[논문]IoT 환경에서 안전한 통신을 위한 인증 및 그룹 키 관리 기법

민소연; 이재승

doi:10.5762/kais.2019.20.12.76

초록
AI-Helper

인터넷의 기술의 발전과 스마트 디바이스의 보급은 사람들에게 편리한 환경을 제공해 주고 있으며, 이는 IoT라는 기술로 보편화 되고 있다. 그러나 IoT 기술의 발전과 수요는 이를 악용한 해커들의 공격으로 인해 개인 정보 유출과 같은 다양한 문제를 야기시키고 있다. 수많은 디바이스들이 네트워크에 연결되는 환경이 조성되었고, 기존 PC 환경에서 악용되던 네트워크 공격이 IoT 환경에서 발생하고 있다. 실제 IP 카메라의 경우 해킹을 통해 DDoS 공격을 진행하거나, 개인정보 유출, 동의 없이 모니터링 하는 등의 보안사고가 발생하고 있다. 이제는 IP카메라나 태블릿 등 IoT 환경에서 활용되는 다양한 스마트 기기가 네트워크 공격에 활용될 수 있음을 확인할 수 있다. 하지만, IoT 환경에서 소형 디바이스들이 가지는 특성상 Memory 공간이나 Power 등이 제한되어 있어 기존 보안 솔루션 설치 및 실행에 어려움을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 IoT 환경에서 발생할 수 있는 보안 위협에 대해 살펴보고 이를 방지할 수 있는 보안프로토콜을 제안한다. 제안하는 프로토콜은 보안평가를 통해 네트워크에서 발생할 수 있는 다양한 보안 위협에 대응 가능함을 확인할 수 있었다. 또한, 에너지 효율성 분석을 기존 보안 알고리즘으로 활용되는 ECC, RSA, Kerberos 등에 비해 디바이스 증가에 따른 인증 속도에서 최소 2배 이상의 속도가 개선되는 등 디바이스 수의 증가에 따라 인증 시간이 가파르게 감소함을 확인할 수 있었다. 따라서 본 프로토콜을 IoT 환경에 적용한다면 효율적인 운영이 가능할 것으로 기대 된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The development of Internet technology and the deployment of smart devices provide a convenient environment for people, and this is becoming common with the technology called the Internet of Things (IoT). But the development of, and demand for, IoT technology is causing various problems, such as per...

The development of Internet technology and the deployment of smart devices provide a convenient environment for people, and this is becoming common with the technology called the Internet of Things (IoT). But the development of, and demand for, IoT technology is causing various problems, such as personal information leaks due to the attacks of hackers who exploit it. A number of devices are connected to a network, and network attacks that have been exploited in the existing PC environment are occurring in the IoT environment. When it comes to IP cameras, security incidents (such as distributed denial of service [DDoS] attacks, hacking someone's personal information, and monitoring without consent) are occurring. However, it is difficult to install and implement existing security solutions because memory space and power are limited owing to the characteristics of small devices in the IoT environment. Therefore, this paper proposes a security protocol that can look at and prevent IoT security threats. A security assessment verified that the proposed protocol is able to respond to various security threats that could arise in a network. Therefore, it is expected that efficient operation of this protocol will be possible if it is applied to the IoT environment.

Keyword

표/그림 (7)

표 Table 1. Proposed Notation
그림 Fig. 1. Registration process
그림 Fig. 2. Authentication process
그림 Fig. 3. Re-Authentication Performance
표 Table 2. Security Analysis
표 Table 3. Performance Analysis
표 Table 4. Re-Authentication Performance Analysis

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 본 논문에서는 사물인터넷 환경에서 안전하게 통신을 위한 인증 및 키 교환 기법을 제안하며, 메모리나 연산 능력의 한계로 기존의 보안 프로토콜 적용이 어려운 디바이스들에 대한 적용 가능한 인증 기법을 제안한다.

제안 방법

본 논문에서 디바이스, 사용자 및 인증센터 입장에서 사용자 코드(User Code)와 랜덤(Random Data), 실시간 요청 시간(Real Time) 값 등을 활용하여 안전한 인증프로토콜을 제안한다.
기존 PC환경에서 활용되던 악성코드나 해킹의 방법들이 대상을 확대하여 IoT 디바이스들에 번번히 시도되고 있으며, 수많은 피해를 야기시켰지만, IoT디바이스들이 가지고 있는 성능 및 메모리, 파워 등의 한계로 인해 기존 PC환경의 보안 프로토콜을 적용하는데 어려움을 가지고 있다. 따라서, 본 논문은 IoT환경이 가지는 특성을 고려하여 보안 프로토콜을 설계하였으며, 성능평가를 통해 보안성 및 퍼포먼스의 적합성을 확인하였다. 그러므로, 제안하는 프로토콜을 적용한다면 미래 인터넷 환경에서 효율적인 보안 시스템 제공이 가능할 것으로 기대 된다.

대상 데이터

키를 분배하는 방법은 k-1차 다항식을 이용한다. 본 논문에서는 가장 간단한 구조인 사용자, 인증센터, 디바이스 3개의 요소를 기반으로 예시를 들고 있으며, 그룹이 형성될수록 강력한 인증 체계를 가질 수 있다

성능/효과

인가되지 않은 사용자가 디바이스-디바이스 및 사람-디바이스 등이 통신하는 과정에서 생성되는 메시지를 탈취하여 재사용하는 공격으로, 메시지를 탈취 하더라도 지속적인 난수 교환을 통해 이전의 전송 값이 활용되지 못하도록 인증하는 것이 가능하다. 또한, 본 논문에서는 인증 절차 과정에서 타임스탬프를 전송하도록 가정하고 있으므로, 이전 시간에 보내진 정보에 대해 검증이 가능하다
네트워크상에서 사용자 및 디바이스의 식별 정보들을 인가된 사용자처럼 위장하여 상대방을 속이는 공격 방식으로, 이미 사전 통신 과정에서 인증 절차를 진행하며, 스푸핑 공격을 받더라도 초기 인증 절차에서 공유하고 있는 각 노드 간 비밀 값을 알지 못하기 때문에 해당 공격에 대하여 안전성을 가진다.
제안하는 프로토콜의 인증 및 재인증 과정에서 연산속도에 대한 성능평가를 기존 환경에서 활용되는 잘 알려진 암호화 알고리즘과 함께 비교 분석하여 Table 3, Table4 에 정의하였다. 제안하는 프로토콜은 적은 수의 디바이스 상황에서는 기존 알고리즘과 큰 차이가 없지만, 디바이스 수의 증가에 따라 그룹 키 활용에 따른 효율성이 증대됨을 확인할 수 있었다. 특히, 초기 인증의 경우 기존에 빠르다고 알려진 ECC 알고리즘과 거의 차이가 없지만, 재인증 과정에서는 그룹 키 활용을 통해 수치적으로 큰 차이를 나타내고 있다.

후속연구

따라서, 본 논문은 IoT환경이 가지는 특성을 고려하여 보안 프로토콜을 설계하였으며, 성능평가를 통해 보안성 및 퍼포먼스의 적합성을 확인하였다. 그러므로, 제안하는 프로토콜을 적용한다면 미래 인터넷 환경에서 효율적인 보안 시스템 제공이 가능할 것으로 기대 된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	사물인터넷에서는 어떤 보안 사고가 발생하는가?	단, 이러한 발전에 맞춰 이를 악용하는 사례들도 등장하고 있다. 사물인터넷이 가지는 네트워크나 디바이스 자체의 취약점 등을 악용해 해킹을 하거나 개인정보를 유출하고,DDoS 공격에도 악용하는 등 다양한 보안 사고를 발생시키고 있다. 실제 현재 사용 하는 사물인터넷 디바이스들은 기존 PC 및 모바일, 태블릿 등에 비해 상당히 낮은 수준의 Process Power 및 Memory 등을 활용하고 있어, 기존의 보안 프로토콜을 적용하는데 한계를 가지고 있다[1,2].
	사물인터넷의 정의는?	사물인터넷은 디바이스들에 네트워크 연결 기능을 내장하여 사람과 사물, 사물과 사물 등을 인터넷에 연결하여 무선 네트워크를 통해 사물을 연결하여 통신하는 기술을 의미한다. 각각의 디바이스들은 네트워크에 연결되어 데이터를 수집하고, 전달하며 최근에는 수집된 데이터를 분석하고 학습하여 의미 있는 가공된 데이터를 사용자에게 제공하는 등 다양한 형태로 발전되고 있다.
	사물인터넷 디바이스의 취약점을 이용한 문제를 해결하기 위한 대책 마련이 어려운 이유는 무엇인가?	이렇듯 현재 사물인터넷 디바이스의 취약점을 이용한 문제가 다양하게 발생하고 있으며, 이러한 문제를 방지하기 위해 디바이스 보안 내재화 적용을 해야 하지만 쉽지가 않다. 활용 용도에 따라 디바이스 크기가 제한돼 있어서 충분한 메모리나 파워를 탑재하기 힘들고, 이로 인해 보안 솔루션 설치를 실행하기가 어렵고 물리적 접근이 쉬워서 인증·암호키를 보호하기도 더욱더 어렵다. 이에 따라, 사물인터넷 디바이스를 이용한 개인정보 유출이나 DDoS 공격은 앞으로도 지속적으로 발생될 것으로 보인다.

참고문헌 (12)

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KHAN, Minhaj Ahmad; SALAH, Khaled. IoT security: Review, blockchain solutions, and open challenges. Future Generation Computer Systems, 2018, 82: 395-411. DOI : https://doi.org/10.1016/j.future.2017.11.022

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