[논문]RFID 요킹증명을 위한 인접태그 정보 획득 기법

함형민

doi:10.5392/jkca.2019.19.09.476

RFID 요킹증명을 위한 인접태그 정보 획득 기법
A Tag Proximity Information Acquisition Scheme for RFID Yoking Proof 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.19 no.9, 2019년, pp.476 - 484

함형민 (배재대학교 사이버보안학과)

초록
AI-Helper

RFID 요킹증명은 한 쌍의 태그가 동시에 스캔 되었는지를 증명한다. 단일 리더에 의해 동시에 스캔 된 태그들은 서로 인접해 있기 때문에, 요킹증명은 태그가 부착된 객체들의 물리적 인접성을 검사해야 하는 응용에서 사용된다. 현재까지 제안된 대부분의 요킹증명 기법들은 인접한 태그에 관한 사전정보가 필수적이다. 만약 인접한 태그에 관한 정보를 수집하는 과정에서 오류가 발생하면, 이후의 증명들은 모두 검증에 실패하게 된다. 그러나 현재까지 인접한 태그에 관한 정보를 얻기 위한 구체적인 방법을 제시한 연구는 아직 없다. 이 연구에서 나는 요킹증명 기법을 위한 인접태그 정보 획득 기법인 TPIA을 제안한다. 제안기법은 스캐닝영역 결정과 스캐닝영역 검증의 두 단계로 구성된다. 스캐닝영역 결정 단계에서는 태그들의 위치와 전송범위를 고려하여 태그들을 스캔할 영역의 크기와 위치를 결정하며, 스캐닝영역 검증 단계에서는 고정된 위치의 참조태그를 사용하여 태그 스캐닝이 스캐닝영역 안에서 수행되었는지 여부를 검증한다. 나는 분석에서 제안하는 스캐닝영역이 정상적인 인접태그 정보의 획득을 보장하며, 스캐닝영역 검증이 스캐닝영역의 변형과 이탈을 감지하는 것을 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper

RFID yoking proof proves that a pair of tags is scanned at the same time. Since the tags scanned simultaneously by a single reader are adjacent to each other, the yoking proof is used in applications that need to check the physical proximity of tagged objects. Most of the yoking proof schemes require pre-knowledge on adjacent tags. If an error occurs in the process of collecting information about adjacent tags, all subsequent proofs will fail verification. However, there is no research that suggests specific methods for obtaining information about adjacent tags. In this study, I propose a tag proximity information acquisition scheme for a yoking proof. The proposed method consists of two steps: scanning area determination and scanning area verification. In the first step, the size and position of the area to scan tags is determined in consideration of position and transmission range of the tags. In the next step, whether tag scanning is performed within the scanning area or not is verified through reference tags of the fixed position. In analysis, I show that the determined scanning area assures acquisition of adjacent tag information and the scanning area verification detects deformation and deviation of the scanning area.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이 연구에서 나는 요킹증명 기법을 위한 인접태그 정보 획득 기법인 TPIA을 제안하였다. 제안기법은 인접한 태그들의 위치와 전송범위를 기반으로 정의된 스캐닝영역과, 스캐닝 영역 주변에 배치된 참조태그를 통해 일부스캔 문제와 원거리 스캔 문제가 없는 인접태그 정보 획득을 보장한다.
이 연구에서는 요킹증명 기법에서 올바른 사전지식 구축을 보장하기 위한 인접태그 정보 획득 기법을 제안한다. 제안기법은 두 가지 핵심단계로 구성된다.
이 절에서 나는 요킹증명의 초기 단계에서 올바른 사전지식 구축을 위한 인접태그 정보 획득 기법을 제안한다. 제안기법은 스캐닝영역 결정, 스캐닝위치 검증의 두 가지 단계로 구성된다.
증명. 전송범위를 확장하여 스캐닝영역의 바깥에서 인접한 두 태그를 스캔하는 리더를 생각해보자. 제안기법에서, 스캐닝영역의 바깥쪽 경계면은 외부참조태그의 수신범위로 커버된다[그림 5].

가설 설정

리더는 인접태그로부터 인접태그 정보를 얻기 위해, 두 가지 조건을 만족해야 한다. 1) 우선 리더는 정의된 스캐닝영역과 동일한 크기의 통신범위를 가져야 한다. 즉, 리더의 통신범위는 반지름 length(L_TagAB)/2 의 원 R_Rd 이다.
1. 리더는 스캐닝포인트에서 태그를 스캔한다.
즉, 리더의 통신범위는 반지름 length(L_TagAB)/2 의 원 R_Rd 이다. 2) 또한 리더는 L_TagAB의 중심에 위치해야한다. 즉, 리더는 R_TagA의 중심점으로부터, length(L_TagAB)/2의 지점에 위치해야한다.
2. 리더는 r_A를 질의메시지 right_proof와 함께 Tag_B에게 전달한다.
4. 리더는 r_B를 Tag_A에게 전달한다.
인접 태그 정보 획득 비용은 태그의 통신횟수와 태그가 증명생성 과정에서 수행해야 하는 연산의 종류와 각 연산수행 횟수로 비교하였다. f, MAC, PRNG, XOR, Shift, Nun은 각각 암호학적 해쉬함수, MAC함수, 의사난수 생성기, XOR연산, Shift연산, Lightweigt PRNG[5]를 의미하며, 각 연산들의 f, MAC, PRNG의 수행비용이 XOR, Shift, Nun보다 상대적으로 높다고 가정한다. 암호화와 복호화가 가능한 태그를 사용하는 [12-17]의 기법들은 비용분석에서 제외하였다.
이 절에서는 제안하는 인접태그 정보 획득 기법의 효율성을 보이기 위해, 제안기법의 태그응답 및 태그연산 횟수를 기존에 제안된 요킹증명 분석 프로토콜들의 비용과 비교 분석한다. 기존의 기법들은 인접태그 정보를 획득하기 위한 별도의 방법이 없음으로, 인접한 태그들의 증명생성과 동일한 과정을 통해 인접태그 정보를 획득한다고 가정한다. 이 때 리더는 스캐닝영역에서 증명을 생성하며 인접태그들은 일부스캔과 원거리스캔 문제없이 스캔 되었다고 가정한다.
기존의 기법들은 인접태그 정보를 획득하기 위한 별도의 방법이 없음으로, 인접한 태그들의 증명생성과 동일한 과정을 통해 인접태그 정보를 획득한다고 가정한다. 이 때 리더는 스캐닝영역에서 증명을 생성하며 인접태그들은 일부스캔과 원거리스캔 문제없이 스캔 되었다고 가정한다.

제안 방법

1. 리더는 타임스탬프를 생성하고, 타임스탬프와 질의메시지를 브로드캐스트 한다.
2. 검증자는 스캐닝결과에 내부참조태그가 포함되었는지 확인한다. 내부참조태그가 포함되지 않은 스캐닝결과는 무시한다.
2. 태그들은 타임스탬프와 질의메시지를 수신하고, 자신의 ID와 타임스탬프로 응답한다.
3. 검증자는 스캐닝결과에 외부참조태그가 포함되었는지 확인한다. 외부참조태그가 포함된 스캐닝결과를 무시한다.
검증자는 Tag_A와 Tag_B의 ID, 비밀키를 포함하여 증명생성에 필요한 지식들을 사전에 알고 있다. 검증자는 이 사전지식을 통해 수신한 증명과 동일한 증명을 생성하고 이들을 비교한다. 수신한 증명과 생성한 증명이 동일하다면 검증이 성공한 것이다.
우선 리더는 인접한 한 쌍의 태그를 스캔하고, 스캐닝 결과를 원격지의 검증자에게 전송한다. 검증자는 태그의 ID, 비밀키, 태그의 인접성 같은 사전지식을 통해 태그들이 동시에 스캔 되었는지를 검증한다. 이 중에서도 특히 인접한 태그들에 대한 사전 지식은 요킹증명을 검증하기 위해 필수적이며, 이 때문에 초기 단계에서부터 오류없이 정확하게 수집되고 보호되어야 한다.
본 논문에서는 요킹증명 기법들을 인접태그 정보의 사용 여부에 따라 두 가지 유형으로 분류한다. 첫 번째는 초기 요킹증명, 다른 하나는 반복적 요킹증명이다.
지정된 스캐닝영역을 벗어난 리더의 스캐닝결과는 사전지식에 포함되지 않아야 한다. 스캐닝영역 검증은 고정된 위치의 참조태그를 통해, 리더가 스캐닝영역에서 태그를 스캔했는지 검증한다. 좀 더 자세하게, 스캐닝영역 검증은 다음 두 가지 잘못된 경우를 감지한다
제안기법은 스캐닝영역 결정, 스캐닝위치 검증의 두 가지 단계로 구성된다. 스캐닝영역 단계에서는 인접태그들을 스캔할 영역을 결정하고, 스캐닝영역 검증 단계에서는 지정된 영역에서 태그스캐닝이 수행되었는지 검증한다
이 비밀키를 모르는 공격자는 증명을 생성할 수 없음으로 증명위조를 방지할 수 있다. 여기에 더해, 이 프로토콜은동시에 스캔 되지 않은 두 개의 응답이 합쳐지는 경우를 방지하기 위해 증명생성 시간을 제한하는 타임아웃을 사용했다. 타임아웃이 발생하면 태그는 증명생성 과정을 종료한다.
이 절에서는 제안하는 인접태그 정보 획득 기법의 효율성을 보이기 위해, 제안기법의 태그응답 및 태그연산 횟수를 기존에 제안된 요킹증명 분석 프로토콜들의 비용과 비교 분석한다. 기존의 기법들은 인접태그 정보를 획득하기 위한 별도의 방법이 없음으로, 인접한 태그들의 증명생성과 동일한 과정을 통해 인접태그 정보를 획득한다고 가정한다.
[표 2]는 제안기법 TPIA와 기존의 요킹증명 기법들의 인접태그 정보 획득 비용을 비교한 결과이다. 인접 태그 정보 획득 비용은 태그의 통신횟수와 태그가 증명생성 과정에서 수행해야 하는 연산의 종류와 각 연산수행 횟수로 비교하였다. f, MAC, PRNG, XOR, Shift, Nun은 각각 암호학적 해쉬함수, MAC함수, 의사난수 생성기, XOR연산, Shift연산, Lightweigt PRNG[5]를 의미하며, 각 연산들의 f, MAC, PRNG의 수행비용이 XOR, Shift, Nun보다 상대적으로 높다고 가정한다.
제안기법은 기존의 요킹증명 기법들이 지원하지 않는 일부스캔과 원거리 스캔 문제를 감지하기 위해 두 종류의 참조태그들을 사용한다. 그러나 이 참조태그들은 스캔영역이 정의된 후에 스캔영역 주변에 배치되면 반영구적으로 사용되며, 인접태그 정보 획득을 위해 스캔 되어야 하는 태그들의 메모리, 통신횟수, 그리고 연산횟수에 영향을 끼치지 않는다.
이 절에서 나는 요킹증명의 초기 단계에서 올바른 사전지식 구축을 위한 인접태그 정보 획득 기법을 제안한다. 제안기법은 스캐닝영역 결정, 스캐닝위치 검증의 두 가지 단계로 구성된다. 스캐닝영역 단계에서는 인접태그들을 스캔할 영역을 결정하고, 스캐닝영역 검증 단계에서는 지정된 영역에서 태그스캐닝이 수행되었는지 검증한다
이 연구에서 나는 요킹증명 기법을 위한 인접태그 정보 획득 기법인 TPIA을 제안하였다. 제안기법은 인접한 태그들의 위치와 전송범위를 기반으로 정의된 스캐닝영역과, 스캐닝 영역 주변에 배치된 참조태그를 통해 일부스캔 문제와 원거리 스캔 문제가 없는 인접태그 정보 획득을 보장한다. 나는 분석에서 TPIA가 정상적인 인접태그 정보의 획득을 보장하며, 스캐닝영역의 변형과 이탈을 효과적으로 감지할 수 있다는 것을 보였다.
제안하는 스캐닝영역 검증기법은 위의 두 가지 잘못된 경우를 감지하기 위해 두 종류의 참조태그를 사용한다. 첫 번째는 스캐닝영역 내부의 참조태그이고, 두 번째는 스캐닝영역 외부의 참조태그이다.

성능/효과

암호화와 복호화가 가능한 태그를 사용하는 [12-17]의 기법들은 비용분석에서 제외하였다. TPIA는 기존기법들과 비교했을 때 상대적으로 가장 낮은 수준의 통신횟수와 연산횟수를 요구하는 것을 확인할 수 있다.
그러므로, 스캐닝영역의 바깥쪽 경계면에서의 태그스캐닝결과는 외부참조 태그의 응답을 포함하게 된다. 검증자는 외부참조 태그의 응답을 통해 리더가 스캐닝영역 바깥에서 태그스캐닝을 수행한 사실을 감지할 수 있다. □
이후에 제안된 요킹증명 기법들은 안전한 증명의 생성과 검증을 보장하면서 다양한 응용으로 요킹증명을 확장하였다. [10][12]의 기법들은 리더와 검증자의 연결이 불안정한 환경에서의 증명생성과 검증을 보장하기 위해 제안되었으며, [13][14]의 기법들은 물류추적 및 관리를 위해 제안되었다.

후속연구

이 같은 TPIA의 특성들은 태그인접정보가 필수적인 요킹증명 기법들의 안전한 증명생성을 보장한다. 또한 다양한 산업분야에 요킹증명 기법의 적용을 용이하게 하며, 실시간 물류 추적과 제품 검수의 정확도 향상에 도움을 줄 것으로 기대된다. TPIA는 스캐닝영역을 2차원 평면으로 가정하고 있으나, 실제 환경에서는 태그 쌍, 참조태그, 그리고 리더들의 위치에 고저 차가 존재할 수 있으며, 환경에 따라 제안기법의 성능에 변동이 있을 가능성이 있다.
TPIA는 스캐닝영역을 2차원 평면으로 가정하고 있으나, 실제 환경에서는 태그 쌍, 참조태그, 그리고 리더들의 위치에 고저 차가 존재할 수 있으며, 환경에 따라 제안기법의 성능에 변동이 있을 가능성이 있다. 향후에는 제안기법의 정확한 성능을 분석하고 개선하기 위해, 표준규격의 RFID 장비들을 이용하여 시스템을 구현하고 다양한 관점에서 성능분석을 위한 실험이 수행되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	요킹증명 기법에서 제안된 기법들은 무엇이며 무슨 역할을 하는가?	제안기법은 두 가지 핵심단계로 구성된다. 첫 번째는 스캐닝영역 결정이다. 이 단계에서는 태그들의 위치와 전송범위를 고려하여, 리더의 위치와 리더의 전송 범위를 결정한다. 두 번째는 스캐닝위치 검증이다. 이 단계에서는 고정된 위치의 참조태그를 통해 리더가 스캐닝한 위치를 검증한다. 나는 제안기법의 건전성을 증명하기 위해 잘못된 사전지식을 획득하게 되는 두 가지 경우를 정의하고, 제안기법이 이 잘못된 경우들을 효과적으로 예방하고 감지할 수 있음을 보인다.
	RFID의 장점은?	RFID(Radio Frequency Identification) 는 무선통신을 이용하여 자동화된 객체식별을 제공하는 기술이다. RFID는 자동화된 객체식별과 함께 객체의 추적과 모니터링을 요구하는 동물 추적, 물류 관리 같은 응용에서 사용될 수 있으며, 이 같은 장점 때문에 RFID를 이용한 상용솔루션과 연구 결과가 지속적으로 발표되고 있다.
	RFID란 무엇인가?	RFID(Radio Frequency Identification) 는 무선통신을 이용하여 자동화된 객체식별을 제공하는 기술이다. RFID는 자동화된 객체식별과 함께 객체의 추적과 모니터링을 요구하는 동물 추적, 물류 관리 같은 응용에서 사용될 수 있으며, 이 같은 장점 때문에 RFID를 이용한 상용솔루션과 연구 결과가 지속적으로 발표되고 있다.

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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