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스마트 팩토리 엔터티를 위한 블록체인 기반의 효율적인 역할기반 접근제어
Efficient RBAC based on Block Chain for Entities in Smart Factory 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.9 no.7, 2018년, pp.69 - 75  

이용주 (충북대학교 전자계산학과) ,  이상호 (충북대학교 전자계산학과)

초록
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스마트 팩토리 내의 디바이스를 비롯한 다양한 엔터티 들은 보다 활동적이고 능동적으로 발전하고 있어서, 엔터티의 특성에 맞는 세분화된 접근제어가 필요하지만 기존의 디바이스에 대한 접근제어는 세분화된 접근제어가 부족하고, 사용자에 대한 접근제어는 절차가 복잡하고 가변적인 내용을 빠르게 적용하기에 어려움이 많다. 이 논문에서는 스마트 팩토리 엔터티에 최적화되어 효율성과 보안성을 유지할 수 있는 접근제어 방법을 제안한다. 기존에 PKC(Public Key Certificate)의 속성부여를 위해 정의되었던 AC(Attribute Certificate)를 PAC(Permission AC)로 확장하여 각 역할에 부여하여 통합관리가 용이한 RBAC(Role-basedAccessControl)를 제안한다. 또한 ACI(AC Issuer)의 디지털 서명된 PAC를 블록체인 기반의 모델에 적용하여 배포함으로써 수시로 바뀌는 엔터티의 역할에 대한 접근 및 권한 부여를 빠르고 정확하게 확인 및 반영할 수 있는 블록체인 기반의 RBAC-PAC 모델을 제안 한다. 기존연구와 효율성 측면에서 비교 분석하였고, 특히 엔터티 수가 많고 권한 갱신이 빈번할수록 효율성이 높아진 것을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The key technology of Industry 4.0, Smart factory is evaluated as the driving force of our economic development hereafter and a lot of researches have been established. Various entities including devices, products and managers exist in smart factory, but roles of these entities may be continuous or ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이 논문에서 목표로 했던 요구사항에 대해서 평가하고자 한다. 1) 인증 시마다 반복되는 절차를 최소화하기 위하여 Role Issuer의 디지털 서명을 추가하였으므로 역할 발행여부에 대한 확인절차 없이 인증이 가능하다.
  • 이 논문에서 제안한 메커니즘을 검증하고자 스마트 팩토리의 디바이스 접근제어에 적용해 보고자 한다. 스마트 팩토리 내에는 활동성이 부여된 장비, 로봇, 생산 설비 등을 비롯하여 원자재, 완성품 등 센서 등이 부착된 다양한 엔터티들이 존재한다.
  • 이 논문에서는 기존의 PKC X.509 인증서와 연계하여 사용하기 위해 정의된 AC를 역할의 권한 속성을 정의하기 위한 PAC로 이용하여 스마트 팩토리 엔터티 들에 최적화된 역할기반 접근제어 모델을 설계하고자 한다. 이 논문에서 사용하는 PAC는 IETF의 RFC 5755[17, 18] 등에서 정의한 AC Profile을 기반으로 사용하며 PAC가 할당되는 주체는 User가 아닌 역할이며 각 역할은 계층적인 구조로 설계하여 자식 역할은 부모 역할의 PA를 상속하게 된다.
  • 이 논문에서는 스마트 팩토리 내의 다양한 엔터티들의 속성을 정의한 PAC를 활용하는 접근제어 방식을 정의하였다. 이 논문에서 정의한 PAC는 수시로 변하는 엔터티 들의 속성을 효율적으로 변경하기 위해 계층적으로 설계하여 상속개념을 적용하였으며, 인증 및 허가 시에도 효율적으로 권한속성을 확인하고 접근제어에 활용할수 있도록 ACI의 디지털 서명 후 블록체인을 이용하여 배포하였다.
  • 이 논문에서는 이러한 고도로 네트워크화 된 환경에서 효율적으로 사용할 수 있는 PA(Permission Attribute) 을 이용한 RBAC(Role-based Access Control)를 블록체인 기반으로 제안하여 보안성과 효율성을 제공하고자 한다. 2장에서는 이를 위해 필요한 기존 연구들을 정리하고, 3장에서는 이 논문에서 제안하는 RBAC를 설계하고, 4장에서는 시나리오로 검증하고 효율성을 비교하여 결론을 맺고자 한다.
  • ABAC(Attribute-based Access Control)는 사용자의 PKC(Public Key Certificate)에 포함하기 어려운 상세한 속성들을 하나 이상의 AC(Attribute Certificate)로 정의 하여 접근제어에 사용한다. 이러한 AC를 분배하고 공유 하기 위해 다양한 메커니즘이 제안되었는데 그 중 가장 일반적으로 사용되는 Push/Pull 방법에 대해 살펴보고 문제점을 분석하고자 한다. Push 메커니즘은 클라이언트가 AC를 보관하고 있다가 서버에게 Push(제출) 하는 방법으로, 클라이언트와 서버 간에 새로운 채널이 필요치 않다면 유용한 모델로 서버는 검색에 대한 번거로움을 없애 효율성이 뛰어나다[13, 14].
  • 각 엔터티는 이벤트 업, 다운로드 등을 포함하여 다양한 접근제어의 관리 대상이 되고 있지만 현재는 효율성의 문제들로 인해 시리얼넘버 등의 단순인증 만을 사용하고 있다. 이러한 디바이스를 예를 들어 효율적이고도 안전한 접근제어가 가능한 시나리오를 작성해 보고자 한다.

가설 설정

  • Control 1회당 최소 6회의 트랜잭션이 필요하고, RBAC-PAC에서는 이러한 확인 절차를 디지털 서명으로 대체하여 3회의 절차가 필요하다. 또한 역할 갱신 시, RBAC-PAC에서는 역할 단위로 갱신을 하며, 하나의 역할에 할당된 엔터티의 수는 30개로 가정하였다.
  • 스마트 팩토리 내에 디바이스 센서는 M2M (Machine2Machine)-RFID으로 연결되어 있고 Fig 6과 같은 대표속성을 가지고 있다고 가정한다. 스마트 팩토리 역할속성 부여 책임자는 각 역할에 대한 상세한 권한 속성을 ACI통하여 발급요청하고 블록체인에 등록한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수직적(생산시스템) 통합은 어떤 목표를 가지는가? 스마트 팩토리는 4차 산업혁명의 개념과 핵심기술이 통합된 형태를 의미하며, 공장의 생산설비를 기반으로한 수직적 통합과 고객의 요구사항을 시작으로 제품개발 가치사슬의 수평적 통합이 구현되는 공장으로 정의할 수있다. 수직적(생산시스템) 통합은 생산의 효율화를 위한 목표를 가지고 있으며 이를 위하여 제품이 생산되는 다양한 설비에서 센서 및 디바이스를 통하여 신호를 획득 하고, PLC(Programmable Logic Controller) 및 HMI(human Machine Interface) 등의 제어기술을 통하여 설비의 제어를 수행하며, 생산 프로세스를 관리하기 위한 MES(Manufacturing Execution System)와 창고관 리를 위한 WMS(Warehouse Management System)를 거쳐 상단의 ERP (Enterprise Resource Planning)까지 유기적으로 관리 될 수 있는 개념이다[4, 5]. 그리고 수평적 통합은 제품을 사용하는 고객(B2B에서의 기업고객및 B2C에서의 개인고객을 모두 포함)이 원하는 요구사항을 도출하기 위한 시장조사 및 제품기획 단계를 거쳐, 고객의 요구사항을 충족시키기 위한 제품개발 단계 및공정설계 후 제품을 생산하여 제품을 고객에게 전달하는 과정까지를 포함하고 있다[6].
스마트 팩토리는 무엇인가? 스마트 팩토리는 4차 산업혁명의 개념과 핵심기술이 통합된 형태를 의미하며, 공장의 생산설비를 기반으로한 수직적 통합과 고객의 요구사항을 시작으로 제품개발 가치사슬의 수평적 통합이 구현되는 공장으로 정의할 수있다. 수직적(생산시스템) 통합은 생산의 효율화를 위한 목표를 가지고 있으며 이를 위하여 제품이 생산되는 다양한 설비에서 센서 및 디바이스를 통하여 신호를 획득 하고, PLC(Programmable Logic Controller) 및 HMI(human Machine Interface) 등의 제어기술을 통하여 설비의 제어를 수행하며, 생산 프로세스를 관리하기 위한 MES(Manufacturing Execution System)와 창고관 리를 위한 WMS(Warehouse Management System)를 거쳐 상단의 ERP (Enterprise Resource Planning)까지 유기적으로 관리 될 수 있는 개념이다[4, 5].
블록체인의 특징 중 블록은 어떻게 정리되어지는가? 첫째는 시간별로 블록이 정리되어진다. 한 블록에는 앞의 블록과 뒤의 블록을 연결하는 연결정보가 포함되어 있으며, 앞 블록의 내용을 변경하면 뒤에 이어지는 모든 블록을 다시 생성해야 한다.
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참고문헌 (18)

  1. Y. J. Cho. (2017). National Smart Factory Strategy for The 4th Industrial Revolution. Joutnal of Korea Information Science society, 41. 

  2. S. H. Hong. & H. J. Shin. (2017). Analysis of the Vulnerability of the IoT by the Scenario. Journal of the Korea Convergence Society, l8(9), 1-7. 

  3. J. Park. & K. Lee. (2017). Realization of user-centered smart factory system using motion recognition. Joutnal of Convegence. &(6). pp.153-158. 

  4. S. H. Lee. & D. W. Lee. (2016). A study on u-Health Fusion Field based on Internet of Thing. Journal of the Korea Convergence Society, l7(4), 19-24. 

  5. I. S. Jeon. (2016). Curriculum Development for Smart Factory Informaton Security Awareness Training. Journal of KIISC, 26(5). 

  6. O. Novo. (2018). Blockchain Meets IoT: An Architecture for Scalable Access Management in IoT. IEEE IoT Journal, 5(2). 

  7. S. H. Hong & S. H. Park. (2017). The Research on Blockchain-based secure IoT authentication. Journal of the Korea Convergence Society, l8(11), 57-62. 

  8. S. K. Hong & C. R. Seo. (2018). Developing a Blockchain based Accounting and Tax Information in the 4th Industrial Revolution. Joutnal of the Korea Convegence Society, 9(3), 45-51. 

  9. K. Blockchains. (2016). Blockchains and Smart Contracts for the Internet of Things. IEEE Access, 4, 2292-2303. 

  10. D. F. Ferraiolo. (2001). Proposed NIST Standard for Role-Based Access Control. ACM Tranon InfoSystemSecurity, 14(3), 224-274. 

  11. Y. S. Jeong. (2018). User Privacy Security Scheme using Double Replication Key in the Cloud Environment. Journal of the Korea Convergence Society, 9(4), 9-14. 

  12. R. Sandhu. & C. Youman. (1996). Role-Based Access Control Models. IEEE Computer, 29(2). 

  13. H. Kim. & S. Pan. (2016). Technology Trends, Research and Design of AIM Framework for Authentication Information Management. Journal of Digital Convergence, 14(7), 373-383. 

  14. N. H. Kim. (2018). Secure MQTT protocol based on Attribute-based Encryption Scheme. Journal of KIISE, 45(3), 195-199. 

  15. Y. S. Jeong. & K. H. Han. (2017). A hierarchical property based multi-level approach method for improves user access control in a cloud environment. Journal of the Korea Convergence Society, l8(11), 67-73. 

  16. J. P. Cruz. & Y. Kaji. (2018). Role-based Access Control using Smart Contract. IEEE Access, 6, 12240-12251. 

  17. J. Jung & J. Kim, (2015). A study on Development of Certification Schemes for Cloud Security, Journal of Digital Convergence, 13(6). 81-89. 

  18. S. Farrell. & T. C. Dublin. (2010). An Internet Attribute Certificate Profile for Authorization. IETF.:RFC 5755. 

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