면에서 가장 효율적이지만 센서 디바이스의 개수가 증가함에 따라 대칭키 쌍을 미리 배포하는 것과 관리하는 것이 용이하지 않다. 반면에 RPK 모드와 인증서 모드는 키 관리가 용이하지만 계산상의 효율성은 매우 떨어진다. 본 논문에서는 자원 제약적인 센서 디바이스에 적합한 인증서인 ECQV를 통한 인증서 모드와 PSK 모드를 사용하여 그룹 환경에서의 종단 간 보안을 달성하기 위한 프로토콜을 제안한다. Initial DTLS 핸드쉐이크는 ECQV 인증서 모드를 사용하고, 이후 동일 그룹에 속한 CoAP 서버와의 Subsequent DTLS 핸드쉐이크는 PSK 모드를 사용하기 때문에 그룹내 CoAP 서버들과의 전체적인 계산 부담을 감소시킬 수 있다. 제안 프로토콜에서는 특정 CoAP 클라이언트가 그룹의 제한된 CoAP 서버에 접근 할 수 있게끔 세밀한 접근제어가 행해진다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

While the PSK mode of the DTLS is the most efficient in terms of the performance, it is not easy to pre-distribute and manage the symmetric key pairs as the number of sensor devices increases. On the other hand, both the RPK and certificate modes offer a convenient key management tool, but they do n...

주제어

#DTLS   #CoAP   #IoT  

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

문제 정의

  • 본 논문에서 제안하는 DTLS 핸드쉐이크의 안전성은 Capability ID를 위조할 수 없다는 사실에 기반을 두고 있다. 공격자(Adversary)가 capIDA와 동일한 Capability List에 접근이 가능한 capIDAdv를 생성하기 위해서는 H(Kx,QA,AuthA)를 통해서 생성이 되어야 한다.
  • 본 논문에서는 CoAP 클라이언트가 미리 할당 된 그룹내의 CoAP 서버들에 접근 할 수 있는 그룹 지향적 종단 간 보안을 고려한다. 본 연구의 핵심적인 내용은 다음과 같다.
  • 본 논문에서는 안전한 CoAP 응용을 위한 DTLS 기반의 그룹 지향적 종단 간 보안 메커니즘을 제안하였다. CoAP 서버와 클라이언트 사이의 종단 간 보안 연결의 과정에서 DTLS 핸드쉐이크에 의한 계산량을 줄이기 위해 “Initial DTLS 핸드쉐이크”를 마치면서 PSK 토큰을 발급하고 “Subsequent DTLS 핸드쉐이크”에서는 PSK 모드를 사용하기 때문에 CoAP 서버 그룹과의 DTLS 핸드쉐이크에 의해 유발되는 계산량을 감소시켰다.

가설 설정

  • CA가 Sx(∈CLA)에 접근한다고 가정하고, 양자 간에는 “Initial DTLS 핸드쉐이크” 프로토콜이 기동된다.
  • (Capability ID)를 발행해 준다. CA는 자체적으로 ECDH 개인키 및 공개키 쌍 (qA,QA = qA.G)을 가지고 있다고 가정한다. CA는 자신의 CLA에 포한된 센서 디바이스와의 “Initial DTLS 핸드쉐이크"를 진행할 때 ECQV 인증서 및 인증된 RPK 모드를 사용한다.
  • 제안된 프로토콜에서는 센서 디바이스와 SP사이에 대칭키(Ki)가 설정된다고 가정하였다. 이 가정의 현실성은 다음과 같이 설명 가능하다.
  • , k)으로 그룹화 되고, 특정 센서 디바이스는 하나의 서브 집합에만 속하게 된다. 특정 서브 집합에 속하는 센서 디바이스들은 동일한 그룹키 GKj를 공유하고 있으며 SP는 LoWPAN 내의 센서 디바이스(St)를 관리하고 센서 디바이스들과의 대칭키(Kt)를 공유하고 있다고 가정한다. 또한 센서 디바이스들은 CoAP 클라이언트와 ECDH 키 교환을 위해 ECQV 인증서를 발급 받게 되는데, SP는 ECQV 인증서를 발행하는 CA의 역할을 수행한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
센서 디바이스와 클라이언트 사이의 비대칭 성능을 고려한 보안 프로토콜이 요구되는 이유는? 따라서 클라이언트와 센서 디바이스 사이에 이음새 없는 보안(Seamless Security)이 적용되지는 않는다. 반면에, WSN이 연동되는 IoT 네트워크 아키텍처 기반의 응용에서는 종단 간(end-toend) 보안이 필수적이다. IPsec 및 TLS는 계산, 메모리 및 전력 면에서 자원 제약적인 센서 디바이스에는 적합하지 않기 때문에 종단 간 보안에는 사용될 수 없다. 따라서 IoT 네트워크 아키텍처 기반의 종단 간 보안을 위해서는 센서 디바이스와 클라이언트 사이의 비대칭 성능을 고려한 보안 프로토콜이 요구된다.
CoAP가 정의하는 것은? DTLS (Datagram TLS) [2]는 종단 간 비대칭 성능에 대한 문제를 보완할 수 있는 IoT 보안을 위한 사실상의 표준이다. CoAP (Constrained Application Protocol) [3]은 DTLS의 보안모드로 PSK(Pre-Shared Key), RPK(Raw Public Key) 및 인증서 모드를 정의 하고 있다. 각 보안모드에는 장단점이 존재한다.
IoT에 대한 보안의 중요성이 높은 이유는? IoT(Internet of Things)의 관심이 증가함에 따라 보급이 확산되고 기반 제품과 서비스가 빠르게 증가되고 있다. 특히 IoT 운영환경이 기존 폐쇄적 환경에서 개방적 환경으로 확장되어짐에 따라 개인 및 조직의 민감한 정보까지 다루게 되어 IoT에 대한 보안의 중요성은 높아지고 있다. 전통적인 WSN(Wireless Sensor Network)에서는 여러 센서 디바이스들을 관리하는 프록시가 존재하고, 프록시가 센서 디바이스의 센싱정보를 수집하면 원격 클라이언트가 프록시에게 정보를 요구하는 방식이기 때문에 직접 센서 디바이스에의 접근은 허용되지 않았다.
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참고문헌 (18)

  1. IEEE std. 802.15.4-2011, Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs), Standard for Information Technology Std. June 2011. 

  2. E. Rescorla and N. Modadugu, "Datagram Transport Layer Security," IETF RFC 6347, Jan. 2012. 

  3. Z. Shelby, K. Hartke, and C. Bormann, "The Constrained Application Protocol (CoAP)," IETF RFC 7252, Jun. 2014. 

  4. D. R. L. Brown, R. Gallant, and S. A. Vanstone, "Provably Secure Implicit Certificate Schemes," Financial Cryptography, LNCS 2339, Springer-Verlag, pp. 156-165, Feb. 2001. 

  5. R. Hummen, J. Ziegeldorf, H. Shafagh, S. Raza, and K. Wehrle, "Towards Viable Certificate-based Authentication for the Internet of Things," in Proc. of the 2nd ACM Workshop on Hot Topics on Wireless Security and Privacy, pp. 37-42, Apr. 2013. 

  6. N. Kang, J. Park, H. Kwon and S. Jung, "ESSE: Efficient Secure Session Establishment for Internet-Integrated Wireless Sensor Networks," International Journal of Distributed Sensor Networks, vol. Jan. 2015, Article ID 393754. 

  7. S. Raza, L. Seitz, D. Sitenkov, and G. Selander, "S3K: Scalable Security With Symmetric Keys-DTLS Key Establishment for the Internet of Things," IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, vol. 13, no. 3, pp. 1270-1280, July. 2016. 

    상세보기 crossref

  8. T. Kothmayr, C. Schmitt, W. Hu, M. Brunig, and G. Carle, "DTLS based Security and Two-way Authentication for the Internet of Things," Ad Hoc Networks, vol. 11, Issue 8, pp. 2710-2723, Nov. 2013. 

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  9. Y. B. Saied, A. Olivereau, D. Zeghlache, and M. Laurent, "Lightweight Collaborative Key Establishment Scheme for the Internet of Things," Computer Networks, vol. 64, pp. 273-295, May. 2014. 

    상세보기 crossref

  10. J. Granjal, E. Monteiro, and J. Sa Silva, "End-to-End Transport-Layer Security for Internet-Integrated Sensing Applications with Mutual and Delegated ECC Public-Key Authentication," in Proc. of IFIP Networking Conference and Workshop, pp. 1-9, New York, U.S.A, May 17-19, 2013. 

  11. S. Raza, H. Shafagh, K. Hewage, R. Hummen, and T. Voigt, "Lithe: Lightweight Secure CoAP for the Internet of Things," IEEE Sensors Journal, vol. 13, no. 10, pp. 3711-3720, Oct. 2013. 

    상세보기

  12. J. Hui and P. Thubert, "Compression Format for IPv6 Datagrams over IEEE 802.15.4-based Networks," IETF RFC 6282, Sep. 2011. 

  13. J. Salowey, H. Zhou, P. Eronen, and H. Tschofenig, "Transport Layer Security (TLS) Session Resumption without Server-Side State," IETF RFC 4507, Jan. 2008. 

  14. P. Wouters, H. Tschofenig, J. Gilmore, S. Weiler, and T. Kivinen, "Using Raw Public Keys in Transport Layer Security (TLS) and Datagram Transport Layer Security (DTLS)," IETF RFC 7250, Jun. 2014. 

  15. Texas Instrument, CC2538 Powerful Wireless Microcontroller System-On-Chip Datasheet, Apr. 2015. 

  16. CETIC 6lbr, https://github.com/cetic/6lbr/wiki 

  17. TinyDTLS, https://projects.eclipse.org/projects /iot.tinydtls 

  18. Certicom Research, "SEC 2: Recommended Elliptic Curve Domain Parameters," Standards for Efficient Cryptography, ver. 2.0, Jan. 27 2010. 

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