Mutual Authentication Mechanism for Secure Group Communications in Sensor Network

Recently, a lot of interest is increased in sensor network which gathers various data through many sensor nodes deployed in wired and wireless network environment. However, because of the limitation in memory, computation, and energy of the sensor nodes, security problem is very important issue. In sensor network, not only the security problem, but also computing power should be seriously considered. In this paper, considering these characteristics, we make the sensor network consist of normal sensor nodes and clusterheaders with enough space and computing power, and propose a group key rekeying scheme adopting PCGR(Predistribution and local Collaborationbased Group Rekeying) for secure group communication. In our proposal, we enhance the security by minimizing the risk to safety of the entire network through verifying the new key value from clusterheader by sensor nodes. That is, to update the group keys, clusterheaders confirm sensor nodes through verifying the information from sensor nodes and send the new group keys back to authentic member nodes. The group keys sent back by the clusterheaders are verified again by sensor nodes. Through this mutual authentication, we can check if clusterheaders are compromised or not. Qualnet simulation result shows that our scheme not only guarantees secure group key rekeying but also decreasesstorage and communication overhead.

센서 네트워크에서의 안전한 그룹통신을 위한 상호 인증 기법

센서 네트워크는 유무선 네트워크 환경에 다양한 센서를 설치하고 이를 통해 데이터를 감지하며 감지된 데이터를 응용서비스 서버와 연동하는 기술로 최근 다양한 연구가 이루어지고 있다. 그러나 이러한 센서 네트워크는 센서 노드 자체의 제약점 때문에 메모리와 처리 능력, 에너지 수명에 제한을 가지며 그럼으로써 센서 네트워크 자체에 보안상의 취약점이 존재한다. 그러므로 센서 네트워크의 기술에 있어서 보안에 관한 연구가 매우 중요하며 센서의 계산 능력 또한 고려되어야 할 부분이다. 본 논문에서는 위와 같은 특징을 반영하여 일반 센서 노드들과 충분한 저장 공간과 계산 능력을 갖는 노드인 클러스터 헤더가 있는 이종의 센서로 네트워크를 구성하고 키 관리 기법 중 하나인 PCGR(Predistribution and local Collaboration-based Group Rekeying) 기법을 기반으로 하여 안전한 그룹 통신을 위한 그룹키 갱신 방법을 제안한다. 제안된 방법에서는 센서 노드 측에서 클러스터 헤더로부터 받은 새로운 키 정보를 인증하도록 하여 오염된 키 정보로 인해 네트워크의 안전성이 위협받는 상황을 최소화함으로써 보안성을 향상시킬 수 있도록 하였다. 즉, 그룹키를 갱신할 때, 클러스터 헤더는 노드가 보내주는 노드의 부분 정보를 검증함으로써 노드의 무결성을 확인하고 그룹키를 갱신하며 갱신된 그룹키는 다시 노드들에게 보내져서 노드들에 의해 재검증됨으로써 클러스터 헤더가 공격받았는지 아닌지에 대한 여부를 검사한 후 안전하게 그룹키를 갱신할 수 있도록 한다. QualNet 시뮬레이터를 이용한 실험을 통해 제안한 기법이 네트워크의 보안성을 높임은 물론 오버헤드 및 에너지 소모량이 기존의 그룹키 관리 기법보다 효율적임을 보인다.