[논문]무선랜 FILS를 위한 EAP/EAP-RP 기반의 빠른 인증 기고에 대한 고찰

이석준; 김신효

무선랜 FILS를 위한 EAP/EAP-RP 기반의 빠른 인증 기고에 대한 고찰
Consideration on the Contribution of Fast Authentication for FILS using EAP/EAP-RP in IEEE 802.11 원문보기

이석준 (한국전자통신연구원 사이버융합보안연구단 사이버객체보안연구팀) , 김신효 (한국전자통신연구원 사이버융합보안연구단 사이버객체보안연구팀)

IEEE 802.11 규격[1]은 2.4GHz 및 5GHz 대역에서 무선 근거리 접속 통신을 위한 국제 표준이다. 1997 년 2.4GHz 대역에서 1, 2 Mbps 의 속도를 지원하는 최초의 규격이 정의된 이래, 속도 개선을 위한 변복조 방식, 보안, QoS 등 다양한 요구 사항을 만족하기 위하여 표준이 지속적으로 개정되어 왔으며 2012 년 새로 개정된 표준이 발표된 바 있다. 특히, 최근 들어서 스마트폰의 무선랜 사용량이 폭발적으로 증가하고 무선랜 접속을 위한 핫스팟 역시 수가 크게 늘면서, 보안성을 유지하면서도 무선랜의 초기 연결접속 시간을 최소화(FILS; Fast Initial Link Setup)함으로써 무선랜 접속 요청 이용자 수에 확장성을 갖는 무선랜 규격을 제정할 필요성이 생기면서 IEEE 내에 802.11ai Task Group[3]이 승인되어 현재 표준화 작업을 진행중에 있다. IEEE 802.11 무선랜 규격에서 초기 연결접속 시간의 상당 부분을 네트워크 발견, 보안 접속, 인증 등에 소요하게 되어, IEEE 802.11ai에서는 보안성을 떨어뜨리지 않으면서도 빠르게 인증을 하기 위한 매커니즘에 대해 논의 중이다. 본 논문에서는 IEEE 802.11ai에서 논의 중인 "FILS를 위한 EAP/EAP-RP 기반의 빠른 인증" 기술에 대해 살펴보고, 이의 장단점을 분석하여 보다 개선된 형태의 빠른 인증 기법을 제안하고자 한다.

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문제 정의

예를 들어, AP Scan 이후 최초로 교환하는 메시지인 Authentication 프레임에 대해서 기존의 무선랜 접속 절차에서는 아무런 데이터 없이 이 프레임을 전송하지만, 여기에서는 EAPOL-Start, User Identity 정보 등을 같이 전송하도록 하고 있다. 그 이후에는 Association 프레임에 EAP 인증 메시지와 DHCP 메시지를 같이 전송하는 등, 기존에 절차적으로 구분된 메시지를 최대한 통합하는 것을 목표로 하고 있다.
따라서, 여기에서 발생하는 인증 메시지 교환 횟수를 줄이거나, 각 메시지들을 통합하여 전달할 수 있다면 인증에 걸리는 시간을 최소화할 수 있을 것이다. 다만, IEEE 802.11ai TG 에서는 이러한 기법 등을 도입하더라도 보안 강도가 줄어들지 않는 기술 표준을 개발하고자 한다.
본 논문에서는 802.11ai TG 에서 논의중인 “FILS 를 위한 EAP/EAP-RP 기반의 빠른 인증” 기고에 대해 분석을 하였다.
본 논문에서는 이 Task Group 에서 논의 중인 “FILS 를 위한 EAP/EAP-RP 기반의 빠른 인증” 기술[4]에 대해 살펴보고, 이의 장단점을 분석하여 보다 개선된 형태의 빠른 인증 기법을 제안하고자 한다.

제안 방법

3 장에서는 2 장에서 제안된 2 개의 프로토콜들에 대해 분석한 내용을 기반으로, 각 프로토콜들에 대해 단점을 개선하여 수정한 프로토콜들을 제안한다. 2 개의 프로토콜은 개별적인 단점을 보완한 것 외에도, EAP-RP 가 실패했을 때 자연스럽게 최적화된 EAP 로 fallback 할 수 있는 구조로 설계하였다.
3 장에서는 2 장에서 제안된 2 개의 프로토콜들에 대해 분석한 내용을 기반으로, 각 프로토콜들에 대해 단점을 개선하여 수정한 프로토콜들을 제안한다. 2 개의 프로토콜은 개별적인 단점을 보완한 것 외에도, EAP-RP 가 실패했을 때 자연스럽게 최적화된 EAP 로 fallback 할 수 있는 구조로 설계하였다.
Qualcomm 에서는 FILS 를 위해서 EAP-RP[5]를 적용하는 아이디어를 제안하였다. EAP-RP 는 EAP 인증 및 키 교환을 하고 난 뒤에 재인증을 하고자 할 때 EAP 인증을 새로 하는 것이 아니라, 기존에 맺은 공유 마스터 키를 이용하여 서로 같은 키를 유도할 수 있는지를 확인함으로써 인증 및 키 교환을 1 번의 메시지 교환으로 완료하는 프로토콜이다.
Qualcomm 의 제안은 EAP-RP 을 사용함으로써, 기존에 설립된 EAP 인증 및 키교환 과정을 재활용하는 방식으로 최적화를 이룬다. 따라서 프로토콜이 매우 간결하고, 4-way Handshake, DHCP 등을 모두 Authentication, Association 프레임 안에 포함함으로써 무선상의 4 개의 패킷만으로 인증, 키교환, IP 할당이 가능해지는 장점이 있다.
여기에서는 (그림 3)과 달리, Authentication 프레임에는 EAPOL-Start 만을 포함하고 있다. 또한, (그림 3)에서는 Authentication 프레임 이후 Data 프레임을 통하여 EAP 패킷들을 교환하고 있으나, 여기에서는 Association 프레임까지 교환한 이후 Data 프레임을 통해 EAP 패킷들을 교환하도록 수정하였다.
여기에서는 Huawei 의 제안, 즉 최적화된 EAP 기반 FILS 를 수정한 프로토콜을 (그림 5)에 제안한다. 여기에서는 (그림 3)과 달리, Authentication 프레임에는 EAPOL-Start 만을 포함하고 있다.
여기에서는 Qualcomm 의 제안, 즉 EAP-RP 적용 프로토콜을 수정한 프로토콜을 (그림 4)에 제안한다. (그림 4)에서는 (그림 2)와 달리, 3 번에서 SNonce 를 먼저 보내지 않고도, 키 교환이 가능해지도록 수정을 하였다.
이를 위해 본 논문의 3 장에서는 이 단점을 개선하는 프로토콜을 제안하였다. 제안된 2 개의 프로토콜은 Qualcomm 과 Huawei 의 장점을 받아들이면서도 단점을 해소하여 기존 무선랜 규격의 큰 골격을 해치지 않고 있다.
(그림 6)에서는 (그림 4)와 다르게 4 번에서 인증 서버가 단말을 재인증하는데 실패하고 있다. 이에 따라, 7 번에서 AP 가 단말에게 실패했음을 알리는 내용을 Authentication 프레임을 통해 전달하는데, 단말이 이를 받으면 자연스럽게 최적화된 EAP 기반 FILS 모드로 전환하여 (그림 5)의 3 번 프레임을 받은 것과 동일한 상태로 인식한 후, 이후의 절차는 (그림 5)와 동일하게 진행하도록 한다.
그럼에도 불구하고, 이 제안 기법은 기존 무선랜 규격의 메시지 흐름과 자연스럽게 연결되지 않는 단점이 있다. 즉, 기존의 무선랜 규격은 Authentication 프레임 교환 후 Association 프레임, 그리고 그 이후에 Data 프레임을 교환하는 절차를 따르는데, 이 제안에서는 Authentication 프레임 교환 직후 EAP 패킷은 키 교환이 완료되기 전까지 Data 프레임으로 주고 받도록 하고 있다. 이후 단말에서 키가 생성될 때 Association 프레임을 통해 EAP 패킷을 전송하는데, 이는 기존 절차와 다르므로 기존 무선랜 규격의 State Machine 을 변경해야 가능하다.

성능/효과

Huawei 의 제안은 기존 무선랜 규격보다 패킷 수를 현저하게 줄인다는 장점이 있다. 즉, authentication, association 프레임에 EAP, 4-way Handshake, DHCP 를 최대한 포함함으로써, 최대 12 개의 패킷 수를 절약할 수 있다.

후속연구

제안된 2 개의 프로토콜은 Qualcomm 과 Huawei 의 장점을 받아들이면서도 단점을 해소하여 기존 무선랜 규격의 큰 골격을 해치지 않고 있다. EAP-RP 인증 실패시 fallback 이 가능하도록 개선한 점 역시 제안 프로토콜의 장점으로, 이를 통하여 802.11 기반의 무선랜에서 보다 빠른 인증이 가능하게 될 것으로 보인다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

IEEE 802.11 규격이란?

IEEE 802.11 규격[1]은 2.4GHz 및 5GHz 대역에서 무선 근거리 접속 통신을 위한 국제 표준이다. 1997 년 2.

IEEE 802.11 무선랜 기술의 장점은?

IEEE 802.11 무선랜 기술은 근거리에서 AP 를 통해 인터넷 접속을 저비용으로 손쉽게 가능하게 한다.

IEEE 802.11 규격의 단점은?

또한, 무선 단말들은 물리적으로 고정된 위치에 있지 않으므로 고정된 IP 주소를 사용하기 보다, DHCP와 같은 프로토콜을 이용하여 동적으로 IP 를 할당받는다. 이들 기술은 향상된 보안성과 편리한 이동성을 보장하지만, 초기 연결접속을 위한 시간이 길어지는 단점이 있다.

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