[논문]IOCP 게임 서버 및 게임 변수 난독화 프로그램 성능 평가

차은상; 김영식

doi:10.7583/jkgs.2019.19.6.71

IOCP 게임 서버 및 게임 변수 난독화 프로그램 성능 평가
Performance Evaluation of IOCP Game Server and Game Variable Obfuscation Program 원문보기

한국게임학회 논문지 = Journal of Korea Game Society, v.19 no.6, 2019년, pp.71 - 82

차은상 (한국산업기술대학교 게임공학부) , 김영식 (한국산업기술대학교 게임공학부)

초록
AI-Helper

본 논문은 상용 게임 엔진인 언리얼 엔진이 지원하는 네트워킹 기능과 사용자 제작 IOCP 게임 서버의 성능을 게임 내의 변수 전달 관점에서 비교 분석하였다. 이를 위하여 언리얼 엔진 4를 기반으로 3D 게임과 IOCP 게임 서버를 자체 제작하였다. 그리고 코드 변조 게임 해킹 프로그램의 메모리 수정을 방지하기 위해서 게임 변수 난독화 프로그램에 관하여 고찰한다. 이를 위하여 언리얼 엔진 솔루션 인 SCUE4 안티-치트 Solution을 활용하여 메모리 수정을 하는 것을 방지하는 방법을 연구하고 성능 트레이드 오프에 대한 분석을 수행한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper analyzes performance difference between Unreal Engine's built-in network solution and IOCP server. To do this, we developed IOCP server and 3D game with Unreal Engine 4. Also we considered the game variable obfuscation program to prevent the modification of the memory of the code-modulated game hacking program. This paper used SCUE4 Anti-Cheat Solution, which is Unreal Engine's solution, to study preventing memory modification and to analyze performance trade-offs.

주제어

표/그림 (19)

그림 [Fig. 1] Unreal marketplace
그림 [Fig. 2] Cheat 'O Matic
그림 [Fig. 3] Unreal blueprint networking
그림 [Fig. 4] Unreal GameInstance
그림 [Fig. 5] IOCP CODE
그림 [Fig. 6] Screen Shot of 3D Game, Robogang, based on Unreal Engine 4.
그림 [Fig. 7] Performance Evaluation for In-House IOCP Game Server in terms of Packet Transmission Time(msec).
그림 [Fig. 8] Performance Evaluation for Unreal Engine 4 Game Server in terms of Packet Transmission Time(msec).
그림 [Fig. 9] IOCP 네트워크와 언리얼 엔진 네트워크의 평균 값 그래프
그림 [Fig. 10] Rendering time for the IOCP network
그림 [Fig. 11] The rendering time of the unreal engine's own network
그림 [Fig. 12] Cheat-Engine
그림 [Fig. 13] Unreal Encryption/signing Key Generator
그림 [Fig. 14] Used Cheat-Engine in Unreal Engine
그림 [Fig. 15] SCUE4 Anti-Cheat Solution
그림 [Fig. 16] Unreal Engine Safe value
그림 [Fig. 17] Unreal Engine SCUE4 scan process code
그림 [Fig. 18] Performance Profiling using SCUE4 Anti-Cheat Solution Variables
그림 [Fig. 19] Performance Profiling using Normal Variables

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 언리얼 엔진으로 자체 제작한 3D 게임의 네트워크를 IOCP로 구현한 다음, 플레이어들을 P2P로 연결할 때와 언리얼 엔진 내의 독자 네트워킹 간의 성능 비교를 하였고, 논문[8]이 제시한 것처럼 로그분석을 통한 치트 프로그램 탐지가 아닌 에셋을 사용하여 메모리 스캐닝 프로그램들을 방어하는 방법을 서술하고 에셋으로 암호화를 하였을 때 암호화 부하에 의한 게임 성능 하락 동반[9]에 대해 알아본다.
게임 보안은 여러 종류에서 고려해야 한다. 역할에 따라 게임 클라이언트 내부 보안, 게임 서버 보안 등을 생각하여야 하며 막아야 할 대상에 따라 유저 해킹, 백도어, 게임 핵, 패킷 핵, 데이터베이스 침해 등이 있으나[4] 본 논문에서는 게임 핵을 막는 방법에 관해 서술한다.

제안 방법

두 번째, Robogang 게임 내부는 마우스를 이용한 캐릭터의 회전과 총알 방향 등이 IOCP로 움직이게 설계되어 있으나 IOCP 연결을 실패하였을 경우 언리얼 자체 네트워크로 움직이게 되어있다. IOCP로 움직이는 경우와 언리얼 자체 네트워크로 구현할 경우의 성능차를 구하였다.
사용자 네트워크 구성은 언리얼 엔진을 기반으로 자체 제작한 3D 게임 Robogang을 사용한다. Robogang의 네트워크는 IOCP와 언리얼 독자 네트워킹 기능을 함께 사용하였으며, IOCP 구현은 언리얼 엔진 내에 존재하는 게임인스턴스를 C++ 클래스로 만들어서 구현하였다. 게임인스턴스내에는 서버 역할과 클라이언트 역할의 코드가 같이 들어있다.
테스트 방법은 안티-치트를 사용하여 기존 변수를 보안 변수로 변환시키고 언리얼 내부 함수인 Tick이 호출될 때마다 보안변수를 100번씩 호출하여 if문 비교를 사용해봤다. 기존 변수를 사용했을 때 테스트를 해봤으며 테스트 결과는 언리얼 에디터 상의 Game Stat을 이용하여 Tick이 한번 호출 될 때 완료될 때까지 걸리는 시간의 평균값을 밀리초 단위로 구하였다.
본 논문에서 사용한 Robogang의 언리얼 엔진 네트워크 형식은 언리얼 학습 자료인 멀티플레이어 슈팅을 참고하여 P2P 형식으로 제작하였다. 서버클라이언트 형식에 맞춘 게임을 사용하여 언리얼 엔진 네트워크와 자체 제작 네트워크의 성능을 비교하고, 대중적으로 쓰이는 네트워킹 기법에선 위와 같은 결론인 언리얼 독자 네트워크 기능이 속도가 빠르다가 나오는지 향후 객관적인 실험을 통해 알아볼 필요가 있다.
성능 테스트는 서버 컴퓨터(Intel(R) Core(TM) i5-8500 CPU @ 3.00GHz 3.00GHz 16GB RAM 64bit Windows 10), 클라이언트 컴퓨터 (Intel(R) Core(TM) i7-6700 CPU @ 2.60GHz 2.60GHz 16GB RAM 64bit Windows 10)에서 언리얼 에디터의 독립형 게임 모드를 이용하여 측정하였다.
첫 번째, Robogang 게임 내에 IOCP 속도 테스트 기준에서는 크기가 2바이트인 구조체인 cs_packet_networking을 생성하여 클라이언트에서 게임인스턴스 클래스를 통해 보낸 후 서버에서 다시 클라이언트로 같은 내용의 패킷을 보냈을 때 걸리는 시간을 밀리초 단위로 구하였다. 언리얼 자체 네트워크 사용도 클라이언트에서 서버로 전송하는 리플리케이트 이벤트를 호출한 후, 리플리케이트 이벤트에서 다시 클라이언트 호출 이벤트를 부르는 방식을 사용하여 IOCP와 마찬가지로 클라이언트가 서버를 거쳐 다시 클라이언트로 되돌아왔을 때 걸리는 시간을 구하였다.
첫 번째, Robogang 게임 내에 IOCP 속도 테스트 기준에서는 크기가 2바이트인 구조체인 cs_packet_networking을 생성하여 클라이언트에서 게임인스턴스 클래스를 통해 보낸 후 서버에서 다시 클라이언트로 같은 내용의 패킷을 보냈을 때 걸리는 시간을 밀리초 단위로 구하였다. 언리얼 자체 네트워크 사용도 클라이언트에서 서버로 전송하는 리플리케이트 이벤트를 호출한 후, 리플리케이트 이벤트에서 다시 클라이언트 호출 이벤트를 부르는 방식을 사용하여 IOCP와 마찬가지로 클라이언트가 서버를 거쳐 다시 클라이언트로 되돌아왔을 때 걸리는 시간을 구하였다.
테스트 방법은 안티-치트를 사용하여 기존 변수를 보안 변수로 변환시키고 언리얼 내부 함수인 Tick이 호출될 때마다 보안변수를 100번씩 호출하여 if문 비교를 사용해봤다. 기존 변수를 사용했을 때 테스트를 해봤으며 테스트 결과는 언리얼 에디터 상의 Game Stat을 이용하여 Tick이 한번 호출 될 때 완료될 때까지 걸리는 시간의 평균값을 밀리초 단위로 구하였다.
블루프린트를 사용하여 언리얼 엔진 네트워크 기능을 이용할 경우 C++를 사용하여 네트워크를 구성했을 때보다 성능이 떨어질 수 있다. 하지만 본 논문에서 성능 테스트를 할 때 게임 엔진의 편의성 강조와 네트워크 성능 차이를 극대화하기 위해 블루프린트를 사용하였다.

이론/모형

보안 성능 테스트는 자체 제작 게임을 사용하지않고 언리얼 엔진의 기존 프로젝트인 ThirdPerson Example을 이용하여 제작하였다.
사용자 네트워크 구성은 언리얼 엔진을 기반으로 자체 제작한 3D 게임 Robogang을 사용한다. Robogang의 네트워크는 IOCP와 언리얼 독자 네트워킹 기능을 함께 사용하였으며, IOCP 구현은 언리얼 엔진 내에 존재하는 게임인스턴스를 C++ 클래스로 만들어서 구현하였다.

성능/효과

네트워크는 사용자가 직접 IOCP 네트워크를 구성했을 때 36ms, 언리얼 독자 네트워크를 사용했을 때 29ms 전송 속도를 보이며 오히려 언리얼 내부 기능을 사용했을 때 속도가 빠른 모습을 보였다. 또한 구현 편의성 면에서 언리얼 독자 네트워크 기능이 우월하므로 본 논문에서 테스트한 것과 같이 적은 수의 인원을 쓰는 네트워크 게임이 라면 언리얼 독자 네트워크 기능을 사용하는 것이 좋다는 결론을 낼 수 있다.
따라서 독자 구현은 힘들다. 대안으로 게임 엔진의 기능을 사용하면 사용자가 원하는 특정한 부분들의 보안을 강화에는 게임 엔진 자체의 기능들이 부족하다. 하지만 Fig.
두 번째, Robogang 게임 내부는 마우스를 이용한 캐릭터의 회전과 총알 방향 등이 IOCP로 움직이게 설계되어 있으나 IOCP 연결을 실패하였을 경우 언리얼 자체 네트워크로 움직이게 되어있다. IOCP로 움직이는 경우와 언리얼 자체 네트워크로 구현할 경우의 성능차를 구하였다.
네트워크는 사용자가 직접 IOCP 네트워크를 구성했을 때 36ms, 언리얼 독자 네트워크를 사용했을 때 29ms 전송 속도를 보이며 오히려 언리얼 내부 기능을 사용했을 때 속도가 빠른 모습을 보였다. 또한 구현 편의성 면에서 언리얼 독자 네트워크 기능이 우월하므로 본 논문에서 테스트한 것과 같이 적은 수의 인원을 쓰는 네트워크 게임이 라면 언리얼 독자 네트워크 기능을 사용하는 것이 좋다는 결론을 낼 수 있다.
보안 변수를 사용했을 경우 걸리는 시간이 약 40% 증가하는 모습을 보이며 성능 하락이 반드시 동반된다는 것을 보여줬다. 이를 통해 보안 변수를 사용한다면 변수 중요도를 구분 지어 중요도가 높은 부분에만 사용하고 중요도가 낮은 부분은 XOR과 같은 간단한 암호화 알고리즘을 사용하거나 사용하지 않는 선택적 암호화[9]를 통한 성능 하락을 최소한으로 막는 대책이 필요할 것으로 보인다.
언리얼의 Tick 함수는 프레임당 한 번씩 주기적으로 호출되는 함수이다. 실험에 쓰인 컴퓨터에서는 평균적으로 120프레임을 유지했다. 그러므로 1/120초마다 보안 변수 혹은 기존 변수를 100번 호출한다는 예측이 가능하다.
하지만 보안 변수를 사용하였을 때 일반 변수와 비교해 걸리는 시간이 40% 증가하는 모습을 보이며 성능 하락이 반드시 동반된다는 것을 보여줬다. 이를 통해 보안 변수를 사용한다면 변수의 중요도를 구분 지어 중요도가 높은 부분에만 사용하여 성능 하락을 최소한으로 막는 대책이 필요할 것으로 보인다[9].
보안에 경우 언리얼의 암호화 패널 옵션을 사용하였을 때 치트-엔진을 막을 수 없었다. 하지만 안티-치트을 사용했을 때 메모리 수정 프로그램인 치트-엔진을 이용해 변수 수정을 시도할 시 치트-엔진이 종료되는 것을 보아 치트-엔진을 이용한 메모리 변조를 막아주는 것을 알 수 있다. 또한 안티-치트의 기능인 보안 변수를 사용하게 되면, 특정 암호화 키를 알지 못하는 이상 치트-엔진 말고도 여러 메모리 수정 프로그램을 이용하여 침입하였을 때의 보안도 보장하게 된다.

후속연구

반드시 자체 네트워크 기능이 빠르다는 것이 아니다. 본 논문에서 쓰인 Robogang 게임에서는 클라이언트에서 데이터를 받을 때 언리얼 내부의 Tick 함수를 사용하여 받기 때문에 보편적 방법인 새로운 쓰레드를 생성하여 While 루프를 통해 데이터를 받는 것보다 속도가 느린 한계가 예상된다.
본 논문에서 사용한 Robogang의 언리얼 엔진 네트워크 형식은 언리얼 학습 자료인 멀티플레이어 슈팅을 참고하여 P2P 형식으로 제작하였다. 서버클라이언트 형식에 맞춘 게임을 사용하여 언리얼 엔진 네트워크와 자체 제작 네트워크의 성능을 비교하고, 대중적으로 쓰이는 네트워킹 기법에선 위와 같은 결론인 언리얼 독자 네트워크 기능이 속도가 빠르다가 나오는지 향후 객관적인 실험을 통해 알아볼 필요가 있다.
보안 변수를 사용했을 경우 걸리는 시간이 약 40% 증가하는 모습을 보이며 성능 하락이 반드시 동반된다는 것을 보여줬다. 이를 통해 보안 변수를 사용한다면 변수 중요도를 구분 지어 중요도가 높은 부분에만 사용하고 중요도가 낮은 부분은 XOR과 같은 간단한 암호화 알고리즘을 사용하거나 사용하지 않는 선택적 암호화[9]를 통한 성능 하락을 최소한으로 막는 대책이 필요할 것으로 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	게임 핵이란?	게임 핵이란 사용자의 게임 캐릭터 능력치를 비 정상적으로 만드는 행위를 통칭한다. 예로 캐릭터 의 체력이나 공격력을 비정상적으로 높게 만드는 행위 등 있다.
	언리얼 독자 네트워크 기능의 장점은 무엇인가?	3은 현재 언리얼 엔진 내에서 키 하나를 네트워크 통신할 때의 모습을 구현한 것이다. 위와 같이 언리얼 독자 네트워크 기능은 간단하게 네트 워크 통신을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
	언리얼 엔진에서 안티-치트 사용방법은?	줄여서 안티-치트이라 서술하겠다. 안티-치트의 사용법은 설치하여 플러그인을 체크 하고 Game Instance Class를 Safe Game Instance로 지정하거나 자신이 직접 Safe Game Instance를 부모로 하는 클래스를 만들어서 사용하여도 된다.

참고문헌 (10)

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원문보기 상세보기
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원문보기 상세보기
Column 5, secure online games [Ahn Cheol-soo Research Institute], [KOCCA] Domestic Market Trends, 2010.05
Hyo-Nam Kim, "A Study on Obfuscation of the InGame Data for the Mobile Game Security", Proceedings of the Korean Society of Computer Information Conference 25(1), 179-180(2 pages), 2017.1.
Seon Min Kim, Huy Kang Kim, "A research on improving client based detection feature by using server log analysis in FPS games", Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology 25(6), 1465-1475(11 pages), 2015.12.

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Ji-Myong Nho, Jung-Min Yang, "An Efficient Packet Encryption Scheme Based on Security Requirement Level", Journal of the Korean Institute of Information Security and Cryptology v.14 no.5, pp.153-164, 2004
Epic 7 Seven Game, https://epic7.smilegatemegaport.com/

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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