[논문]스마트 그리드환경에서 전기자동차 양방향 충전기술의 보안과 개인정보 보호에 관한 연구

이성욱

doi:10.17703/2020.6.1.441

스마트 그리드환경에서 전기자동차 양방향 충전기술의 보안과 개인정보 보호에 관한 연구
Security and Privacy Protection of Vehicle-To-Grid Technology for Electric Vehicle in Smart Grid Environment 원문보기

Journal of the convergence on culture technology : JCCT = 문화기술의 융합, v.6 no.1, 2020년, pp.441 - 448

이성욱 (한남대학교 멀티미디어공학과)

초록
AI-Helper

Vehicle-to-Grid(V2G) 기술은 전기자동차의 배터리를 분산발전원 및 에너지 저장장치로의 이용하려는 기술로 스마트그리드의 주요한 한 부분을 차지하고 있다. V2G 네트워크는 양방향의 통신망을 사용함으로 피할 수 없는 보안 취약점과 개인정보보호의 문제를 가지고 있다. 본고에서는 V2G 시스템의 구조, 사용되는 개인정보, 보안취약점 및 보안 요구사항에 대해 자세히 알아보고 분석한다. 그리고 V2G 시스템의 특성을 고려하여 효율적인 V2G 시스템의 구조와 운용방안을 제안한다. 제안하는 방식은 대칭키 암호와 해쉬 알고리즘을 이용하여 개인정보의 유출을 방지하고 양방향 인증을 수행하며 개인정보 유출의 위험성을 최소화 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

With help of Vehicle-to-Grid(V2G) technology battery in electric vehicle can be used as distributed energy resource and energy storage in a smart grid environment. Several problems of security vulnerability and privacy preservation can be occurred because V2G network supports 2 way communication among all components. This paper explains and makes analysis of architecture, privacy sensitive data, security vulnerability and security requirement of V2G system. Furthermore efficient architecture and operating scheme for V2G system are proposed. This scheme uses symmetric cryptosystem and hash algorithm to support privacy preservation and mutual authentication.

주제어

표/그림 (4)

그림 그림 1. 스마트그리드 환경에서의 V2G 시스템 Figure 1. V2G system in Smart Grid Environment
그림 그림 2. V2G 시스템의 구성 Figure 2. Configuration of V2G System
표 표 1. V2G 네트워크에서 교환 되는 정보 Table 1. Informations exchanged in V2G network
그림 그림 3. 제안하는 V2G 시스템의 구성 Figure 3. Architecture of V2G system

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본고에서는 V2G 네트워크의 구조와 개인정보, 보안 취약점과 보안요구사항에 대해 알아보고 효율적인 V2G 시스템을 제안하였다. V2G 시스템은 기존의 통신 기술을 이용하기 때문에 기존의 통신네트워크 및 스마트 그리드와 같은 보안 위험성을 가지고 있다.
본고에서는 V2G 시스템의 통신망의 구조와 특성에 대해 알아보고 V2G 통신망의 보안 위협과 개인정보 보호에 대해 분석하고 개인정보 보호를 위한 V2G 시스템의 운용 방안을 설명하고 제안한다. 2장에서는 V2G 시스템의 구조와 충방전 시나리오에 대해 알아본다.

제안 방법

1. 전기자동차가 충전기에 연결되면 충전기와 통신세션을 형성하고 전기자동차의 통신 콘트롤러는 가입 자ID 와 해쉬된 차량 정보, 서비스 요청(충전 혹은 방전)을 가입자의 비밀키로 암호화 하여 충전기와 중개자를 거쳐 서비스제공자의 중앙 콘트롤 센터로 보낸다. 충전기와 중개자는 이정보를 저장하지 않고 바로 중앙의 콘트롤 센터로 전송한다.
V2G 시스템의 특성과 위에서 언급한 보안 요소들을고려하여 효율적이고 비용 부담이 적은 V2G 시스템을 제안한다. 그림3은 제안한 V2G 시스템의 구조를 보여 주고 있다.
민감한 정보인 차량고유번호(VIN), 암호 비밀키는 전기자동차나 서비스 제공자에 저장되지 않고차량고유번호와 비밀문자열의 해쉬값을 식별정보와 암호 비밀키로 이용하여 혹시 모를 전기자동차의 해킹 시에도 암호키와 식별정보가 직접적으로 유출 되지 않도록 하였다. 그리고 유출시 위험도가 큰 결재정보는 시스템에 저장되지 않고 가입자가 자신의 계좌 정보를 확인 후 직접 처리하도록 설계하였다. 처음 전기자동차가 중앙의 콘트롤 센터에 보내는 메시지의 가입자 ID정보를 제외하고는 모든 데이터가 대칭키 암호알고리즘으로 암호화 되어 보호된다.
제안하는 시스템은 전기자동 차와 서비스 제공자와의 양방향 인증을 수행하고 연산의 부담이 적은 대칭키 암호와 해쉬 알고리즘을 이용하여 정보 유출에 대비하였다. 그리고 전기자동차를 식별할 수 있는 정보의 교환을 최소화하고 민감한 결재 정보는 중앙에서 처리하도록 설계하였다. 현재 V2G 시스템은 상용화 되지 않은 단계로 상호인증, 결재시스템, 전기자동차의 이동성 관리 등 V2G 시스템의 보안 및 개인정보 보호를 위한 더 많은 연구가 이루어져야 할 것이다.
제안한 방식은 공개키 암호알고리즘보다 처리속도가빠르고 계산량이 적은 대칭키 암호알고리즘과 해쉬 알고리즘을 사용하여 효율을 높이고 전기자동차의 부담을 줄였다. 민감한 정보인 차량고유번호(VIN), 암호 비밀키는 전기자동차나 서비스 제공자에 저장되지 않고차량고유번호와 비밀문자열의 해쉬값을 식별정보와 암호 비밀키로 이용하여 혹시 모를 전기자동차의 해킹 시에도 암호키와 식별정보가 직접적으로 유출 되지 않도록 하였다. 그리고 유출시 위험도가 큰 결재정보는 시스템에 저장되지 않고 가입자가 자신의 계좌 정보를 확인 후 직접 처리하도록 설계하였다.
이 비밀번호를 미리 약속된 방식으로 해쉬 하여 가입자의 비밀키를 구한다. 이 비밀키를 이용하여 해쉬된 차량정보를 복호화한 후 계산한 해쉬값과 비교하여 서비스 사용자의 신원을 확인한다.
전기자동차의 통신 콘트롤러는 저장된 서비스제 공자의 비밀문자열을 약속된 방식으로 해쉬하여 비밀키를 구한다. 이를 이용하여 메시지를 복호화 하고 자신의 해쉬된 차량고유번호를 확인하여 서비스제공자의 신원을 확인한다. 이후 서비스에 필요한 모든 정보는 서로의 비밀키로 암호화 하여 통신한다.
사용하는 해쉬 알고리즘 또한 주기적으로 변경한다. 전기자동차와 충전기사이의 통신은 유선통신 기술인 전력선통신을 이용하여 충전기나중개자에 대한 서비스거부공격(DoS)의 가능성을 차단한다. 그리고 중앙의 콘트롤 센터는 각 지역의 중개자와 주기적으로 인증작업을 수행하여 공격자의 침입을 방지한다.
그리고 전기자동차도 새로운 망으로 이동시 정당한 서비스 제공자인지 확인후 망에 접속하여야 한다. 제안하는 시스템은 전기자동 차와 서비스 제공자와의 양방향 인증을 수행하고 연산의 부담이 적은 대칭키 암호와 해쉬 알고리즘을 이용하여 정보 유출에 대비하였다. 그리고 전기자동차를 식별할 수 있는 정보의 교환을 최소화하고 민감한 결재 정보는 중앙에서 처리하도록 설계하였다.

성능/효과

3. 서비스 요청자가 정당한 가입자로 확인되면 서비스 제공자는 해쉬된 차량고유번호, 접속승인, 서비스제공 내용 등의 정보를 서비스제공자 자신의 비밀키로 암호화 하여 전기자동차로 전송한다.
5. 서비스 종료 후 발생한 비용이나 얻은 이익은 가입자의 개인계좌에 기록되고 V2G 시스템과는 무관한 기존의 결재 시스템을 사용하여 결재서비스를 이용한다. 가입자는 인터넷을 이용하여 자신의 서비스이용 내역, 결재정보를 확인할 수 있다
처음 전기자동차가 중앙의 콘트롤 센터에 보내는 메시지의 가입자 ID정보를 제외하고는 모든 데이터가 대칭키 암호알고리즘으로 암호화 되어 보호된다. 그리고 암호화키 생성에 사용되는 비밀문자열과 해쉬 알고리즘도 일정 횟수 사용후에는 변경하여 보안을 더욱 강화 하였다. 민감한 개인정보인 가입자ID 는 통신 시작시 한번 암호화 되지않은 상태로 중앙의 관리자로 전송되지만 전력선 통신을 사용하여 전기자동차가 전기충전기와 연결되기 때문에 전기충전기에서의 도청은 매우 힘들다.
제안한 방식은 공개키 암호알고리즘보다 처리속도가빠르고 계산량이 적은 대칭키 암호알고리즘과 해쉬 알고리즘을 사용하여 효율을 높이고 전기자동차의 부담을 줄였다. 민감한 정보인 차량고유번호(VIN), 암호 비밀키는 전기자동차나 서비스 제공자에 저장되지 않고차량고유번호와 비밀문자열의 해쉬값을 식별정보와 암호 비밀키로 이용하여 혹시 모를 전기자동차의 해킹 시에도 암호키와 식별정보가 직접적으로 유출 되지 않도록 하였다.

후속연구

그리고 전기자동차를 식별할 수 있는 정보의 교환을 최소화하고 민감한 결재 정보는 중앙에서 처리하도록 설계하였다. 현재 V2G 시스템은 상용화 되지 않은 단계로 상호인증, 결재시스템, 전기자동차의 이동성 관리 등 V2G 시스템의 보안 및 개인정보 보호를 위한 더 많은 연구가 이루어져야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스마트 그리드란?	스마트 그리드[1,2]는 기존의 전력 인프라와 통신 인프라를 결합하여 수집된 전력 소비자 측의 정보를 바탕으로 효율적으로 전력망을 관리 감독하는 차세대 전력망이다. 스마트그리드는 양방향통신을 지원하며 이 통신망을 통하여 전력망의 모든 시스템을 모니터링 하고 이를 토대로 가장 효율인 방법으로 전력망을 운영을 한다.
	V2G 시스템의 중요한 구성 요소는 무엇인가?	V2G 시스템의 중요한 구성요소는 아래와 같이 전기 자동차(EV), 중개자 (Aggregator, AG), 중앙 관리자 (Control Center, CC)가 있으며 전기자동차의 인증을 위한 인증센터 (Authentication Center, AC) 와 요금 결제를 위한 과금 센터 (Billing Center, BC)가 필요하다[8,9].
	전기자동차의 인증을 위해서는 인증센터 (Authentication Center, AC) 와 요금 결제를 위한 과금 센터 (Billing Center, BC)가 필요한데, 각각은 어떤 역할을 하는가?	• 인증 센터 (Authentication Center) : 전기자동차가 올바른 서비스 가입자인지 접속 시 인증 절차를 수행하며 중앙관리센터에서 인증 서버를 설치하여 인증 절차를 수행 할 수도 있다. • 과금 센터 (Billing Center) : 전력망에 접속한전기자동차의 충전 전력량에 따라 비용을 부과한다. 기존 전력망의 과금 시스템과 달리 역전송된 전력량만큼의 금액을 서비스 가입자에게 지불하므로 양방향의 과금 시스템이 구축되어야한다.

참고문헌 (15)

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ISO 15118 manual, "Mastering the Vehicle-2-Grid(V2G) Communication Interface", https://www.v2g-clarity.com
Zhenyu Yang, Shucheng Yu, Wenjing Lou, Cong Liu "P2: Privacy-Preserving Communication and Precise Reward" IEEE Transaction On Smart Grid, Vol.2, No.4, 2011 pp. 697-706

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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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