Abstract
The 5G network is a next-generation converged network that combines various ICT technologies to realize the need for high speed, hyper connection and ultra low delay, and various efforts have been made to address the security vulnerabilities of the previous generation mobile networks. However, the standards released so far still have potential security vulnerabilities, such as USIM deception and replication attack, message re-transmission attack, and race-condition attack. In order to solve these security problems, this paper proposes a new 5G-AKA protocol with PUF technology, which is a physical unclonable function. The proposed PUF-based 5G-AKA improves the security vulnerabilities identified so far using the device-specific response for a specific challenge and hash function. This approach enables a strong white-list policy through the addition of inexpensive PUF circuits when utilizing 5G networks in areas where security is critical. In addition, since additional cryptographic algorithms are not applied to existing protocols, there is relatively little burden on increasing computational costs or increasing authentication parameter storage.
5G 네트워크는 초고속, 초연결, 초저지연이라는 요구를 구현하기 위해 다양한 ICT 기술들을 접목한 차세대 융합 네트워크로서, 이전 세대 이동통신 네트워크의 보안취약점을 해결하기 위해 다양한 노력들이 시도되었다. 그러나 현재까지 발표된 표준화 규격들에는 USIM 탈취 및 복제, 메시지 재전송 공격, 경쟁조건 공격 등의 보안취약점이 여전히 존재한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 논문에서는 물리적 복제방지 기능인 PUF 기술을 적용한 새로운 5G 인증 및 키합의 프로토콜을 제시한다. 제시된 PUF 기반의 인증 및 키합의 프로토콜은 특정 입력값에 대해 장치별로 고유하게 생성되는 응답값과 해시함수를 이용하여 현재까지 식별된 보안취약점을 개선한다. 이러한 접근 방법은 보안성이 중요하게 요구되는 영역에서 5G 네트워크를 활용할 경우, 저렴한 PUF 회로의 추가를 통해 강력한 화이트리스트 정책을 구현할 수 있게 해 준다. 또한 기존 프로토콜에 추가적인 암호 알고리즘을 적용하지 않기 때문에 연산 비용 증가나 인증 파라미터 저장 공간 증가의 부담도 상대적으로 적다.
