본 고에서는 최근 휴대용 보안장치로 이슈화되고 있는 스마트카드에 대하여 기술한다. 요즘 우리주변에서 쉽게 접할 수 있는 스마트카드는 교통카드이다. 1997년 스마트카드를 이용한 버스카드 시범 프로젝트가 성공적으로 이루어지면서 1999년부터는 지하철 패스와 버스카드를 통합하여 지금은 일반인들이 소유하고 있는 가장 보편화된 교통 지불수단으로서 그 활용도가 높다고 볼수 있다. 최근 스마트 카드에 대한 인식이 제고되고 있는 이유는 스마트카드가 일반 사용자들의 실생활을 사이버세계를 연결해 줄 수 있는 다리역할을 할 수 있기 때문이다. 하지만 일반인들은 스마트카드가 보안 장치로서의 역할을 수행한다는 사실은 인지하지 못하고 있는 실정이다. 앞으로 실생활에 밀접하게 활용되게 될 스마트카드에 대한 보안 구조를 살펴보고 스마트카드에 저장되어 있는 사용자 데이터를 보호하기 위하여 스마트 카드에 구현되는 접근통제 메커니즘을 분석한다.
스마트카드의 EEPROM은 갱신, 삭제가 가능한 프로그램 및 데이터가 저장되는 저장장치로서, 호스트 환경(PC환경)의 하드디스크와 같은 역할을 한다. 스마트카드의 EEPROM에 데이터를 저장하는 과정은 먼저 EEPROM의 데이터를 지우고, 새로운 데이터를 쓰는 두 단계로 이루어져 있기 때문에 중요 데이터에 대한 무결성을 보장하기 위해서 atomic operation은 하드웨어로서 지원하지 못할 경우 반드시 소프트웨어적으로 지원되어져야한다. 스마트카드 운영체제의 Atomic operation이 수행되는 과정에서 EEPROM의 버퍼 구조의 설계는 스마트카드의 수명과 밀접한 관계가 있으며, 파일에 접근하여 데이터를 처리하는 시간에 대하여 의존도가 매우 높다. 이에 본 논문에서는 스마트카드의 atomic operation 메커니즘에 대하여 알아보고, atomic operations 메커니즘을 지원하는 EEPROM의 Capabilities 증가 구조 제안과 효율적으로 파일의 접근 속도를 최소화하는 구조를 제안 한다.
본 논문에서는 스마트카드의 사용에서 보편적으로 사용되는 패스워드 대신 서명을 이용하여 사용자 인증 시스템을 구현하였다. 서명은 사용자에게 익숙하여 특별한 기억이 필요 없으며, 강제에 의한 유출로 야기되는 타인사용의 가능성이 어려워 패스워드보다 안전하다. 그러나 서명 데이터의 크기는 매우 커 스마트카드에서 처리하기 위해 특별한 명령어 필요하며, 이를 위해 ISO 7816-3, 4의 표준에 따른 기본 명령어와 사용자 인증과 서명 데이터를 처리하기 위한 명령어로 스마트카드의 운영체제인 COS를 설계 구성하였다. 또한 사용자, 카드, 단말기 및 서명 BB서버 사이의 프로토콜을 설계하였다. 서명 데이터는 등록과정에서 서명 DB서버와 스마트카드에 저장되며, 사용자 인증은 사용자가 입력한 서명 데이터와 서명 DB에 저장된 데이터로 비교 알고리즘을 수행하여 인증 결과와 서명 데이터의 해쉬 값을 카드 쪽에 전송하여 스마트카드 사용자 인증이 이루어진다. 이 과정에서 서명 DB서버와 사용자간의 상호 인증도 이룰 수 있다. 본 논문에서 제시한 시스템은 사용자 서명과 스마트카드 내의 서명 데이터를 비교하여 상호간의 신뢰성을 보장받을 수 있으며, 사용자에게 좀 더 안전하고 간편한 서비스를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
최근 지하철이나 버스 등의 교통수단을 이용하기 위해 지불방식의 편리, 지연시간의 단축 등 효율성이 높은 비접촉식 카드를 많이 사용하고 있다. 이러한 비접촉식 스마트 카드를 인증하기 위해서는 스마트카드ID가 스마트카드 단말기 내부에 저장하고 있어야 하며, 스마트카드ID가 변경될 때마다 서버으로부터 전송받아 최신의 정보로 갱신되어야 한다. 교통시스템에서 사용되는 통신매체는 RS-485를 사용하여 38.5Kbps로 통신하고 있고, 그로인해 스마트카드ID를 전송할 때 시간이 많이 소모되고, 스마트카드ID를 전승하는 동안에는 스마트카드 단말기의 사용이 제한되고 있어 단말기가 사용되지 않는 시간에 전송하고 있다. 이러한 교통시스템의 환경에서 점점 더 많아지고 있는 대량의 데이터를 스마트카드 단말기에 빠르게 전송하기 위해 스마트카드ID의 특성을 이용한 인코딩 기법을 적용하여 스마트카드ID의 크기를 줄여 전송함으로써 전송시간을 줄이는 방법을 제안하였다.
스마트카드의 가장 큰 특징 중 하나로 자체적인 보안 기능을 들 수 있다. 하지만, 스마트카드는 내부의 암호 시스템이 수행될 때, 비밀키와 관련된 여러 가지 물리적인 정보를 누출하게 된다. 본 논문에서는 스마트카드의 전력 소비 신호를 이용하여, 내장된 암호 알고리듬의 비밀키를 알아내는 개선된 DPA(differential power analysis)공격을 제안한다. 제안하는 DPA공격은 SRAM에서의 데이터 상태천이를 이용하여 DPA신호의 S/N비를 높임으로써, 보다 효과적인고 강력한 DPA공격이다. 따라서 스마트카드 설계자는 이러한 점을 고려하려 시스템을 설계해야 할 것이다.
웹 상에서의 전자 상거래는 고객과 상인간의 정보 보호와 대금 결제의 신뢰성이 보장되어야 한다. 스마트카드는 자체내의 메모리기능과 연산기능을 가진 IC 카드로써 사용자 인증과 개인정보 보호 기능이 탁월하다. 따라서, 신용 카드 기반의 전자 지불 프로토콜의 표준인 SET을 사용하여, 보안 기능이 뛰어난 스마트카드를 지불 수단으로 하는 안전하고 효율적인 스마트카드 전자 지불 시스템을 설계하고 자바로 구현하였다. 본 논문에서 구현한 지불 시스템은 지불 정보와 주문 정보의 기밀성을 제공하고, 공개키 기반의 암호 체계로 데이터의 무결성을 보장한다.
최근 개인자료의 유출 및 불법적인 사용이 사회적으로 큰 이슈가 되고 있어 개인의 정보보호 및 신분확인에 대한 요구가 증가하게 되었다. 이로 인하여 최근 안전한 데이터 전송과 거래를 위해 스마트카드의 이용이 증가되고 있는 추세이다. 특히 자바카드는 스마트카드 플랫폼에 자바의 기술을 접목시킨 것으로 양방향 통신, 정보의 보호기능 등을 수행할 수 있으며, 개인을 확인할 수 있고 이동성이 뛰어나며 복제가 어렵고 암호 알고리즘을 카드 내부에서 수행하여 보안상 매우 좋은 이점을 지니고 있어 스마트카드에서 필요로 하고 있는 다양한 서비스의 내용을 충분히 안정적으로 제공하고 있다. 본 논문에서는 이런 다양한 응용분야에 이용되는 자바카드의 보안성을 높이기 위하여 기존의 단순한 사용자 인증에 사용되는 PIN정보와 생체정보인 사인데이터를 함께 이용한다. 또한 개인에 따른 정보를 저장하는 방법과 이 정보를 접근하기 위하여 데이터를 사용하는 사용자간의 접근을 제한하기 위한 사용자의 접근권한을 설계하였다. 이와 같은 Applet을 설계함으로써 개인정보의 보다 안전하고 신뢰성을 보장하고 개인의 불법적인 유출 및 도용의 완벽한 제어가 될 것으로 기대된다.
오늘날 대부분의 스마트카드는 자바카드 플랫폼을 채택한 자바카트가 표준안으로 자리매김 하고 있다. 자바카드 기술은 이식성, 플랫폼 독립성, 높은 보안성 기능을 스마트카드에 제공한다. 그러나 자바카드는 일반 스마트카드에 비해 자바 언어 상의 특성으로 인해 실행속도 저하의 단점을 갖고 있다. 실행속도에 영향을 끼치는 요소는 자바 카드가 데이터를 저장하는 방식과 자바카드 설치기가 애플릿을 설치하는 방식 때문이다. 본 논문에서는 자바카드 프로그램의 적재와 실행의 속도를 개선시키기 위한 방안으로 자바카드에서 EEPROM에 데이터에 대한 저장, 갱신, 삭제하는 과정들을 처리 속도가 빠른 RAM을 이용하여 자바카드의 속도를 개선할 수 있다. 이를 위해 자바카드에서 RAM을 활용한 방법으로 자바카드 환경에 맞는 선반입 LRU-OBL 버퍼 캐쉬 기법을 제시한다. 자바카드에서 생성되는 모든 데이터들을 데이터 특성에 따라 버퍼 캐쉬에서 관리함으로써 EEPROM에 대한 기록 횟수를 최대한 줄여 자바카드의 프로그램 적재 및 실행속도를 향상시킨다.
정보화의 부작용이라 할 수 있는 보호되어야 할 자료의 유출이 심각해지면서 특정 사용자간에 데이터를 암호화해서 전송하고 다시 복호화 해서 데이터를 얻어야 할 필요성이 커지고 있다. 따라서 데이터의 고속 암호화 및 복호화 기술의 개발이 시급하다. 데이터의 암호화 및 복호화를 위해서는 비밀키 암호를 사용하는데 대표적인 비밀키 암호로 Rijndael(AES) 암호가 있다. Rijndael 암호는 기존의 블록암호와는 달리 비교적 적은 게이트 수를 사용하여 하드웨어로 구현할 수 있고, 키 관리와 암/복호 속도 측면에서 하드웨어 구현이 소프트웨어 구현보다 우수하기 때문에 코프로세서 형태로 구현하여 스마트카드, SIM카드, 모바일 시스템 등에 적용할 수 있다. 본 논문에서는 스마트 카드에 적합한 Rijdnael 암호 프로세서의 구현 방법에 관하여 기술하였다. 본 논문에서 제시한 방법으로 구현하여 Synopsys로 합성하여 18000 게이트 정도의 적은 게이트 수로 3㎓를 넘어서는 동작 주파수, 2.56 Gbps의 높은 암/복호율을 갖는 프로세서의 구현이 가능함을 확인할 수 있었다.
오늘날 스마트카드 시장이 급속히 성장하고, 응용분야가 확대됨에 따른 문제점들을 해결하기 위해 보안성, 발급 업무 편의성 및 유지 관리 업무 효율성을 높이기 위한 스마트카드 관리 시스템이 활용된다. 스마트카드 관리 시스템은 카드 관리, 발급 관리, 키 관리, 응용 관리, 발급처 관리 등으로 구성 되어 있다. 스마트카드 관리 시스템은 스마트카드를 발급하고자 하는 카드 발급사(은행, 카드사, 이동통신사 등)가 스마트카드를 구매 및 발급하여 일반 사용자들에게 배포한다. 그리고 카드 사용자의 향후 지속적인 사용을 위해 칩에 새로운 프로그램을 다운로드 해 주고 또한 이에 관련한 데이터를 안전하고 효율적으로 관리하는 기능을 제공한다. 본 연구에서는 이와 같은 스마트카드 관리 시스템을 보다 효과적인 결함분석을 수행하여 보안성을 평가하는 프레임워크와 보안성을 효율적으로 개선하는 방법을 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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