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초록
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컴퓨터에서 실행되는 다양한 응용들은 네트워크를 통해 패킷 형태로 정보를 전달하며 대부분의 패킷들은 TCP/IP 또는 UDP/IP 프로토콜을 따른다. 기업 및 기관의 네트워크 관리 담당자는 네트워크 트래픽 측정 및 감시, 네트워크 보안 등을 위해서 네트워크를 통해 전달되는 패킷들을 지속적으로 관리할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 실제 전달되는 데이터를 면밀히 조사하는 DPI(Deep Packet Inspection)에서 페이로드의 특정 패턴을 검색하는 패킷 페이로드 분석 알고리즘들의 성능 분석하는 것을 목적으로 하고 있다. 페이로드를 조사하는 가장 기본적인 과정은 특정 패턴을 페이로드에서 신속하게 검색하는 것이다. 본 논문에서는 페이로드에 특정 패턴이 존재하는 경우, 그 패턴을 검출할 수 있는 여러 알고리즘들을 소개하고, 세 가지 관점에서 수학적으로 성능을 분석하고, 응용프로그램의 목적에 적합한 적용 방안을 제시한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Various applications running in computers exchange information in the form of packets through the network. Most packets are formatted into UDP/IP or TCP/IP standard. Network management administrators of enterprises and organizations should be able to monitor and manage packets transmitted over the n...

주제어

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

문제 정의

  • 첫 번째로 네트워크로 유입되는 패킷들을 실시간으로 분석하는 형태이고, 두 번째로는 일정 기간 동안 패킷을 저장하고 있다가 특정 이벤트가 발생하는 경우 수집된 패킷을 대상으로 분석하는 형태이다. 3.1.~3.3.의 성능 분석결과를 토대로 2가지의 DPI 요구사항에 따라 어떤 분석 방식을 도입할지 제안한다.
  • 평균패턴검출시간에서와 마찬가지로 특정 패턴의 한 번 비교 횟수를 1로 하고, 플로우의 처음부터 끝까지 특정 패턴을 비교하는 총횟수로 분석한다. 그리고 이를 바탕으로 시스템 환경 또는 요구사항에 따라 어떠한 패킷 페이로드 기반 분석 알고리즘이 적용되어야 하는지에 대해 제안한다.
  • 본 논문에서는 알고리즘들의 성능을 세 가지 관점에서 수학적으로 분석한다. 첫 번째는 ‘패턴검출확률’이다.
  • 본 논문에서는 페이로드에 특정 패턴이 존재하는 경우, 그 패턴을 검출하는 4가지 패킷 페이로드 기반 분석 방식에 대해서 자세히 설명하고, 세 가지 관점에서 성능을 수학적으로 분석하였다. 그리고 그 분석 결과를 바탕으로 DPI 시스템의 요구사항에 적합한 적용 방안을 제시하였다.

가설 설정

  • 조각화나 세분화의 상황이 존재할 때, 특정 패턴을 검색하는 것에 초점을 맞추고 있다. 본 논문에서는 TCAM (Tenary Contents Addressable Memory)[8], GPU(Graphics Processing Unit) 등을 하드웨어 활용하거나 효과적인 FSM(Finite State Machine)을 적용하여 소프트웨어적으로 패턴 매칭 속도를 높이는 것을 배제한 가장 기본적인 슬라이딩 윈도우 패턴 매칭 기법을 가정한다.
  • 특정 패턴은 플로우에 골고루 분산되어 있다고 가정한다. 평균값을 구하기 위해서 그림 1의 byte index i (i=0, .
  • 특정 패턴을 한 번 비교하는 횟수를 1로 하고, 각 알고리즘이 플로우를 조사하면서 특정 패턴을 검출하는데 까지 패턴을 비교하는 총 횟수를 분석한다. 특정 패턴은 플로우에 정해져 있는 위치에 존재하지 않고 골고루 분산되어 있다고 가정하여 패턴검출시간의 평균값을 계산한다. 세 번째는 ‘패킷검색완료시간’이다.
  • 패킷-1 분석 방식의 패턴검출확률을 수치로 계산하기 위해서 LP는 10바이트로 가정하고, 패킷의 개수 NPK 를 10~1020개로 변경했을 때 대부분 0.99 이상이다. 다른 분석 방식처럼 100% 검출은 못하지만 상당히 높은 확률로 특정 패턴을 검출할 수 있다.
  • 각 패킷은 헤더와 페이로드로 이루어져 있으며, 패킷 페이로드 기반 분석 방법에서는 헤더를 제거하고 페이로드만 분석한다. 패킷의 페이로드의 최대 길이는 NPK 바이트이며, 플로우를 구성하는 모든 패킷들은 NPK 바이트의 페이로드를 포함하고 있다고 가정한다. 첫 번째 패킷(1st packet) 페이로드의 첫 번째 바이트를 ‘0’으로 하고, 각 바이트마다 1만큼 증가시키면서 인덱스를 부여한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
패킷은 무엇으로 구성되어있는가? 서로 다른 컴퓨터에 실행하고 있는 응용 프로그램들이 데이터를 교환할 때는, 전체 데이터를 한꺼번에 보내지 않고 일정한 크기로 분할해서 전송한다. 일정한 크기의 데이터는 일반적으로 패킷이라고 불리고 있으며, 패킷은 헤더(header)와 페이로드(payload)로 이루어져 있다.
패킷은 무엇인가? 서로 다른 컴퓨터에 실행하고 있는 응용 프로그램들이 데이터를 교환할 때는, 전체 데이터를 한꺼번에 보내지 않고 일정한 크기로 분할해서 전송한다. 일정한 크기의 데이터는 일반적으로 패킷이라고 불리고 있으며, 패킷은 헤더(header)와 페이로드(payload)로 이루어져 있다.
패킷 헤더 기반 분석 방법의 단점은 무엇인가? 플로우(flow)를 정의하는 기본 단위인 5-tuple(source port, destination port, source ip address, destination ip address, protocol)을 기준으로 트래픽을 분류하고 헤더 정보를 분석한다. 헤더만 분석하기 때문에 속도가 빠르다는 장점이 있지만 실제 데이터를 담고 있는 페이로드를 분석하지 않기 때문에 구체성과 정확성이 부족하다. 두 번째, 패킷 통계 기반 분석 방법은 패킷 크기, 패킷간의 발생시간, 윈도우 크기 등의 플로우의 통계 정보를 기반으로 분석한다.
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참고문헌 (13)

  1. S.-C. Seo, N.-Y. Ko, "A traffic analysis of Gigabit Ethernet high-speed network design," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 6, no. 1, pp.48-54, Feb. 2002. 

  2. J.-H. Kim, M.-S Kim, "Research on Traffic Classification based on DNS Packet Analysis," Korean Network Operations and Management Review, vol. 13, no. 2, Oct. 2010 

  3. Y.-H. Goo, S.-O. Choi, S.-K. Lee, S.-M. Kim, M.-S. Kim, "A Method for Tracking the Source of Cascading Cyber Attack Traffic Using Network Traffic Analysis," The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences '16-12, vol. 41 no.12, Dec. 2016. 

  4. K.-S. Shim, S.-H. Yoon, M.-S. Kim, "The Payload Signature Management System for Network Management on Real-Time," in Proceedings of Korean Information and Communications Society, the summer conference 2015, Ramada Plaza, Jeju, Jun. 23-25, 2015. 

  5. A. Hashmi, H. Berry, O. Temam, and M. Lipasti, "IP traceback based on packet marking and logging," in Proceedings of 2005 IEEE International Conference on Communications, Seoul, South Korea, 2005. 

  6. B. K. Kim, S. Y. Yoon, J. T. Oh, and J. S. Jang, "High-Performance Intrusion Detection Technology in FPGA-Based Reconfiguration Hardware," ETRI Electronics and Telecommunications Trends, vol. 22, no. 1, pp. 51-58, Feb. 2007. 

  7. Vaddempudi Srinidhi, "Classification of User Behaviour in Mobile Internet", Asia-pacific Journal of Convergent Research Interchange, Asia-pacific Journal of Convergent Research Interchange, vol. 2, no. 2, June (2016), pp. 9-18 

  8. J.-H. Sung, K.-H. Kim, T.-G. Kwon, B.-T. Kim, "Efficient Contents Filtering Algorithm with TCAM," in Proceedings of Joint Conference on Communications and Information 2005. 

  9. B.-H. Chung, S.-H Ryu, J.-D. Lim, Y.-H. Kim, K.-Y Kim, Intrusion detection method in network system, KR100656403B1, 2006. 

  10. Y.-H. Goo, K.-S. Shim, S.-H. Lee, Baraka D. Sjia, M.-S. Kim, "Traffic-Classification Method Using the Correlation of the Network Flow," Journal of Korean Institute of Information Scientists and Engineers, vol. 44, no. 4, pp. 433-438, Apr. 2017. 

  11. Y.-H. Goo, S.-H. Lee, K.-S. Shim, W.-S. Jung, S.-M. Kim, M.-S. Kim, "Multi-demensional Application Traffic Analysis using Flow Characteristic," in Proceedings of Korean Information and Communications Society Winter Conference 2017, High1 Resort, Kangwon, Jan. 18-20, 2017. 

  12. Snort [Internet]. Available: https://www.snort.org/. 

  13. The industry-standard windows packet capture library [Internet].Available: https://www.winpcap.org/. 

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