[논문]간접 패턴을 이용하는 스마트폰 보안 키패드 설계

최동민

doi:10.9717/kmms.2022.25.7.932

간접 패턴을 이용하는 스마트폰 보안 키패드 설계
Design of Smartphone Secure Keypad Using Indirect Pattern 원문보기

멀티미디어학회논문지 = Journal of Korea Multimedia Society, v.25 no.7, 2022년, pp.932 - 944

최동민 (Div. of Undeclared Majors, Chosun University)

Abstract ▼ AI-Helper

Smartphones, are currently equipped with high-performance hardware to process large amounts of data and provide most of the functions provided by desktop PCs. In addition, the smartphones enable quick user authentication through biometric information collected from embedded sensors. However, the biometric authentication method is sometimes rejected due to social and cultural environment, security vulnerabilities, and misrecognition rate. Thus, conventional authentication methods such as PIN and pattern authentication are still mainly used. Consider the latest foldable and bendable smartphones. These devices may be vulnerable to social engineering attacks as they use conventional authentication methods without considering their form factors. In this study, therefore, we propose an authentication method using partial elements of PIN and pattern authentication as a way to increase the security of the conventional authentication methods and consider the recent form factors. According to the performance evaluation results, our method provides improved safety compared to the conventional methods.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Conventional authentication methods. (a) personal identification number, (b) secure keypad, and (c) pattern.
그림 Fig. 2. UI of conventional authentication methods. (a) Dual touch, (b) indirect keypad, and (c) behavior recognition-based PIN.
그림 Fig. 3. Comparison of UI displayed on the screen of the proposed scheme. (a) Normal and (b) randomized key positions.
그림 Fig. 4. Authentication process of proposed keypad.
그림 Fig. 5. Pseudo code of proposed keypad generation and user authentication phase.
그림 Fig. 6. Indirect pattern input when the starting position is '1'. (a) Tap the screen for '1', (b) check direction from starting position to next password '2', (c) draw line in correct direction for '2', (d) check and choose the first way from '1' to next password '3', (e) second way from '1' to next password '3', (f) draw first line for '3' according to (d), (g) draw second line for '3' according to (d), (h) check and choose the first way from '1' to next '4', (i) second way from '1' to next '4', (j) draw first line for '4' according to (h), (k) draw second line for '4' according to (h), and (l) touch the return button.
그림 Fig. 7. Indirect pattern input when the starting point is '3'. (a) check direction from starting position '3' to next password '1', (b) draw a line for '1' according to (a), (c) check direction from starting position '3' to next password '2', (d) draw a line for '2' according to (c), (e) tap the screen for starting position '3', (f) check direction from starting position '3' to next password '4', (g) draw a line for '4' according to (f), and (h) touch the return button.
표 Table 1. Device specifications.
표 Table 2. Security comparison.
표 Table 3. Comparison of pattern complexity.
표 Table 4. Comparison of learning process complexity.
표 Table 5. Comparison of spent time for password input.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 새로운 스마트폰 구조에 적용한 기존 인증기법의 보안성 검토 및 이를 고려한 인증기법의 개선 및 개발이 필요하다. 본 연구는 스마트폰의 화면을 통한 입력을 인터페이스로 사용하는 기존의 고전 인증기법들에 초점을 맞추어 해당 기법들이갖는 장점인 신속성, 입력 편의성과 같은 사용자 친화적인 UI 설계를 보전하는 연구와 함께 사회공학공격에 대한 주요 취약점에 해당하는 화면 노출 문제, 입력좌표 유추에 의한 공격, 스머지를 이용한 입력좌표 유추 공격, 그리고 열 감지에 의한 입력좌표유추 공격에 대응하는 사용자 인증기법을 제안한다. 제안하는 기법은 PIN 및 패턴 인증의 요소를 혼합 적용하였으며, 가변 화면에 대해 변하지 않는 사용자 안전성을 갖는다.

제안 방법

제안 키패드의 사용자는 PIN의 숫자를 암호로 기억하며, 키패드의 입력은 암호 숫자 입력 대신 해당 암호를 알고 있다는 증명인 암호 숫자 각 자리에 해당하는 간접 패턴을 입력하는 방식을 사용한다. 따라서 제안하는 기법은 지식기반 사용자 인증기법인 PIN에 기반한 보안 키패드이며, PIN 입력에 숫자 키입력 대신 패턴 정보를 입력하는 간접 패턴 입력 기반 키패드이다. 제안 기법은 기존의 PIN 키패드 배치가 아닌 Fig.
본 연구에서 우리는 기존 인증 방식의 보안성을 높이며 최근의 폼팩터가 고려된 PIN과 패턴 인증의일부 요소를 활용한 인증 방식을 제안하였다. 제안기법은 PIN 방식의 입력과 간접 패턴 입력을 동시에 사용할 수 있으며 일반적으로는 PIN 입력을, 보안이 요구되는 상황에는 PIN 정보에 대한 간접 패턴을 입력하여 사용자 인증을 진행할 수 있다.
다음의 Table 5는 네 자리 숫자 암호 입력을 기준으로 사용 빈도가 가장 높은 ‘1234’, ‘1111’, ‘1212’, ‘0000’를 입력할 때 소요되는 평균 암호 입력 소요시간을 측정한 비교표이며 5명의 실험 참가자를 대상으로 모든 비밀번호에 대해 기기별, 그리고 기법별로 각 10회의 비밀번호 입력시간을 측정하여 평균값을 기록하였다. 비밀번호 입력시간 측정은 앞에 언급된 네 가지 비밀번호를 각각 입력할 때 최초 키 입력과 마지막 키 입력 사이의 소요시간을 측정하였으며 패스워드 입력 후 인증에 성공하는 경우에 한정해 실험을 진행하였다. 비교표의 ‘1F, 1U’는 Galaxy Fold 기기의 Folded 상태와 Unfolded 상태를, ‘2F, 2U’는 Galaxy Z Fold 2 5G 기기의 Folded 상태와 Unfolded 상태를 각각 표현한 것이다.
본 연구는 스마트폰의 화면을 통한 입력을 인터페이스로 사용하는 기존의 고전 인증기법들에 초점을 맞추어 해당 기법들이갖는 장점인 신속성, 입력 편의성과 같은 사용자 친화적인 UI 설계를 보전하는 연구와 함께 사회공학공격에 대한 주요 취약점에 해당하는 화면 노출 문제, 입력좌표 유추에 의한 공격, 스머지를 이용한 입력좌표 유추 공격, 그리고 열 감지에 의한 입력좌표유추 공격에 대응하는 사용자 인증기법을 제안한다. 제안하는 기법은 PIN 및 패턴 인증의 요소를 혼합 적용하였으며, 가변 화면에 대해 변하지 않는 사용자 안전성을 갖는다.

대상 데이터

이 장에서 우리는 제안 기법의 안전성 및 사용성에 대한 실험을 진행했으며 실험에는 삼성의 galaxy fold와 Z fold 2 5G 기기를 사용하였고 측정에 사용된 기기의 사양은 다음의 Table 1과 같다. 측정에서 발생하는 입력 오류 발생률 배제를 위해 모든 기법은 같은 규격의 입력 버튼을 적용하였고 안전성 실험에는 shoulder surfing, recording, smudge, thermal에 대한 안전성을, 사용성 실험에는 기기를 접었을 때와 펼쳤을 때 각각에 대해 숫자 입력 기준 주로 사용되는 ‘1234’, ‘1111’, ‘1212’, ‘0000’를 입력할 때 걸리는 평균 암호 입력 소요시간을 측정 비교하였다.

데이터처리

측정에서 발생하는 입력 오류 발생률 배제를 위해 모든 기법은 같은 규격의 입력 버튼을 적용하였고 안전성 실험에는 shoulder surfing, recording, smudge, thermal에 대한 안전성을, 사용성 실험에는 기기를 접었을 때와 펼쳤을 때 각각에 대해 숫자 입력 기준 주로 사용되는 ‘1234’, ‘1111’, ‘1212’, ‘0000’를 입력할 때 걸리는 평균 암호 입력 소요시간을 측정 비교하였다.

성능/효과

입력 편의성 측정에서 제안 기법은 가장 높은 성능을 보이는 Behavior based PIN에 비하면 낮은 편의성을 갖고 있으나 유사한 간접 입력 방식을 사용하는 Indirect PIN 기법 대비 입력속도가 평균 40% 이상 증가하였다. 그러나 Behavior based PIN의 큰 약점인 학습에 충분한 시간이 필요한 점과 다른 기기에 적용할 때마다 반복 재학습이 필요하다는 점을 고려하면 보안상 취약한 PIN 기법과 Dual Touch 기법 대비 수용 가능한 수준이다. 이처럼 제안 기법은 폴더블 기기를 고려한 사회공학 공격 대응 연구로써 적절한 편의성과 보안성을 제공한다.
제안기법은 PIN 방식의 입력과 간접 패턴 입력을 동시에 사용할 수 있으며 일반적으로는 PIN 입력을, 보안이 요구되는 상황에는 PIN 정보에 대한 간접 패턴을 입력하여 사용자 인증을 진행할 수 있다. 성능 평가 결과에 의하면 제안 기법은 가변 화면을 장착한 폴더블기기에 영향력이 큰 공격인 Shoulder surfing, Re- cording에 대해 기존 기법 대비 관찰을 통한 비밀 정보 획득이 최소화되어 있으며, 대화면 및 화면 부분재질에 영향을 받는 공격인 Smudge, Thermal에 대해서도 무작위 배치를 이용한 암호 추정 회피가 가능하다. 입력 편의성 측정에서 제안 기법은 가장 높은 성능을 보이는 Behavior based PIN에 비하면 낮은 편의성을 갖고 있으나 유사한 간접 입력 방식을 사용하는 Indirect PIN 기법 대비 입력속도가 평균 40% 이상 증가하였다.
실험 결과 제안 기법은 galaxy fold(1F, 1U)에서 PIN 기법 대비 folded 상태에서 평균 3.82초, unfolded 상태에서 평균 3.37초 느렸으며, Dual touch 기법 대비 folded 상태에서 평균 2.58초, unfolded 상태에서 평균 2.5초 느렸고, Indirect PIN 기법 대비 folded 상태에서 평균 2.67초, unfolded 상태에서 평균 3.01초 빨랐다. 행동 인식 기반 PIN 기법의 경우 평균 입력시간이 PIN 기법과 별 차이가 나지 않을 정도로 입력시간이 빨랐으나, 해당 기법의 원활한 동작을 위해 folded와 unfolded 상태에 따른 개별적인 알고리즘을 적용하여 학습을 진행해야 하므로 사용자 암호를 적용하고 학습시키는데 상당한 시간이 소비되었다.
그러나 Behavior based PIN의 큰 약점인 학습에 충분한 시간이 필요한 점과 다른 기기에 적용할 때마다 반복 재학습이 필요하다는 점을 고려하면 보안상 취약한 PIN 기법과 Dual Touch 기법 대비 수용 가능한 수준이다. 이처럼 제안 기법은 폴더블 기기를 고려한 사회공학 공격 대응 연구로써 적절한 편의성과 보안성을 제공한다. 향후 연구로써 우리는 스크린 규격별로 정리된 가변 폼팩터별 보안안전성 분석과 함께 사용 편의성 향상 연구를 진행하고자 한다.
성능 평가 결과에 의하면 제안 기법은 가변 화면을 장착한 폴더블기기에 영향력이 큰 공격인 Shoulder surfing, Re- cording에 대해 기존 기법 대비 관찰을 통한 비밀 정보 획득이 최소화되어 있으며, 대화면 및 화면 부분재질에 영향을 받는 공격인 Smudge, Thermal에 대해서도 무작위 배치를 이용한 암호 추정 회피가 가능하다. 입력 편의성 측정에서 제안 기법은 가장 높은 성능을 보이는 Behavior based PIN에 비하면 낮은 편의성을 갖고 있으나 유사한 간접 입력 방식을 사용하는 Indirect PIN 기법 대비 입력속도가 평균 40% 이상 증가하였다. 그러나 Behavior based PIN의 큰 약점인 학습에 충분한 시간이 필요한 점과 다른 기기에 적용할 때마다 반복 재학습이 필요하다는 점을 고려하면 보안상 취약한 PIN 기법과 Dual Touch 기법 대비 수용 가능한 수준이다.
본 연구에서 우리는 기존 인증 방식의 보안성을 높이며 최근의 폼팩터가 고려된 PIN과 패턴 인증의일부 요소를 활용한 인증 방식을 제안하였다. 제안기법은 PIN 방식의 입력과 간접 패턴 입력을 동시에 사용할 수 있으며 일반적으로는 PIN 입력을, 보안이 요구되는 상황에는 PIN 정보에 대한 간접 패턴을 입력하여 사용자 인증을 진행할 수 있다. 성능 평가 결과에 의하면 제안 기법은 가변 화면을 장착한 폴더블기기에 영향력이 큰 공격인 Shoulder surfing, Re- cording에 대해 기존 기법 대비 관찰을 통한 비밀 정보 획득이 최소화되어 있으며, 대화면 및 화면 부분재질에 영향을 받는 공격인 Smudge, Thermal에 대해서도 무작위 배치를 이용한 암호 추정 회피가 가능하다.

후속연구

이처럼 제안 기법은 폴더블 기기를 고려한 사회공학 공격 대응 연구로써 적절한 편의성과 보안성을 제공한다. 향후 연구로써 우리는 스크린 규격별로 정리된 가변 폼팩터별 보안안전성 분석과 함께 사용 편의성 향상 연구를 진행하고자 한다.

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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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