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[국내논문] 스마트 홈 환경에서 디바이스 상호 인증 및 키 관리 기법
Device Mutual Authentication and Key Management Techniques in a Smart Home Environment 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.19 no.10, 2018년, pp.661 - 667  

민소연 (서일대학교 정보통신공학과) ,  이재승 (숭실대학교 컴퓨터공학과)

초록
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최근 무선 통신 기술과 센서 디바이스들의 발달로 스마트 홈 시장이 성장하고 있으며, 다양한 디바이스가 활용되고 있다. 이러한 사물인터넷 환경은 지능형 서비스를 위해 다양하고 방대한 양의 디바이스 정보를 수집하여 사용자 정보를 기반으로 서비스를 제공받으며, 다양한 디바이스를 제어해야 하고, 이기종 간의 통신을 제공해야 한다. 하지만, 이러한 성장과 함께, 스마트 홈 환경에서는 다양한 보안 위협이 발생하고 있다. 실제, 프루프 포인트와 HP에서는 스마트 홈 환경에서의 피해 사례 및 보안 취약점의 심각성에대해 경고하였으며, 다양한 환경에서의 침해 사례가 발표되었다. 그러므로, 본 논문에서는 스마트 홈 환경에서 발생할 수 있는 보안 문제를 해결하기 위해 스마트 홈에서 사용하는 스마트 노드들 간의 안전한 상호인증 기법에 대해 연구를 수행하였다. 제안하는 논문의 경우 보안성 평가를 통해 스니핑, 스푸핑, 디바이스 상호 인증, 중간자 공격, 무결성 등 사물인터넷 환경과 센서 디바이스에서 발생할 수 있는 잘 알려진 취약점에 대해 난수와 수시로 갱신되는 세션키 및 비밀키를 이용하여 안전함을 검증하였다. 또한, 기존에 연구된 사물인터넷 보안 프로토콜과의 비교를 통해 보안성 및 키 관리 측면에서 우수함을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, the smart home market is growing due to the development of wireless communication technology and sensor devices, and various devices are being utilized. Such an IoT environment collects various vast amount of device information for intelligent services, receives services based on user info...

주제어

#Smart Home   #Smart Home Authentication   #Smart Home Security   #Device Authentication   #IoT Security  

표/그림 (6)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 제안하는 논문은 스마트 홈 환경에서 발생 가능한 보안 문제를 해결하기 위해 스마트 홈에서 사용하는 스마트 노드와 원격 조종을 위한 스마트 디바이스 인증 기법을 제안 한다. 제안하는 인증 기법은 상호 인증을 통해 악의적인 사용자의 스마트 노드 접근을 방지하며, 스마트 노드 특성상 적용하기 어려운 SSL통신보다 경량화된 인증을 통해 디바이스 에너지 효율성 또한 고려하였다.
  • 본 논문에서는 스마트 홈 환경과 환경에서 발생할 수 있는 보안 위협 사례들에 대해 살펴보고 다양한 보안 위협에 대응 가능하며, Middle Device를 이용하여 에너지 효율성을 고려한 인증 프로토콜을 제안 하였다. 현재, 통신 기술의 발전과 스마트 디바이스의 발달로 스마트 홈서비스 시장이 증가하고 다양한 디바이스를 포함하는 스마트 홈서비스가 상용화 되고 있지만, 이에 대한 보안 적용 사항은 미비한 실정이며, 실제 다양한 리서치 기관을 통해 취약 사례 및 피해 사례가 나타나고 있음을 확인할 수 있었다.
  • 본 논문에서는 스마트 홈 환경에서 이기종간 통신과 그린 IoT 시대에 맞춰 소형 디바이스들의 연산 량 및 에너지 효율성을 고려한 디바이스 인증 방법을 제안 하였다. 제안하는 기법은 에너지 효율성을 위해 스마트 홈 환경에서 에너지 활용에 제약이 없고 24시간 활용이 가능한 냉장고 등 대형 가전제품을 중간 역할을 하는 MD(Middle Device)로 활용 하여 배터리나 연산 량에 한계를 가지는 소형 디바이스들의 대리 역할을 할 수 있도록 인증 체계를 설계하였으며, 새로운 디바이스가 추가될 때도 안전한 인증 절차로 추가 될 수 있도록 설계하였다.
  • 본 절에서는 스마트 홈 환경에서 기기간 신규 디바이스 등록, 인증, 키 관리 등 스마트 홈 환경에서의 보안 취약점에 대해 파악하고 그에 대한 안전성을 평가 하며 기존 스마트 홈 환경에서 보안 기술을 적용한 인증 기술들과 비교 평가 한다.

가설 설정

  • 제안하는 기법은 에너지 효율성을 위해 스마트 홈 환경에서 에너지 활용에 제약이 없고 24시간 활용이 가능한 냉장고 등 대형 가전제품을 중간 역할을 하는 MD(Middle Device)로 활용 하여 배터리나 연산 량에 한계를 가지는 소형 디바이스들의 대리 역할을 할 수 있도록 인증 체계를 설계하였으며, 새로운 디바이스가 추가될 때도 안전한 인증 절차로 추가 될 수 있도록 설계하였다. 본 논문에서는 Home GW와 Service Provider 간에는 기존 공개키 시스템을 이용한 신뢰관계를 형성했다고 가정하고 진행한다.
  • 제안하는 논문에서는 등록 단계에서 새로 추가되는디바이스와 Service Provider 간 Serial Number를 이용하여 인증 과정을 진행하며, Home GW와 Service Provider 간에는 공개키 기반의 인증이 진행되었다고 가정하였다. 따라서, 추가된 디바이스는 Service Provider를 중계 역할로 활용하여 난수 R과 N을 통해 Home GW와 상호 인증이 가능하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스마트 홈 환경은 무엇인가? 스마트 홈 환경이란 사물인터넷의 발달로 홈 환경에서 디바이스들의 네트워크 연결을 통한 제어를 이용하여 가전제품의 에너지나 디바이스 상태 등을 관리하며, 제어를 함으로서 냉난방, 환기, 청소 등을 스마트 기기와 연동하여 제공해주는 솔루션과 서비스를 포함하는 개념이다. 이때, 사물인터넷의 경우 다양한 디바이스들이 생성한 정보를 공유하여 관리하는 컴퓨터 통신망을 나타내며, 이 중 스마트 홈은 가전제품과 조명 디바이스, 카메라 등은 물론 이고 스마트 자동차와 스마트교육 등을 포괄하고 있다.
스마트 홈 환경에서 보안 사고가 발생할 경우 어떤 범죄들이 일어나는가? 먼저, 러시아에서는 중국에서 제조된 다리미에서 해킹할 때 이용 되는 스파이 마이크로 칩이 탑재 된 사례가 있는데, 이러한 스파이 마이크로 칩은 보안되지 않은 무선 네트워크에 하여 다양한 보안 사고를 발생 시킬 수 있다. 일단 네트워크에 연결이 된다면, 해킹 프로그램, 악성코드 등을 유포 할 수 있으며, 도청되는 정보를 통해 정보를 수집하고, 이를 네트워크 통신을 이용하여 해커에게 전송하는 것이 가능하다. 실제로 이러한 스파이 마이크로칩이 발견된 수량만 30여개에 달하고, 확인되지 않은 수량은 훨씬 더 많을 것으로 예상하고 있다.
스마트 홈 환경에서 사물인터넷은 무엇을 말하는가? 스마트 홈 환경이란 사물인터넷의 발달로 홈 환경에서 디바이스들의 네트워크 연결을 통한 제어를 이용하여 가전제품의 에너지나 디바이스 상태 등을 관리하며, 제어를 함으로서 냉난방, 환기, 청소 등을 스마트 기기와 연동하여 제공해주는 솔루션과 서비스를 포함하는 개념이다. 이때, 사물인터넷의 경우 다양한 디바이스들이 생성한 정보를 공유하여 관리하는 컴퓨터 통신망을 나타내며, 이 중 스마트 홈은 가전제품과 조명 디바이스, 카메라 등은 물론 이고 스마트 자동차와 스마트교육 등을 포괄하고 있다. 즉, 우리의 주거환경에 정보통신기술을 융합하여 특별한 제약 없이 디바이스를 컨트롤하여 경제적 편의, 복지, 안전 등의 서비스를 받음으로서, 삶의 질을 한층 더 높게 만들어줄 수 있는 서비스가 스마트 홈 환경이다[7-9].
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참고문헌 (15)

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  2. ROBLES, Rosslin John, et al. A review on security in smart home development. International Journal of Advanced Science and Technology, 2010. 

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  4. FERNANDES, Earlence; JUNG, Jaeyeon; PRAKASH, Atul. Security analysis of emerging smart home applications. In: 2016 IEEE Symposium on Security and Privacy (SP). IEEE, pp. 636-654, 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/sp.2016.44 

  5. SIVARAMAN, Vijay, et al. Network-level security and privacy control for smart-home IoT devices. In: Wireless and Mobile Computing, Networking and Communications (WiMob), 2015 IEEE 11th International Conference on. IEEE, pp. 163-167, 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/wimob.2015.7347956 

  6. YE, Xiaojing; HUANG, Junwei. A framework for cloud-based smart home. In: Computer science and network technology (ICCSNT), 2011 international conference on. IEEE, pp. 894-897. 2011. DOI: https://doi.org/10.1109/iccsnt.2011.6182105 

  7. MOWAD, Mohamed Abd El-Latif; FATHY, Ahmed; HAFEZ, Ahmed. Smart home automated control system using android application and microcontroller. International Journal of Scientific & Engineering Research, 5.5: 935-939, 2014. 

  8. SCHNEPS-SCHNEPPE, Manfred, et al. Wired Smart Home: energy metering, security, and emergency issues. In: Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT), 2012 4th International Congress on. IEEE, pp. 405-410, 2012. DOI: https://doi.org/10.1109/icumt.2012.6459700 

  9. MANTAS, Georgios; LYMBERO POULOS, Dimitrios; KOMNINOS, Nikos. Security in smart home environment. In: Wireless Technologies for Ambient Assisted Living and Healthcare: Systems and Applications. IGI Global, pp. 170-191, 2011. DOI: https://doi.org/10.4018/978-1-61520-805-0.ch010 

  10. FADELL, Anthony Michael, et al. Handling security services visitor at a smart-home. U.S. Patent Application No 14/587,835, 2015. 

  11. JOSE, Arun Cyril; MALEKIAN, Reza. Smart home automation security. SmartCR, 5.4: 269-28, 2015. DOI: https://doi.org/10.6029/smartcr.2015.04.004 

  12. J.Zhu and J.Ma, A new authentication scheme with anonymity for wireless environments, IEEE Transactions on Communications, Vol. 50, No.1, pp.231-235, 2004. DOI: https://doi.org/10.1109/tce.2004.1277867 

  13. Farash, Mohammad Sabzinejad, Turkanovic Muhamed, Kumari Saru, and Marko Holbl. "An efficient user authentication and key agreement scheme for heterogeneous wireless sensor network tailored for the internet of things environment." Ad Hoc Networks 36 152-176, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2015.05.014 

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  14. C.-C.Wu, W.-B.Lee, and W.-J.Tsaur," A secure authentication scheme with anonymity for wireless communications", IEEE Communications Letters,Vol. 12, No.10, pp.722-723, 2008. DOI: https://doi.org/10.1109/lcomm.2008.080283 

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  15. Qinghua Li and Guohong Cao, "Multicast Authentication in the Smart Grid With One-Time Signature", IEEE Transactions on Smart Grid, 2(4), 2011. DOI: https://doi.org/10.1109/tsg.2011.2138172 

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