[논문]무선 네트워크 환경에서 기기 관리 및 사용자 인증을 위한 안전한 통신 프레임워크 설계

박중오

doi:10.17662/ksdim.2019.15.2.043

무선 네트워크 환경에서 기기 관리 및 사용자 인증을 위한 안전한 통신 프레임워크 설계
A Design of Secure Communication Framework for Device Management and User Authentication in Wireless Network Environment 원문보기

디지털산업정보학회논문지 = Journal of the Korea Society of Digital Industry and Information Management, v.15 no.2, 2019년, pp.43 - 52

박중오 (성결대학교 파이데이아학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The recent technological developments of smart devices, multiple services are provided to enhance the users' quality of life including smart city, smart energy, smart car, smart healthcare, smart home, and so on. Academia and industries try to provide the users with convenient services upon seamless technological research and developments. Also, whenever and wherever a variety of services can be used without any limitation on the place and time upon connecting with different types of devices. However, security weaknesses due to integrations of multiple technological elements have been detected resulting in the leakage of user information, account hacking, and privacy leakage, threats to people's lives by device operation have been raised. In this paper, safer communication framework is suggested by device control and user authentication in the mobile network environment. After implementations of registration and authentication processes by users and devices, safe communication protocol is designed based on this. Also, renewal process is designed according to the safe control of the device. In the performance evaluation, safety was analyzed on the attack of protocol change weakness occurred in the existing system, service halt, data leakage, illegal operation control of message, and so on, which confirmed the enhanced speed approximately by 8% and 23% in the communication and verification parts, respectively, compared to the existing system.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

그러므로 본 논문에서는 무선네트워크 환경에서 안전한 기기 관리 및 사용자 인증을 위한 통신 프레임워크를 설계한다. 그리고 무선 네트워크 환경에서 발생하는 취약점 및 공격기법에 대한 안전성을 분석하고, 기존 시스템 환경과의 효율성 비교분석을 수행한다.
본 논문에서는 무선 네트워크 환경에서 안전한 기기 관리 및 사용자 인증을 통한 통신 프레임워크를 설계하였다. 디바이스 등록 및 사용자 인증 절차를 수행 후 이를 기반으로 안전한 통신 프로토콜을 제안하였다.
본 장에서는 무선 네트워크 환경에서 안전한 기기 관리 및 사용자 인증을 위한 통신 프레임워크를 설계한다. 디바이스, 게이트웨이, 서비스 제공자, 인증센터, 사용자에 대해서 구성되어 있다.

가설 설정

3. 식별값을 수신받은 게이트웨이는 사용자로부터 인증값을 요청한다.
8. 서비스 제공자는 게이트웨이로부터 등록 요청 메시지를 전송한다.

제안 방법

디바이스, 게이트웨이, 서비스 제공자, 인증센터, 사용자에 대해서 구성되어 있다. 기기 등록 및 인증 절차를 수행 후 안전한 통신프로토콜을 설계하였으며, 기기 관리에 대한 갱신 값 관리 프로토콜을 제안하였다. 아래 절에 대한 프로토콜에 대한 약어는 <표 1>과 같다.
본 논문에서는 무선 네트워크 환경에서 안전한 기기 관리 및 사용자 인증을 통한 통신 프레임워크를 설계하였다. 디바이스 등록 및 사용자 인증 절차를 수행 후 이를 기반으로 안전한 통신 프로토콜을 제안하였다. 이후 디바이스 관리를 안전하게 수행하기 위한 갱신 및 관리 절차를 설계하여 사용자로부터 안전한 메시지를 전송을 수행하도록 하였다.
본 절에서는 무선 네트워크 환경의 발생하는 프로토콜 변환 취약점 공격, 서비스 마비, 데이터 유출, 메시지 불법 동작 제어, 인터페이스 취약점, 물리적 탈취와 같은 공격에 대한 안전성 평가를 서술한다.
사용자는 게이트웨이로부터 수집된 데이터를 안전하게 수신받기 위한 메시지 프로토콜을 제안한다. 앞절에서 생성된 인증값을 기반으로 메시지를 전송하며, 데이터의 무결성 검증을 수행한다.
인터페이스 취약점 : 사용자가 무선 네트워크 환경의 게이트웨이를 접근을 위한 인터페이스의 취약점을 활용하여 관리자 권한 탈취 등과 같이 피해가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 사용자 인증과정의 User_IV, User_CV, SP_CV에 대한 검증을 수행하며,디바이스 갱신 및 관리 절차에서 Gateway_IV와 인증 센터의 생성한 Time stamp를 검증을 수햄함으로써 인터페이스 취약점을 보완하였다.
서비스 마비 : 무선 네트워크 상의 대표적인 공격으로서 취약점을 이용한 jamming 공격을 통해 게이트웨이와 디바이스 사이의 통신을 불가능하게 하는 공격을 말한다. 이를 방지하기 위해서 서비스 제공자와 인증센터로부터 User_CV, User_Auth, Device_IV에 대한 검증을 수시로 갱신 및 관리를 수행함으로써 출처 불명의 디바이스에 대한 통신을 수행하지 못하도록 한다.
디바이스 등록 및 사용자 인증 절차를 수행 후 이를 기반으로 안전한 통신 프로토콜을 제안하였다. 이후 디바이스 관리를 안전하게 수행하기 위한 갱신 및 관리 절차를 설계하여 사용자로부터 안전한 메시지를 전송을 수행하도록 하였다.
제안한 통신 프레임워크에 따른 성능 분석을 수행하기 위해서 무선 네트워크 환경뿐 만아니라 사물 인터넷 환경에서 발생하는 프로토콜 변환 취약점 공격, 서비스 마비, 데이터 유출, 메시지 불법 동작 제어, 인터페이스 취약점, 물리적 탈취와 같은 공격기법 및 취약점에 안전성 분석을 수행하였다. 그리고 기존 시스템과 제안한 통신 프로토콜과의 효율성 분석을 수행하여 기존 시스템 대비 암호화 성능 분석 약 24%, 통신 프로토콜 대비 약 8%, 검증 분석 및 관리 절차에 대한 23%의 높은 효율성을 확인 할 수 있었다.

데이터처리

그러므로 본 논문에서는 무선네트워크 환경에서 안전한 기기 관리 및 사용자 인증을 위한 통신 프레임워크를 설계한다. 그리고 무선 네트워크 환경에서 발생하는 취약점 및 공격기법에 대한 안전성을 분석하고, 기존 시스템 환경과의 효율성 비교분석을 수행한다.
본 논문의 제안한 통신 프레임워크 상 프로토콜의 효율성을 분석하기 위해서 윈도우(Windows 10 Home Standard 64 bit) Intel(R) Core i7-4970(3.6GHz), 8.00 GB 환경에서 Java 기반의 암‧복호화 성능을 비교분석 하였다. 기존 시스템의 활용한 암호화 프로토콜의 대한 성능분석과 제안한 통신프로토콜의 성능을 비교분석한 내용은 <표 2>와 같다.
암호화, 복호화, 메시지 통신 프로토콜 과정, 서명검증, 관리 시스템 절차에 따른 비교분석을 수행하였으며, 수치는 nanosecond로 표현하였다. 기존의 시스템 대비 암호화 및 복호화에서는 약 24%, 전체 통신프로토콜 대비 약 8%, 검증 분석 및 관리 프로토콜 대비 약 23%의 높은 효율성을 확인 할 수 있었다.

성능/효과

제안한 통신 프레임워크에 따른 성능 분석을 수행하기 위해서 무선 네트워크 환경뿐 만아니라 사물 인터넷 환경에서 발생하는 프로토콜 변환 취약점 공격, 서비스 마비, 데이터 유출, 메시지 불법 동작 제어, 인터페이스 취약점, 물리적 탈취와 같은 공격기법 및 취약점에 안전성 분석을 수행하였다. 그리고 기존 시스템과 제안한 통신 프로토콜과의 효율성 분석을 수행하여 기존 시스템 대비 암호화 성능 분석 약 24%, 통신 프로토콜 대비 약 8%, 검증 분석 및 관리 절차에 대한 23%의 높은 효율성을 확인 할 수 있었다.
암호화, 복호화, 메시지 통신 프로토콜 과정, 서명검증, 관리 시스템 절차에 따른 비교분석을 수행하였으며, 수치는 nanosecond로 표현하였다. 기존의 시스템 대비 암호화 및 복호화에서는 약 24%, 전체 통신프로토콜 대비 약 8%, 검증 분석 및 관리 프로토콜 대비 약 23%의 높은 효율성을 확인 할 수 있었다.
프로토콜 변환 취약점 공격 : 무선 네트워크 환경의 디바이스는 성능 제약으로 인한 고기능성 프로토콜의 전환하는 가정의 보안위협이 발생한다. 이를 해결하기 위해서 제안한 통신 프로토콜의 Gateway_IV와 ASCV검증을 수행함으로써 프로토콜 변환 취약점을 보완할 수 있다.

후속연구

마지막으로 제안한 통신 프레임워크를 다양한 환경에 접목하기 위한 꾸준한 연구가 필요하고, 신규 및 변종 공격에 대비하여 보다 안전하게 효율성 높은 서비스를 사용자로부터 제공하기 위한 보안정책이 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	프로토콜 변환 취약점 공격을 해결하는 방법은?	프로토콜 변환 취약점 공격 : 무선 네트워크 환경의 디바이스는 성능 제약으로 인한 고기능성 프로토콜의 전환하는 가정의 보안위협이 발생한다. 이를 해결하기 위해서 제안한 통신 프로토콜의 \(Gateway_{IV}\)와\(AS_{CV}\)검증을 수행함으로써 프로토콜 변환 취약점을 보완할 수 있다.
	사용자 인증을 수행하기 위한 검증 값 전송을 위해 사용되는 것은?	사용자는 기기 등록 및 사용자 인증을 수행하기 위해서 게이트웨이를 통해 서비스 제공자로부터 신원확인 및 검증값을 전송한다. 이후 인증센터로부터 생성된 값을 기반으로 기기를 등록하고, 사용자 인증에 대한 완료 메시지를 수신 후 절차를 마친다.
	사용자가 신원확인 및 검증값을 전송 한 이후의 절차는 어떻게 구성되는가?	사용자는 기기 등록 및 사용자 인증을 수행하기 위해서 게이트웨이를 통해 서비스 제공자로부터 신원확인 및 검증값을 전송한다. 이후 인증센터로부터 생성된 값을 기반으로 기기를 등록하고, 사용자 인증에 대한 완료 메시지를 수신 후 절차를 마친다. 아래의 <그림 1>은 기기 등록 및 사용자 인증 절차에 대한 제안한 프로세스이다.

참고문헌 (8)

Security Requirements for the Smart Phone Security Management Product, TTA.Ko-12.0265, TTA, 2014.
Security Requirements for IoT Gateway, TTAK.KO-12.0297, 2016.
Keun-Ho Lee, "A Security Threats in Wireless Charger Systems in M2M", Journal of the Korea Convergence Society, Vol. 4, No. 1, 2013, pp. 27-31.
임철수, "IoT 서비스 활용사례 분석 및 산업 활성화 이슈," 한국차세대컴퓨팅학회, 한국차세대컴퓨팅학회논문지, 제11권, 제6호, 2015, pp. 41-50.
유재학,"사물 웹(WoT) 융합 기술 및 표준화 동향", 정보통신산업진흥원, 주간기술동향, 2014.
류호석？곽진, 스마트홈에서의 보안 위협 및 보안 요구사항 분석, 한국인터넷정보학회 추계학술대회 논문집, 2014.
D. Gessner, A. Olivereau, A. Salinas Segura, A. Serbanati, 'Trustworthy Infrastructure Services for a Secure and Privacy-respecting Internet of Things,' IEEE Conference on Trust, Security and Privacy, 2012.
Internet of Things Architecture, www.iot-a.eu/public

저자의 다른 논문 :

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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