[논문]비밀 분산 및 스테가노그래피를 이용한 개인 키 보관 기법

이재흥

doi:10.7236/jiibc.2017.17.4.35

비밀 분산 및 스테가노그래피를 이용한 개인 키 보관 기법
Private Key Management Scheme Using Secret Sharing and Steganography 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.17 no.4, 2017년, pp.35 - 41

초록
AI-Helper

본 논문은 개인 키 저장을 위해, 개인 키를 (k, n) 비밀 분산 기법을 통하여 n개의 조각으로 나눈 후, 스테가노그래피 기술을 사용하여 각 조각을 서로 다른 사진 파일에 저장하는 기법을 제안한다. 사용자는 전체 n개의 사진 파일 중 k개가 어디에 있는지만 기억하고 있으면 개인 키를 복구할 수 있으며, 시스템에 저장된 수많은 사진 파일들 사이에 적절하게 개인 키 조각들을 숨겨놓으면 공격자는 어디에 개인 키가 저장되어 있는지 찾아내기가 힘들다. 사용자는 n개의 사진 파일 중 k개의 위치만 기억하면 개인 키를 복구 할 수 있기 때문에 사용자 편의성도 높은 편이고, 공격자가 k-1개의 사진 파일을 찾아내더라도 개인 키를 복구하는 것은 불가능하기 때문에 안전성도 보장된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper introduces a new method for storing a private key. This method can be achieved by dividing the private key into "n" pieces by a (k, n) secret sharing method, and then storing each piece into photo files utilizing a steganography method. In this way, a user can restore a private key as long as he can remember the locations of "k" photos among the entire photo files. Attackers, meanwhile, will find it extremely difficult to extract the private key if a user has hidden the pieces of the private key into numerous photo files stored in the system. It also provides a high degree of user convenience, as the user can restore the private key from his memory of k positions among n photo files. Coupled with this, a certain level of security can be guaranteed because the attacker cannot restore a private key, even if he knows k-1 photo file locations.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 절에서는 n개의 조각으로 나누어진 개인 키(D₁, D₂, D₃, ..., D_n)를 스테가노그래피 기술을 사용하여 서로 다른 사진 파일에 저장하는 기법에 대해 설명한다. 다양한 종류의 사진 파일에 개인 키 조각을 넣을 수 있지만 여기서는 인터넷에서 가장 많이 쓰이는 JPEG 파일을 예로 들어 설명하도록 하겠다.

가설 설정

[7] 비트코인 지갑은 개인 키를 생성하는 방식에 따라 비결정적 지갑과 결정적 지갑으로 나뉜다. 비결정적 지갑은 다양한 개인 키들을 무작위적으로 생성하고, 결정적 지갑은 공통 종자에서 일방 해시 함수를 적용하여 개인 키를 얻는다.

제안 방법

[4] 구체적으로 PKCS #5에 정의된 PBKDF1에 해시 함수^{[9, 10]}로 SHA-1을 사용하여 사용자 비밀번호를 키와 초기 벡터로 변환하고, PBES1(Password-Based Encryption Scheme)에 암호 알고리즘으로 SEED를 사용하여 개인 키 정보를 암호화하여 저장한다. 이 때 저장 형식은 PKCS #8을 따른다.
본 논문에서는 개인 키 저장을 위해, 개인 키를 (k, n) 비밀 분산 기법을 통하여 n개의 조각으로 나눈 후, 스테가노그래피 기술을 사용하여 각 조각을 서로 다른 사진 파일에 저장하는 기법을 제안하였다. 사용자는 n개의 사진 파일 중 k개의 위치만 기억하면 개인 키를 복구 할 수 있기 때문에 사용자 편의성도 높은 편이고, 공격자가 k-1개의 사진 파일을 찾아내더라도 개인 키를 복구하는 것은 불가능하기 때문에 안전성도 어느 정도 보장된다.
본 논문에서는 개인 키 저장을 위해, 개인 키를 Shamir의 (k, n) 비밀 분산 기법^[8]을 통하여 n개의 조각으로 나눈 후, 스테가노그래피 기술을 사용하여 각 조각을 서로 다른 사진 파일에 저장하는 기법을 제안한다. 사용자는 전체 n개의 사진 파일 중 k개가 어디에 있는지만 기억하고 있으면 개인 키를 복구할 수 있으며, 시스템에 저장된 수많은 사진 파일들 사이에 적절하게 개인 키 조각들을 숨겨놓으면 공격자는 어디에 개인 키가 저장되어 있는지 찾아내기가 힘들다.
본 장에서는 개인 키 저장을 위해, 개인 키를 (k, n) 비밀 분산 기법을 통하여 n개의 조각으로 나눈 후, 스테가노그래피 기술을 사용하여 각 조각을 서로 다른 사진 파일에 저장하는 기법을 제안한다. 제안 기법은 계산량을 줄이기 위해 (k, n) 비밀 분산 기법을 개인 키 전체에 바로 적용하지 않고, 일정 크기로 나눠서 처리한다.
본 절에서는 개인 키 정보가 들어있는 n개의 사진 파일 중 k개의 사진 파일을 찾아 개인 키 조각을 획득하는 과정을 기술한다.
본 절에서는 개인 키를 (k, n) 비밀 분산 기법을 통하여 n개의 조각으로 나누는 과정을 상세히 기술한다. 앞에서 설명한 바와 같이 계산량을 줄이기 위해 (k, n) 비밀분산 기법을 개인 키 전체에 바로 적용하지 않고, 일정 바이트 단위로 나눠서 처리한다.
암호화 기법의 경우 공격자가 내용은 알 수 없지만, 비밀 메시지가 있다는 사실은 알 수 있는 반면 스테가노그래피 기법은 비밀 메시지의 존재 자체를 숨긴다. 이를 위해 이미 존재하는 다양한 형태의 데이터(예. 사진, 동영상, 문서, 프로그램)에 약간의 변형을 가해 메시지를 삽입한다. 이를 통해 많은 메시지를 넣을 수는 없지만 존재 여부를 숨길 수 있어 많은 관심을 받고 있다.
본 장에서는 개인 키 저장을 위해, 개인 키를 (k, n) 비밀 분산 기법을 통하여 n개의 조각으로 나눈 후, 스테가노그래피 기술을 사용하여 각 조각을 서로 다른 사진 파일에 저장하는 기법을 제안한다. 제안 기법은 계산량을 줄이기 위해 (k, n) 비밀 분산 기법을 개인 키 전체에 바로 적용하지 않고, 일정 크기로 나눠서 처리한다. 표 1은 제안 기법에서 사용하는 변수 및 기호를 나타낸다.

성능/효과

본 논문에서 제안한 기법은 클라우드 환경에 개인 키를 저장하기에도 적합하다. 현재 클라우드에 저장된 파일들 중 상당수가 사진 파일인데, 이 사진들 사이에 개인 키 조각들을 숨겨놓으면 공격자가 클라우드에 저장된 사진 파일들을 다 얻을 수 있다 하더라도 그 안에 개인 키 정보가 있다는 것을 알아채기 힘들며, 알아도 수많은 사진들 중 어디에 있는지 찾기가 쉽지 않다.
제안 기법에서 사용자는 전체 n개의 사진 파일 중 k개가 어디에 있는지만 기억하고 있으면 개인 키를 복구할 수 있으며, 시스템에 저장된 수많은 사진 파일들 사이에 적절하게 개인 키 조각들을 숨겨놓으면 공격자는 어디에 개인 키가 저장되어 있는지 찾아내기가 힘들다. 사용자는 n개의 사진 파일 중 k개의 위치만 기억하면 개인 키를 복구 할 수 있기 때문에 사용자 편의성 및 가용성이 높은 편이고, 공격자가 k-1개의 사진 파일을 찾아내더라도 개인 키를 복구하는 것은 불가능하기 때문에 안전성도 어느 정도 보장된다.

후속연구

앞으로도 본 논문에서 제안한 기법이 사용하고 있는 다양한 매개변수들의 최적 값에 대한 연구를 계속 진행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비트코인에서 개인 키를 안전하게 보관하기 위해 이용하는 것은 무엇인가?	비트코인에서는 개인 키를 안전하게 보관하기 위해 패스프레이즈를 이용해 개인 키를 암호화한다.[6, 7] 이 때 암호 알고리즘으로 AES를 사용하며, Base64Check를 통해 인코딩을 수행한다.
	LSB 삽입의 장점과 단점은 무엇인가?	[11] 이는 각 픽셀을 이루는 값들 중 가장 영향을 조금 미치는 LSB 값을 메시지의 내용에 따라 변경함으로써 기존 파일과 거의 같게 보이면서 메시지의 존재를 숨긴다. 이 방법은 비밀 정보를 손쉽게 삽입할 수 있고, 종류에 따라 많은 내용을 넣을 수도 있지만 이미지 변환에 약하다는 단점이 있다. 이 기법은 직접적으로 각 픽셀에 대한 RGB 값들을 인코딩하는 방식을 사용하는 BMP나 PNG 파일에 바로 적용 가능하다.
	공인인증서에서 개인 키 보관을 위해 가장 많이 사용하는 방법은 무엇인가?	현재 공인인증서에서 개인 키 보관을 위해 가장 많이 사용하는 방법이 PKCS #5에 정의된 사용자 비밀번호 기반 암호화 기법이다.[4] 구체적으로 PKCS #5에 정의된 PBKDF1에 해시 함수[9, 10]로 SHA-1을 사용하여 사용자 비밀번호를 키와 초기 벡터로 변환하고, PBES1(Password-Based Encryption Scheme)에 암호 알고리즘으로 SEED를 사용하여 개인 키 정보를 암호화하여 저장한다.

참고문헌 (16)

D. Cooper, S. Santesson, S. Farrell, S. Boeyen, R. Housley, and W. Polk, Internet X.509 Public Key Infrastructure Certificate and Certificate Revocation List (CRL) Profile, RFC 5280, May (2008). DOI: https://doi.org/10.17487/RFC5280
S. Nakamoto, Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System, http://bitcoin.org/bitcoin.pdf, (2009).
T. Moore and C. Nicolas, Beware the middleman: Empirical analysis of Bitcoin-exchange risk, International Conference on Financial Cryptography and Data Security, Springer Berlin Heidelberg, (2013). DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-39884-1_3

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B. Kaliski, PKCS #5: Password-Based Cryptography Specification Version 2.0, RFC 2898, September (2000). DOI: https://doi.org/10.17487/RFC2898
B. Kaliski, PKCS #8: Private-Key Information Syntax Specification Version 1.2, RFC 5208, May (2008). DOI: https://doi.org/10.17487/RFC5208
Mike Caldwell and Aaron Voisine, Passphrase-protected private key, https://github.com/bitcoin/bips/blob/master/bip-0038.mediawiki.
Andreas M. Antonopoulos, Mastering Bitcoin: Unlocking Digital Cryptocurrencies, O'Reilly Media, Inc., (2014).
Adi Shamir, How to share a secret, Communications of the ACM, Volume 22, Issue 11, Pages 612-613, Nov. (1979). DOI: https://doi.org/10.1145/359168.359176

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Hie-Do Kim, A Study on the Secure Double Pipe Hash Function, The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, Vol. 10, No. 6, pp. 201-208, Dec 2010. DOI: https://doi.org/10.7236/JIIBC.2010.12.201.
Hyung-Kyu Yang, A Fast and Secure Method to Preserve Anonymity in Electronic Voting, The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, Vol. 14, No. 1, pp. 245-251, Feb 2014. DOI: https://doi.org/10.7236/JIIBC.2014.02.245.
Jessica Fridrich, Miroslav Goljan, and Rui Du, Detecting LSB steganography in color, and gray-scale images, IEEE multimedia, Volume 8, Issue 4, Pages 22-28, (2001). DOI: https://doi.org/10.1109/93.959097

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Jessica Fridrich, Tomas Pevny, and Jan Kodovsky, Statistically Undetectable JPEG Steganography: Dead Ends, Challenges, and Opportunities, In Proceedings of the 9th workshop on Multimedia & security (MM&Sec '07), ACM, New York, NY, USA, 3-14, (2007). DOI: https://doi.org/10.1145/1288869.1288872
D. Upham, Jsteg, http://www.securityfocus.com/tools/1434, (1997).
Ralph Norman Haber, How we remember what we see, Scientific American, Volume 222, Issue 5, Pages 103-112, May (1970).
L. Standing, J. Conezio, and R.N. Haber, Perception and memory for pictures: Single-trial learning of 2500 visual stimuli, Psychonomic Science, Volume 19, Issue 2, Pages 73-74, (1970).

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R. Dhamija, A. Perrig, Deja Vu: User study using images for authentication, In Ninth Usenix Security Symposium, (2000).

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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