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군집 드론망을 통한 IoT 서비스를 위한 보안 프레임워크 연구
A Study on the Security Framework in IoT Services for Unmanned Aerial Vehicle Networks 원문보기

멀티미디어학회논문지 = Journal of Korea Multimedia Society, v.21 no.8, 2018년, pp.897 - 908  

신민정 (Dept. of Information & Communication Eng., Graduate School, Pukyong National University) ,  김성운 (Dept. of Information & Communication Eng., Pukyong National University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a security framework for a cluster drones network using the MAVLink (Micro Air Vehicle Link) application protocol based on FANET (Flying Ad-hoc Network), which is composed of ad-hoc networks with multiple drones for IoT services such as remote sensing or disaster monitoring...

주제어

#GCS (Ground Control Station)   #Unmanned Aerial Vehicle (UAV)   #Flying Ad-hoc Network (FANET)   #Micro Air Vehicle Link (MAVLink)   #Diffie-Hellman Key Exchange   #Lightweight Encryption Algorithm (LEA)   #Encryption/Decryption   #Security Tag  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 MAVLink 응용 프로토콜에 기반하고 전송되는 데이터들의 암호화를 위해 WPA2(WiFi Protected Access 2)의 CTR(Counter) 운용모드에 경량 암호 알고리즘(LEA: Lightweight Encryption Algorithm)을 적용한 효율적인 알고리즘을 제안한 다. 그리고 메시지 보안 태그 생성을 위해 WPA2에서 사용하는 CBC(Cipher Block Chaining)모드에 기반하고 LEA를 적용한 방법에 대해 연구한다. 또한 암호화 및 보안 태그 생성 과정에서 새로운 키 생성을 위해 RADIUS(Remote Authentication Dial In User Service) 서버와 같은 인증 서버를 사용하지 않고, 디피-헬만 키 교환(Diffie-Hellman Key Exchange) 방법을 적용하여 자체적으로 키 생성 및 분배 방법을 제안한다[5].
  • 그러나 다양한 무선 환경과 여러가지 형태의 포그 및 클라우드 컴퓨팅 기술들이 적용 되는 환경에서 보안성 강화를 위해 키 교체 및 전달과 보안 태그 생성 및 암호화 방법의 효율성에 대해서는 다소 문제가 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 문제점을 개선하는 LEA 및 디피-헬만 키 교환 방법을 활용하여 새로운 보안 프레임워크를 제안한다.
  • 본 논문에서는 MAVLink 응용 프로토콜에 기반하고 전송되는 데이터들의 암호화를 위해 WPA2(WiFi Protected Access 2)의 CTR(Counter) 운용모드에 경량 암호 알고리즘(LEA: Lightweight Encryption Algorithm)을 적용한 효율적인 알고리즘을 제안한 다. 그리고 메시지 보안 태그 생성을 위해 WPA2에서 사용하는 CBC(Cipher Block Chaining)모드에 기반하고 LEA를 적용한 방법에 대해 연구한다.
  • 본 논문에서는 군집 드론 망을 활용한 다양한 IoT 응용 서비스 구현에 관계된 망 개념과 보안 메커니즘을 제안하였다. WTRP 링으로 구성된 FANET의 드론들은 잦은 통신 오류에 유연하게 대처하고 대표 드론을 통해 지상제어장치와 효율적으로 통신한다.
  • 또한 서비스 과정에서 전달되는 데이터의 안전성을 보장 하기 위해 효율적이면서 강화된 보안 방법이 필요하 다[4]. 본 논문에서는 원격 센싱 또는 재난 모니터링 등의 IoT 서비스를 제공하기 위해 다수의 드론이 애드혹 네트워크(Ad-hoc network)로 구성된 FANET(Flying Ad-hoc Network)에 기반하고 MAVLink 응용 프로토콜을 사용하는 군집 드론 망의 보안 프레 임워크에 대해 연구한다.
  • 본 논문의 저자들은 공장자동화나 생산자동화 환경에서 IoT 장치들과 AP(Access Point)사이 무선구간의 안전한 데이터 전송을 위해 IoT 보안 프레임워크를 제안하였다[8]. 이 방법을 SCM1(보안 검사 메커니즘1: Security Check Mechanism1)이라 명명하고, 보안 태그 생성 및 부착과 암호화를 통해 보안성을 강화하였다.

가설 설정

  • FANET network configurations. (a) Non-interconnected, (b) Interconnected.
  • 그리고 다른 연산에 비해 복잡한 과정을 거치는 계산 유닛인 S-box 치환은 한 바이트 당 t2 = 5t0으로 가정한다.
  • 동작에 대한 설명으로, 먼저 지상제어장치와 FANET의 대표 드론은 와이파이(WiFi)로 통신하며, FANET의 WTRP 구성 드론들은 주파수 도약 확산 스펙트럼(FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum) 방식을 사용하는 것으로 가정한다[7]. FHSS 방법은 통신 과정에서 차단 및 통신 장애 등의 간섭에 영향을 덜 받고 도청 등에 대응하는 능력을 가진다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무인항공기는 어느 분야에 적용되는가? 무인항공기(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)는 원격으로 조정이 가능하여 여러 가지 응용 즉, 군사, 지역 감시, 산불 진화, 풍향 예측, 재난 모니터링, 원격 센싱, 트래픽 모니터링, 애드혹 네트워크의 릴레이 역할 등 다양한 응용에 적용되고 있다[1]. 일반적으로 단일 무인항공기 사용으로 응용에 활용되어 왔지만, 소 용량의 무인항공기들이 그룹으로 공동 작업에 임하면 더욱 다양한 IoT(Internet of Things) 서비스를 구현할 수 있어 비용이나 응용 측면에서 융통성을 가진다[2].
군집 드론 망에서 토폴로지로 토큰을 활용하여 FANET 망을 구성할 경우 장점은 무엇인가? 먼저 군집에 속한 드론들이 링 형태의 토폴로지로 토큰을 활용하여 동작하는 무선 토큰링(WTRP: Wireless Token Ring Protocol) 개념을 적용하여 FANET 망을 구성한다. 이는 토폴로지 변화가 심한 군집 환경에서 상대적으로 쉽게 망을 구성할 수 있고 또한 잦은 통신 오류 등에 장점이 있기 때문이다. 그리고 링으로 구성된 FANET 망에 대표드론을 두고 이를 통하여 지상제어장치와 통신을 수행한다.
무인항공기인 드론을 인터넷을 통해 원격 활용하기 위해 사용된 방법은 무엇인가? 단일 무인항공기 응용의 예로 대표적인 무인 항공기인 드론을 인터넷을 통해 원격 활용하기 위해 지상 제어장치(GCS: Ground Control Station)와 UAV간의 데이터 송수신을 UDP/IP 기반의 MAVLink (Micro Air Vehicle Link) 응용 프로토콜을 사용하는 방법이 소개되었다[3]. 그리고 데이터 전송 과정에서 정보 보호를 위해 AES(Advanced Encryption Standard) 기반의 암호화 기술도 연구 되었다[4].
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참고문헌 (10)

  1. A. Restas, "Drone Application for Supporting Disaster Management," World Journal of Engineering and Technology, Vol. 3, No. 3, pp. 316-321, 2015. 

    crossref

  2. I. Bekmezci, O.K. Sahingoz, and S. Temel, "Flying Ad-Hoc Networks (FANETs): A survey," Ad Hoc Networks, Vol. 11, No. 3, pp. 1254-1270, 2013. 

    상세보기 crossref

  3. A.J. Marty, Vulnerability Analysis of the MAV Link Protocol for Command and Control of Unmanned Aircraft, Master's Thesis of Air Force Institute of Technology, 2013. 

  4. N. Prapulla, S. Veena, and G. Srinivasalu, "Development of Algorithms for MAV Security," Proceeding of IEEE International Conference On Recent Trends In Electronics Information Communication Technology, pp. 799-802, 2016. 

  5. IETF, Diffie-Hellman Key Agreement Method, RFC 2631, 1999. 

  6. M. Ergen and D. Lee, "WTRP-Wireless Token Ring Protocol," IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 54, No. 6, pp. 1863-1881, 2004. 

  7. Y. Shiu, S. Y. Chang, H. Wu, S. C. H. Huang, and H. Chen, "Physical Layer Security in Wireless Networks: A Tutorial IEEE Wireless Communications," IEEE Wireless Communication, Vol. 18, No. 2, pp. 66-74, 2011. 

  8. M. Shin and S. Kim, "A Study on the Security Framework for IoT Services Based on Cloud and Fog Computing," Journal of Korea Multimedia Society, Vol. 20, No. 12, 2017, pp. 101-112. 

    원문보기 상세보기 crossref

  9. D. Lee, D. C. Kim, D. Kwon, and H. Kim, "Efficient Hardware Implementation of the Lightweight Block Encryption Algorithm LEA," Sensors, Vol. 14, No. 1, pp. 975-994, 2014. 

    상세보기 crossref

  10. J.S. Coron, Y. Dodis, C. Malinaud, and P. Puniya, "Merkle-Damgard Revisited: How to Construct a Hash Function," Proceeding of Annual International Conference on Advances in Cryptology, pp. 430-448, 2005. 

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