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혼돈신호를 이용한 IoT의 MQTT 보안 프로토콜 설계

IoT MQTT Security Protocol Design Using Chaotic Signals

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.11 no.6, 2018년, pp.778 - 783  

임거수 (Department of Electrical Engineering, Pai Chai University)

초록
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정보통신과 산업기술의 급속한 발전으로 인간과 모든 프로그램 그리고 사물들이 인터넷을 통해 연결되는 초연결사회(hyper-connected society)가 구현되고 있다. 초연결사회를 구현하기 위한 정보의 수집은 사물과 사물 그리고 사물과 인간을 연결하는 사물인터넷(IoT: Internet of Thing)이 그 역할을 담당하고 있다. (MQTT: Message Queuing Telemetry Transport)는 이런 사물인터넷의 제약된 통신환경에 최적화되어 개발된 푸시 기술(push technology) 기반의 경량 메시지 전송 프로토콜이다. 초연결사회를 지향하면서 IoT가 담고 있는 정보는 센서의 환경정보에서 이제는 사람의 질병과 건강관리까지 담당하는 광범위한 정보가 되었다. 이런 MQTT에 대한 보안 문제는 환경정보 유출뿐만 아니라 개인의 정보 침해에까지 이르게 되었다. 우리는 이런 MQTT의 보안의 문제점을 해결하기 위해 혼돈계의 초기치 민감성, 유사 난수성을 무결성과 기밀성에 적용하여 새로운 보안 MQTT통신방법을 설계하였다. 우리가 설계한 혼돈계를 이용한 암호화 방법은 구조가 간단하고 계산량이 적기 때문에 IoT와 같은 제한된 통신환경에 적합한 통신방법이라고 생각된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

With the rapid advancement of information and communication technology and industrial technologies, a hyper-connected society is being realized to connect human beings, all programs and things via the Internet. IoT (Internet of Thing), which connects a thing and another thing, and things and human b...

주제어

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문제 정의

  • 본 논문에서 우리는 MQTT 통신 프로토콜에 혼돈계를 적용하기 위해 텐트 맵을 변형한 디지털 혼돈계를 선택하였다. 텐트 맵에서 발생하는 신호는 xn∈(0, 1) 신호이지만 우리가 사용하려는 디지털 혼돈계의 출력 값은 xn∈(0000h, FFFFh)로 발생하기 때문에 사용하기 용이하다[9, 10].
  • MQTT 프로토콜의 경량화에 대한 연구는 현재까지 많이 이루어지고 있지만 보안에 대한 연구는 아직 취약한 상태이다. 우리는 이런 MQTT의 보안을 강화할 목적으로 혼돈계를 선택하고 관련 연구를 진행하였다.
  • 우리는 이와 같은 사물인터넷의 대표 프로토콜인 MQTT를 분석하고 보안에 대한 문제점을 해결하기 위해 새로운 암호화 연구를 진행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
사물인터넷(IoT)이란 무엇인가? 사물인터넷(IoT)은 물리적 정보를 획득할 수 있는 주의의 모든 사물에 센서를 부착하여 획득한 환경정보를 가공하여 편의를 도모하기 위해 구성된 네트워크이다. 그러나 통신 밴드 폭에 의한 통신의 제약성이 있어 이것을 극복하기 위해 개발된 통신 프로토콜이 MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)이다.
혼돈신호를 재생산 가능한 난수라 부르는 이유는 무엇인가? 상미분 방정식 형태의 혼돈계인 Lorenz System, Rossler System, Chua System과 계차 방정식 형태인 Tent map, Logistic map, Henon map, Gauss map 등이 있다. 혼돈계에서 발생하는 신호는 지배 방정식에 주어지는 매개변수와 초기값의 미세한 차이로 인하여 전혀 다른 값을 발생시키는 초기치 민감성과 발생하는 신호를 재생성할 수 있는 특성, 그리고 발생된 신호가 난수와 유사한 특성이 있다. 이런 이유로 혼돈 신호를 재생산 가능한 난수라고 한다.
사물인터넷의 발전으로 인해 이제 어떤 네트워크로 되었는가? 사물과 사물, 사물과 사람을 연결하는 사물인터넷의 등장과 지속적인 발전으로 초연결사회가 현실화되고 있다. 이와 같은 사물인터넷의 발전은 기존의 편의를 도모하기 위한 용도의 센서 정보에서 이제는 사람의 신체정보와 개인정보까지 오가는 복잡한 네트워크로 발전되고 있다. 이와 같은 발전의 반면으로 보안에 대한 문제도 위험성이 부가되기 시작했다.
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