[논문]스마트 그리드 환경에서 블록체인 기반 스마트 미터 인증 프로토콜

김종현; 김명현; 박영호

doi:10.9723/jksiis.2023.28.5.041

스마트 그리드 환경에서 블록체인 기반 스마트 미터 인증 프로토콜
Blockchain-based Smart Meter Authentication Protocol in Smart Grid Environment 원문보기

한국산업정보학회논문지 = Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, v.28 no.5, 2023년, pp.41 - 54

김종현 (경북대학교 정보보호학과) , 김명현 (경북대학교 전자전기공학부) , 박영호 (경북대학교 전자전기공학부)

초록
AI-Helper

스마트 그리드는 효율적인 에너지 생산과 소비, 관리를 지원해주는 전력망 시스템으로 다양한 분야와 산업에서 활용되고 있다. 그러나 공개된 네트워크를 통해 서비스가 제공되는 환경에서는 보안 취약점과 개인정보 침해에 대한 신뢰 문제 해결은 필수적이다. 특히, 스마트 미터 단말의 식별정보는 중앙화된 서버를 통해 일괄적으로 관리되며, 중앙화된 관리 구조는 단말기 탈취, 데이터 위조 및 변조, 삭제 등 공격에 취약하다. 본 논문은 이러한 문제점을 해결하기 위해 탈중앙 분산원장 기술인 블록체인을 활용한 스마트 미터 인증 프로토콜을 제안한다. 제안된 방식은 블록체인을 통한 개별 스마트 미터 단말의 고유한 분산식별자(DID) 발급과 물리적복제방지기술(PUF)을 기반한 난수 값을 사용하여 데이터의 무결성과 신뢰성을 강화한다. 또한 비정형 보안 분석 및 AVISPA 시뮬레이션을 이용하여 제안한 방식의 안전성을 분석하고 관련 연구들과 비교하여 효율적인 방식임을 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper

Smart grid that supports efficient energy production and management is used in various fields and industries. However, because of the environment in which services are provided through open networks, it is essential to resolve trust issues regarding security vulnerabilities and privacy preservation. In particular, the identification information of smart meter is managed by a centralized server, which makes it vulnerable to security attacks such as device stolen, data forgery, alteration, and deletion. To solve these problems, this paper proposes a blockchain based authentication protocol for a smart meter. The proposed scheme issues an unique decentralized identifiers (DIDs) for individual smart meter through blockchain and utilizes a random values based on physical unclonable function (PUF) to strengthen the integrity and reliability of data. In addition, we analyze the security of the proposed scheme using informal security analysis and AVISPA simulation, and show the efficiency of the proposed scheme by comparing with related work.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1 Proposed System Model
그림 Fig. 2 Proposed System Flow
표 Table 1 System notations
그림 Fig. 3 Smart Meter Registration Phase
그림 Fig. 4 Aggregator Registration Phase
그림 Fig. 5 Authentication Phase
그림 Fig. 6 Key Update Phase
그림 Fig. 7 Role of the Smart Meter in AVISPA
그림 Fig. 8 The Session, Goals and Environments in AVISPA
그림 Fig. 9 The Result of AVISPA Simulation
표 Table 2 Computation Comparison
표 Table 3 Communication Comparison

참고문헌 (25)

Alsuwian, T., Butt, A. S. and Amin, A. A.？(2022) Smart Grid Cyber Security？Enhancement: Challenges and Solutions-A？Review, Sustainability, 14(21), 14226.

상세보기
Barai, G. R., Krishnan, S. and Venkatesh., B.？(2015) Smart Metering and Functionalities of？Smart Meters in Smart Grid - A Review,？2015 IEEE Electrical Power and Energy？Conference (EPEC), Oct. 26-28, London,？ON, Canada.
Burnett, A., Byrne, F., Dowling, T. and Duffy,？A. (2007) A Biometric Identity based？Signature Scheme, International Journal of？Network Security, 5(3), 317-326.
Cho, Y., Oh, J., Kwon, D., Son, S., Lee, J. and？Park, Y. (2022) A Secure and Anonymous？User Authentication Scheme for IoT-Enabled？Smart Home Environments Using PUF,？IEEE Access, 10, 101330-101346.

상세보기
Cui, J., Wang, F., Zhang, Q., Xu, Y. and？Zhong, H. (2021) Anonymous Message？Authentication Scheme for Semitrusted？Edge-Enabled IIoT, IEEE Transactions on？Industrial Electronics, 68(12), 12921-12929.
Cui, J., Wang, F., Zhang, Q., Gu, C. and Zhoong,？H. (2023) Efficient Batch Authentication？Scheme Based on Edge Computing in IIoT,？IEEE Transactions on Network and Service？Management, 20(1), 357-368.

상세보기
Dolev, D. and Yao, A. C. (1983) On the Security？of Public Key Protocols, IEEE Transactions？on Information Theory, 29(2), 198-208.

상세보기
Gao, Y., Sarawi, S. F. AI. and Abbott, D.？(2020) Physical Unclonable Functions, Nature？Electronics, 3, 81-91.
Islam, S. N., Baig, Z. and Zeadally, S. (2019)？Physical Layer Security for the Smart Grid:？Vulnerabilities, Threats, and Countermeasures,？IEEE Transactions on Industrial Informatics,？15(12), 6522-6530.

상세보기
Jangirala, S., Das, A. K. and Vasilakos, A. V.？(2020)Designing Secure Lightweight？Blockchain-Enabled RFID-Based Authentication？Protocol for Supply Chains in 5G Mobile？Edge Computing Environment, IEEE？Transactions on Industrial Informatics, 16(11),？7081-7093.

상세보기
Kim, M., Lee, J., Park, K., Park, Y., Park, K.？and Park, Y. (2021) Design of Secure？Decentralized Car-Sharing System Using？Blockchain, IEEE Access, 9, 54796-54810.

상세보기
Lee, J., Yu, S., Park, K., Park, Y. and Park, Y.？(2019) Secure Three-Factor Authentication？Protocol for Multi-Gateway IoT Environments,？Sensors, 19(10), 2358.

상세보기
Lee, S. and Kim, K. (2016) Device？Authentication in Smart Grid System using？Blockchain, Conference on lnformation？Security and Cryptography-Winter 2016,？Dec. 03, Seoul, Korea.
Mandal, S., Bera, B., Sutrala, A. K., Das, A.？K. Choo, K. K. R., Park, Y. (2020)？Certificateless-Signcryption-BasedThree-Factor User Access Control Scheme for IoT？Environment, IEEE Internet of Things？Journal, 7(4), 3184-3197.
Mirzaee, P. H., Shojafar, M., Cruickshank, H.？and Tafazolli, R. (2022) Smart Grid Security？and Privacy: From Conventional to Machine？Learning Issues (Threats and Countermeasures),？IEEE access, 10, 52922-52954.

상세보기
Odelu, V., Das, A. K., Wazid, M. and Conti, M.？(2018) Provably Secure Authenticated Key？Agreement Scheme for Smart Grid, IEEE？Transactions on Smart Grid, 9(3), 1900-1910.

상세보기
Park, K., Park, Y., Das, A. K., Yu, S., Lee, J.？and Park, Y. (2019) A Dynamic Privacy-Preserving Key Management Protocol for？V2G in Social Internet of Things, IEEE？Access, 7, 76812-76832.
Park, Y. H., Park, Y. H. and Moon, S. J.？(2011) Security Improvement of ID-based？Multiple Key Management Scheme for？Scalable Ad Hoc Networks, Journal of the？Korea Industrial Information Systems Research,？16(2), 13-18.
Park, Y. H. and Park, Y. H. (2015) Secure？and Scalable Key Aggregation Scheme for？Cloud Storage, Journal of the Korea？Industrial Information Systems Research,？20(2), 11-18.

원문보기 상세보기
Paul, S., Rabbani, M. S., Kundu, R. K. and？Zama, S. M. R. (2014) A Review of Smart？Technology (Smart Grid) and Its Features,？2014 1st International Conference on Non？Conventional Energy (ICONCE 2014), Jan.？16-17, Kalyani, India, pp. 200-203.
Sureshkumar, V., Anandhi, S., Amin, R. and？Madhumathi, R. (2021) Design of Robust？Mutual Authentication and Key Establishment？Security Protocol for Cloud-Enabled Smart？Grid Communication, IEEE Systems？Journal 15(3), 3565-3572.

상세보기
Yu, S., Park, K., Lee, J., Park, Y., Park, Y.,？Lee, S. and Chung, B. (2020) Privacy-Preserving Lightweight Authentication Protocol？for Demand Response Management in？Smart Grid Environment, Applied Sciences,？10(5), 1758.
Xiong, H., Wu, Y. Su, C. and Yeh, K. H.？(2020) A Secure and Efficient Certificateless？Batch Verification Scheme with Invalid？Signature Identification for The Internet of？Things, Journal of Information Security and？Applications, 53, 102507.

상세보기
World Wide Web Consortium (W3C) (2022)？Decentralized Identifiers (DIDs) v1.0 Core？Architecture, Data Model, and Representations,？https://www.w3.org/TR/did-core/(Accessed？on Sep. 1st, 2023)
Zhang, H., Wang, J. and Ding, Y. (2019)？Blockchain-based Decentralized and Secure？Keyless Signature Scheme for Smart Grid,？Energy, 180, 955-967.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증