[논문]안전한 블록체인 기반 서비스를 위한 개인키 관리 가이드라인

노시완; 이경현

doi:10.13089/jkiisc.2022.32.5.899

안전한 블록체인 기반 서비스를 위한 개인키 관리 가이드라인
A Private Key Management Guideline For Secure Blockchain-Based Services 원문보기

情報保護學會論文誌 = Journal of the Korea Institute of Information Security and Cryptology, v.32 no.5, 2022년, pp.899 - 914

초록
AI-Helper

블록체인 기반 탈중앙 서비스는 참여자들의 합의에 기반하여 시스템을 운영함으로써 중앙화된 서버 없이도 신뢰 할 수 있는 서비스를 사용자에게 제공할 수 있다. 참여자들은 디지털서명 메커니즘을 사용하여 블록체인과 상호작용 할 수 있지만 개인키 관리와 관련된 이슈는 여전히 해결되지 않는 문제로 남아있다. NIST SP800-57 암호키 관리 권고안 등에서는 사용자의 개인키 관리에 관한 내용을 기술하고 있지만, 이는 탈중앙 서비스 환경을 고려하지 않았기에 블록체인 환경에 적용하기에는 적절하지 않다. 본 논문에서는 개인키 관리와 관련된 지갑 애플리케이션의 기능을 정의하고 NIST SP800-57을 반영한 블록체인 개인키 관리 방안과 이를 만족하기 위한 관련 기술을 제시한다. 마지막으로 논문에서 정의한 내용을 바탕으로 퍼블릭 블록체인에서 일반 사용자를 대상으로 하는 개인키 관리 가이드라인을 제안한다.

Abstract ▼ AI-Helper

A blockchain-based decentralized service can offer reliable services without the centralized server by operating the system based on the consensus among byzantine participants. Participants can interact with the blockchain network through a digital signature mechanism but the private key management issue remains unresolved. NIST SP800-57 provides a key-management guidance but this guidance is not appropriate for blockchain-based services because it does not consider a decentralized environment. In this paper, we define the core functions of the blockchain wallet application for private key management and present security protections according to NIST SP800-57, as well as related techniques to satisfy them. Finally, we propose the private key management guideline for secure blockchain-based decentralized services.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Blockchain System Layer[11]
표 Table 1. RNG in existing wallet clients
표 Table 2. Protection requirements for private signature key
그림 Fig. 2. An overview of the TSS
표 Table 3. The most common types of cryptocurrency-focused malware families[8]
표 Table 4. Comparison of private key management techniques in existing wallet clients
표 Table 5. Private key management guideline

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

이 장에서는 실제 여러 목적으로 사용되고 있는 블록체인 지갑 클라이언트들의 개인키 관리 동향을 파악하기 위해 3장에서 정의한 핵심기능 3가지에 맞춰 각 애플리케이션에서 개인키 관리를 위해 사용하는 기술을 분석한다. 그리고 앞서서 기술한 내용들을 바탕으로 퍼블릭 환경에서 민간사용자의 안전한 개인키 관리를 위한 가이드라인을 제시한다.
⦁ 첫 번째, 현시점에서 퍼블릭 블록체인 환경에서 지갑 애플리케이션의 개인키 관리에 대한 가이드 라인이 존재하지 않으며 앞서 서술한 문제로 기존 암호키 관리 권고안을 그대로 적용하기는 어렵다. 따라서 본 논문에서는 대부분의 블록체인 기반 서비스에서 대중적으로 사용되고 타원곡선 디지털 서명(Elliptic Curve Digital Signature Algorithm, ECDSA)의 개인키 관리를 목적으로 하는 지갑을 기능적으로 정의하고 본 논문에서 목적으로 하는 환경을 고려한 키관리 방안을 NIST SP800-57의 권고안을 기반으로 제시한다.
본 논문에서는 최근 몇 년 사이에 큰 성장을 거듭하여 암호화폐를 넘어 다양한 영역에서 실용적인 사용을 앞둔 블록체인 시스템에서 중요한 개인키 관리에 관해 다루었다. 본 논문에서 제시한 지갑 클라이언트 관점에서의 키 관리 고려사항은 개인키의 생성과 사용, 그리고 보관의 측면에서 NIST의 암호키 관리 가이드라인을 따르거나 이를 블록체인 시스템 환경에 맞춰 수정하여 기술되었으며 각 항목에서 요구하는 요구사항을 만족할 수 있는 대표적인 기술들이 함께 제시되었다.
이 절에서는 앞서 분석한 내용을 토대로 다양한 블록체인 시스템을 개발하려는 개발자 혹은 서비스 제공자의 관점에서 개인키 관리를 위해 고려해야 할 사항과 본 논문에서 기술한 내용을 바탕으로 하는 개인키 관리 가이드라인을 제안한다. 가이드라인은 3장에서 정의한 바와 같이 크게 3개 항목(키 생성, 키 저장, 키 사용)으로 나누어져 있으며 각 항목마다 2개의 세부항목을 가지고 있다.

제안 방법

3장에서는 블록체인 서비스에서 개인키 관리를 위해서 지갑 클라이언트가 가져야 할 핵심기능으로 키생성, 키 저장, 그리고 키 사용 3가지를 정의하고 각각에 해당하는 보안요소와 조치 및 관련 기술들을 분석하였다. 이 장에서는 실제 여러 목적으로 사용되고 있는 블록체인 지갑 클라이언트들의 개인키 관리 동향을 파악하기 위해 3장에서 정의한 핵심기능 3가지에 맞춰 각 애플리케이션에서 개인키 관리를 위해 사용하는 기술을 분석한다.
⦁ 마지막으로, 논문에서 정의한 키 관리 방안에 따라 안전한 블록체인 서비스를 위한 퍼블릭 블록 체인 환경에서의 개인키 관리 가이드라인을 제안한다.
본 논문에서는 최근 몇 년 사이에 큰 성장을 거듭하여 암호화폐를 넘어 다양한 영역에서 실용적인 사용을 앞둔 블록체인 시스템에서 중요한 개인키 관리에 관해 다루었다. 본 논문에서 제시한 지갑 클라이언트 관점에서의 키 관리 고려사항은 개인키의 생성과 사용, 그리고 보관의 측면에서 NIST의 암호키 관리 가이드라인을 따르거나 이를 블록체인 시스템 환경에 맞춰 수정하여 기술되었으며 각 항목에서 요구하는 요구사항을 만족할 수 있는 대표적인 기술들이 함께 제시되었다. 기존 NIST의 암호키관리 가이드라인이 존재하나 이는 블록체인 시스템 환경을 고려하지 않았으므로 본 논문에서 정의한 지갑의 핵심 기능과 이에 기반한 개인키 관리 고려사항은 추후 블록체인 개인키 관리 기술 연구 및 지갑 클라이언트 개발에 기여할 것으로 기대된다.
⦁ 키 저장(가용성): 대부분 클라이언트에서 가용성을 위한 키 복구 솔루션으로 니모닉코드를 사용하였다. 세부적인 동작은 상이하지만 기본적으로는 사용자로 하여금 키 생성에 사용되는 시드를 BIP39를 사용하여 일련의 단어 조합으로 변경하고 이를 보관하도록 하였다. 일부에서는 신뢰기관이 참여하는 비밀분산기법을 사용하여 키 복구 서비스를 제공하거나 구글 드라이브 등 클라우드 저장소 서비스와 연계하여 암호화된 시드 파일을 외부 저장소에 보관하는 파일 백업 방식을 사용하기도 하였다.
3장에서는 블록체인 서비스에서 개인키 관리를 위해서 지갑 클라이언트가 가져야 할 핵심기능으로 키생성, 키 저장, 그리고 키 사용 3가지를 정의하고 각각에 해당하는 보안요소와 조치 및 관련 기술들을 분석하였다. 이 장에서는 실제 여러 목적으로 사용되고 있는 블록체인 지갑 클라이언트들의 개인키 관리 동향을 파악하기 위해 3장에서 정의한 핵심기능 3가지에 맞춰 각 애플리케이션에서 개인키 관리를 위해 사용하는 기술을 분석한다. 그리고 앞서서 기술한 내용들을 바탕으로 퍼블릭 환경에서 민간사용자의 안전한 개인키 관리를 위한 가이드라인을 제시한다.
⦁ 키 사용: 키 사용 영역은 클라이언트 타입에 따른 적용 기술이 달라짐을 확인할 수 있다. 하드웨어 타입은 강한 물리적 보안으로 개인키가 하드웨어 내의 제한된 환경 내에서만 존재하도록 하여 별도의 암호기술을 사용하는 대신 격리된 실행환경을 통해 강한 보안을 제공하였다. 반면, 소프트웨어 타입은 네트워크에 연결되어 여러 공격에 취약하고 별도의 격리된 실행환경을 제공하기 어렵기에 임계 서명 등의 암호기술을 사용하여 안전한 키 사용 환경을 제공하고 있다.
는 ECDSA를 사용하는 여러 암호화폐에서 사용되는 지갑 클라이언트의 키 생성, 키 저장, 그리고 키 사용 영역에서 실제로 사용하는 기술들을 정리한 것이다. 현시점에서 블록체인 기술은 암호화폐 외에도 유통관리, 신원증명 등 여러 분야에서 사용되고 있으나 암호화폐를 제외하면 아직까진 그 활용범위가 제한적이며 이러한 영역에서는 공개된 자료 역시 제한적이기에 이 장에서는 가장 많은 자료 수집이 가능한 암호화폐 영역에서의 조사를 수행하였다. Table 4.

이론/모형

⦁ 키 저장(가용성): 대부분 클라이언트에서 가용성을 위한 키 복구 솔루션으로 니모닉코드를 사용하였다. 세부적인 동작은 상이하지만 기본적으로는 사용자로 하여금 키 생성에 사용되는 시드를 BIP39를 사용하여 일련의 단어 조합으로 변경하고 이를 보관하도록 하였다.
⦁ 키 생성: 조사한 모든 클라이언트가 암호학적으로 안전한 난수생성기를 사용하고 있다. 소프트웨어 타입의 클라이언트는 Python, Java, OpenSSL 등 여러 개발 언어에서 지원하는 암호 라이브러리에서 제공되는 난수생성기를 사용하였고 하드웨어 타입의 클라이언트는 물리적 처리를 통해 난수를 생성하는 하드웨어 True Random Number Generator(TRNG)를 사용하였다. 다만 삼성의 블록체인 키스토어는 소프트웨어 타입이지만 자사의 특정 라인업의 기기에서만 동작할 수 있도록 하여 키생성에 TRNG를 사용하였다.
⦁ 키도출 알고리즘: 사용자 패스워드로부터 개인키 암호화에 사용할 암호화키를 도출하는데 사용한 알고리즘과 그 파라미터 정보. 주로 단방향 암호화 알고리즘인 Scrypt를 사용한다.
⦁ 암호화 알고리즘: 암호화에 사용한 알고리즘과 그 파라미터 정보. 주로 양방향 암호화 알고리즘인 AES(aes-128-ctr)를 사용한다.

후속연구

본 논문에서 제시한 지갑 클라이언트 관점에서의 키 관리 고려사항은 개인키의 생성과 사용, 그리고 보관의 측면에서 NIST의 암호키 관리 가이드라인을 따르거나 이를 블록체인 시스템 환경에 맞춰 수정하여 기술되었으며 각 항목에서 요구하는 요구사항을 만족할 수 있는 대표적인 기술들이 함께 제시되었다. 기존 NIST의 암호키관리 가이드라인이 존재하나 이는 블록체인 시스템 환경을 고려하지 않았으므로 본 논문에서 정의한 지갑의 핵심 기능과 이에 기반한 개인키 관리 고려사항은 추후 블록체인 개인키 관리 기술 연구 및 지갑 클라이언트 개발에 기여할 것으로 기대된다.

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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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