본 논문에서는, 복수의 사용자가 MH 공개키 시스템을 이용하는 경우, 복수의 개별키에 공통으로 적용할 수 있는 마스터키를 새로이 제안하여 보도하였다. 이러한 마스터키를 시스템내에 도입하면 개별키의 크기의 총화보다 작은 마스터키를 선택하여 기억용량을 절약시킬 수 있고, 디지탈서명에 의한 인증이 용이해진다. 또 RSA 공개키 시스템과 비교해 볼 때, 마스터키를 사용하더라도 개별키를 사용할 때에 비해서 처리시간에 큰 영향이 없음을 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 입증하였다.
개별통신 및 방송통신시스팀에 적합한 암호방식으로서 동일한 통신시스팀 내에 가입된 모든 이용자의 개별키에 공통으로 대치할 수 있는 마스터키 방식을 적용하였다. 사용된 암호방식으로는 키관리가 편리하고 인중기능이 좋은 RSA 공개키 암호방식을 사용하여 RSA마스터키의 생성법을 제시하고 실제 마스터키를 생성하여 개별암호통신 및 방송암호 통신의 방법을 보였다.
ZigBee 보안에서 네트워크 키나 링크키의 전달 및 상호 인증은 ZigBee Alliance 규격에 포함되어 있으나, 마스터키를 안전하게 각 노드에 전달하기 위한 방법을 제공하지는 않는다. 마스터키를 전송하는 과정이 안전하지 않은 채널을 통해서 전달하기 때문에 마스터키가 직접적으로 노출되는 단점을 가지고 있다. 또한 ZigBee Alliance에서는 보안에서 가장 핵심인 trust center 역할을 코디네이터가 하도록 정의하고 있다. 새롭게 PAN에 조인하는 디바이스마다 코디네이터와 키 연결을 해야 하기 때문에 코디네이터는 부하가 집중되고, 악의 있는 디바이스에게 직접적으로 위험에 노출되는 단점이 있다. 몇 개의 디바이스만 키 연결을 할 때는 문제가 되지 않지만 네트워크가 거대해지면 코디네이터에서 발생하는 트래픽 양이 증가하면서 코디네이터의 부하가 증가하게 된다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해서 Parent-Child 키 연결 알고리즘을 제안하였다. 제안한 알고리즘은 두 가지 구조로 되어있다 일방향 해쉬 체인을 사용해서 안전하게 마스터키를 전송할 수 있는 마스터키 전송알고리즘과, 새롭게 PAN에 조인하는 디바이스가 효율적으로 키 연결을 할 수 있게 child 노드와 parent 노드끼리 키 연결을 하는 Parent-Child 네트워크 키 전송 알고리즘으로 구성되어 있다. 디바이스가 마스터키를 가지고 있는 경우에는 제안한 방식이 기존 방식보다 키 연결 시간이 $200{\sim}1300ms$ 정도 더 좋은 성능을 보였고, 디바이스가 마스터키를 가지고 있지 않은 경우에는 제안한 방식이 기존 방식보다 키 연결 시간이 $400{\sim}500ms$정도 더 좋은 성능을 보였다.
본 논문에서는 TRM을 이용한 사용자의 ID를 기초로 하는 암호시스템을 구현하고 안전성 유지를 위해 반드시 필요한 TRM과 사용자사이의 쌍방인증방식을 설명하였다. 그리고 이의 개선된 방식으로서 키 생성키인 마스터키를 다중화 하여 TRM내에 국소 분배함으로써 TRM내의마스터 키를 시스템 상에서 보호하는 방안과 TRM Identity(TID)를 이용한 디지탈 서명방식을 제안하였다. 제안된 방식은 암/복호화의 속도가 빠른 관용 암호알고리듬을 사용하면서도 디지탈 서명을 비롯한 공개키 암호알고리듬이 가지고 있는 장점들을 모두 구현하고 있다.
128/192/256-비트의 3가지 마스터키 길이와 ECB, CTR 운영모드를 지원하는 LEA (Lightweight Encryption Algorithm) 암호/복호 프로세서를 설계하였다. 라운드 블록을 16단 파이프라인 구조와 128 비트 데이터패스로 구현하여 고속 암호/복호 처리가 이루어지도록 하였다. 마스터키 길이에 따라 12/14/16 파이프라인 스테이지를 거쳐 암호/복호화가 이루어지며, 각 파이프라인 스테이지에서는 라운드 변환이 2회 반복 수행된다. 세 가지 마스터키 길이에 대한 암호/복호 키 스케줄링의 하드웨어 자원이 공유되도록 설계를 최적화하였다. 키 스케줄러에서 생성되는 라운드키는 32개의 라운드키 레지스터에 저장되어 마스터키가 갱신될 때까지 반복적으로 사용된다. 설계된 LEA 프로세서는 FPGA 구현을 통해 하드웨어 동작을 검증하였으며, Xilinx ISE를 이용한 합성 결과로 최대 동작 주파수 130 MHz에서 8.3 Gbps의 성능을 갖는 것으로 평가되었다.
기존의 무선 랜의 보안상의 문제점들을 해결하기 위하여 사용자와 인증자사이의 상호인증과 키를 교환하는 메커니즘이 요구된다. 이것을 보안하기 위해 IEEE 802.11i에서 키 체계와 4-Way Handshake를 제안하였다. 본 논문에서 언급되는 키 생성 및 교환 메커니즘은 사용자와 서버간의 인증된 마스터키를 통한 사용자와 인증자의 상호인증과, 키 생성과 키 교환하는 방법에 초점을 맞추고 있다. 이러한 키를 생성하기 위한 Pairwise 키 체계와 키 교환을 위한 4-Way Handshake, 4-Way Handshake에서 사용되는 EAPOL-Key message에 대하여 분석하였다.
PRESENT/ARIA/AES의 3가지 블록 암호 알고리즘을 지원하는 암호 프로세서를 MPW(Multi-Project Wafer)칩으로 구현하였다. 설계된 블록 암호 칩은 PRmo(PRESENT with mode of operation) 코어, AR_AS(ARIA_AES) 코어, AES-16b 코어로 구성된다. PRmo는 80/128-비트 마스터키와, ECB, CBC, OFB, CTR의 4가지 운영모드를 지원한다. 128/256-비트 마스터키를 사용하는 AR_AS 코어는 서로 내부 구조가 유사한 ARIA와 AES를 통합하여 설계하였다. AES-16b는 128-비트 마스터키를 지원하고, 16-비트 datapath를 채택하여 저면적으로 구현하였다. 설계된 암호 프로세서를 FPGA검증을 통하여 정상 동작함을 확인하였고, 0.18um 표준 셀 라이브러리로 논리 합성한 결과, 100 KHz에서 52,000 GE로 구현이 되었으며, 최대 92 MHz에서 동작이 가능하다. 합성된 다중 암호 프로세서는 MPW 칩으로 제작될 예정이다.
128/192/256-비트의 마스터키 길이를 지원하는 경량 블록암호 알고리듬 LEA-128/192/256의 효율적인 하드웨어 설계를 기술한다. 저면적, 저전력 LEA 프로세서 구현을 위해 세 가지 마스터키 길이에 대한 암호/복호 키 스케줄링의 하드웨어 자원이 공유되도록 설계를 최적화하였다. 또한, 키 스케줄러의 병렬 레지스터 구조와 새로운 동작방식을 고안하여 키 스케줄링에 소요되는 클록 수를 감소시켰으며, 이를 통해 암호/복호 동작속도를 20~30% 향상시켰다. 설계된 LEA 프로세서는 FPGA 구현을 통해 하드웨어 동작을 검증하였으며, 113 MHz 클록으로 동작하여 마스터키 길이 128/192/256-비트 모드에서 각각 181/162/109 Mbps의 성능을 갖는 것으로 평가 되었다.
클라우드 컴퓨팅환경에서 사용되는 분산 파일 시스템은 데이터를 저장하는 분산 저장 서버와 각 데이터의 메타데이터를 저장하는 마스터 서버로 구성되어 있다. 마스터 서버와 분산 저장 서버는 수시로 서버의 상태나 메타데이터의 정보를 교환하지만, 통신 시 암호화가 전혀 고려되지 않아, 제 3자에 의한 도청이나 위변조시 사용자의 데이터에 대한 가용성을 보장받지 못할 수 있다. 이에 대한 방지 대책으로 통신 과정을 암호화함으로써 해결할 수 있지만, 무한히 확장 가능한 분산 저장서버에 대해 단일 마스터 서버와의 통신과정을 암호화하게 된다면 수많은 키에 대한 관리 대책을 필요로 하게 된다. 하지만 이 때, 분산저장서버를 하나의 그룹으로 묶어 그룹키를 사용하여 통신과정을 암호화한다면 보다 효율적으로 해결할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 분산 저장 서버와 마스터 서버 간 안전하고 효율적인 암호화 통신을 위한 그룹키 확립 프로토콜을 제안하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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