최근 인터넷을 통한 네트워크 응용들의 확산은 unicast에서 multicast로 넓혀가고 있는 추세이다. 그러나 공개키 쌍을 사용하는 PKI 키 관리 및 인증기법에 반해 그룹 키 관리 및 인증기법에 대한 연구는 아직 미비한 상태이다. 따라서 본 논문에서는 동일한 보안등급을 갖는 다중 사용자들이 보다 안전하게 키를 공유하고 인증할 수 있도록 하는 그룹 키 분산 기법에서, 즉, 그룹키를 관리함에 있어서 필요한 정보보호에 대한 고찰 및 그룹 키 관리에서의 주요 처리인 join/leave 함수 처리, 다양한 그룹키 분산 기법에 관하여 연구하고 보다 안전한 키 관리 및 객체가 갖는 장점들을 포함하는 안전한 그룹 키 분산기법에 관하여 논하도록 한다.
본 논문에서는 멀티캐스트기법에 기반한 중앙분배방식의 그룹키 관리 기법에 대한 안전성 모델을 제시하고자 한다. 지금까지 키 관리 기법과 관련한 안전성 모델 연구는 주로 두 사용자간에 안전한 키 교환이 이루어지는 환경에 집중되어 왔다. 이와 달리 본 논문에서 다루는 환경은 특정 그룹에 속한 다수의 사용자가 안전하게 키를 공유하는 것을 목적으로 하며 이때 키 생성, 키 분배 등의 그룹키 관리를 위해 신뢰기관인 그룹 관리자가 존재한다. 이러한 중앙분배방식의 그룹키 관리가 안전하게 이루어지기 위해 반드시 요구되어지는 안전성 조건을 분석하고 이를 기반으로 구체적인 안전성 모델을 제시한다.
안전한 멀티캐스트란 동적으로 그룹 멤버가 변하는 환경에서는 현재의 그룹 멤버만 데이터를 얻을 수 있도록 멀티캐스트하는 방법을 말한다. 이를 위해 그룹 멤버간에 그룹키를 공유하며, 이 키로 암호화하여 데이터를 멀티캐스트한다. 전방향 안전성(forward secrecy)과 후방향 안전성(backward secrecy)을 제공하기 위해 멤버가 가입하고 탈퇴할 때마다 공유키를 변경해야 한다. 이 때 확장성을 위해 그룹키의 변경이 그룹 전체에 미치는 영향은 최소화되어야 한다. 지금까지의 연구는 확장성 문제를 해결하기 위해 플랫한 그룹키 공유 구조에서 계층 구조로 변화해 왔으며, 그룹의 파티션을 용이하게 하고 중앙집중 방식의 문제를 극복하기 위해 중앙 키 서버를 사용하지 않고 그룹 멤버가 생성한 값을 계산을 통하여 그룹키를 생성하는 프로토콜로 변화해 오고 있다. 하지만 지금까지 제안된 안전한 멀티캐스트 방식은 멤버의 가입은 확장성을 갖추고 있지만 멤버의 탈퇴는 그렇지 못하며, 성능 측면에서 많은 개선이 있었지만 실제 응용에 사용되기에는 아직도 연산 측면에서 적절하지 못하다. 이 때문에 이 논문에서는 실제 응용에서 안전한 멀티캐스트를 효율적으로 사용할 수 있도록 그룹키 분배를 위한 중앙 서버를 사용하지 않는 환경에서 가입과 탈퇴가 일어날 때마다 개별적으로 처리하지 않고 일괄 처리하는 여러 알고리즘을 제안하고 그 성능을 분석한다.
센서네트워크 환경에서 멀티캐스트는 베이스스테이션이 다수의 센서노드에게 명령 또는 쿼리를 전송할 때 사용된다. 멜티캐스트 메시지를 효율적으로 안전하게 전송하기 위하여 그룹키를 이용한 암호화 통신이 요구되며, 포획당한 노드로 인한 그룹키 노출에 강건한 그룹키 갱신기법이 필요하다. 이를 위하여 애드 혹 네트워크 환경에서 안전한 그룹키 갱신 기법이 오랫동안 연구되었다. 하지만 기존에 연구된 기법들은 센서네트워크에 적합하게 설계되지 않았으며, 안전한 그룹키 갱신하기 위한 효과적인 방법이 제안되지 못하였다. 따라서 본 논문에서는 그룹에 속한 센서노드만 새로운 그룹키 생성할 수 있는 방법을 통해서 기존의 기법에 비해 높은 안전성을 가지는 멀티캐스트 그룹키 갱신 기법을 제안한다.
키 교환은 이미 오래전부터 많이 연구되어 왔으나 끊임없이 변화하는 통신 환경과 그에 따른 새로운 위협에 따라 안전한 키 교환이 필요하게 되었다. 특히 키 교환을 수행하는 개체의 비밀키가 노출되었을 경우에도 안전한 키 교환 프로토콜이 필요하다. 또한 그룹의 구성원 수와 상관없이 상수 라운드를 가지는 효율적인 키 교환 프로토콜이 요구된다. 본 논문에서는 ID 기반의 그룹 키 교환 기법에 대한 기술 동향을 분석하고, 그룹 키 교환 환경에서의 다양한 공격 환경 및 공격자에 따른 안전성 모델에 대한 안전성을 분석한다.
비중앙화(decentralized) 그룹키 관리 알고리즘은 그룹 멤버의 변화에 대한 영향을 지역적인곳으로 한정시킴으로서 안전한 멀티캐스트 네트워크 구조의 확장성(scalability)과 안정성(reliability)을 향상시킬 수 있다. 그러나 기존의 비중앙화 그룹키 관리 기법들에서는 멀티캐스트 과정에서 중간의 중계노드들이 멀티캐스트 데이터의 평문 정보를 복호화함으로써 그룹 통신의 비밀성이 보장되지 않거나, 하위 그룹간의 안전한 통신을 위해서 외부의 중앙화된 그룹키 분배 센터가 필요했다. 본 연구에서 제안하는 그룹키 관리 방식에서는 서비스 제공자가 대리 암호(proxy encryption)를 이용하여 그룹키를 분산화(distributed) 방식으로 합법적인 그룹 멤버에게만 분배한다. 따라서 멀티캐스트 데이터를 전송하는 과정에서 데이터의 비밀성을 보장하는 안전한 통신을 가능케 함과 동시에 중앙화된 그룹키 분배 센터에 대한 필요성을 제거시킬 수 있다. 제안하는 그룹키 관리 기법은 중앙화된 네트워크 관리자가 없이 네트워크의 구조가 빈번히 변화하는 신뢰할 수 없는 동적인 네트워크 환경에서도 안전한 그룹통신을 효과적으로 보장할 수 있다.
인증 및 그룹키 합의 프로토콜은 통신하고자 하는 여러 구성원들의 그룹키를 합의하여 안전한 그룹 통신을 제공할 수 있다. 현재 안전하고 효율적인 인증 및 그룹키 합의 프로토콜을 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 기존의 공개키 인프라 기반 인증 및 그룹키 합의 방식에는 인증서와 키의 관리 문제가 나타나며 신원 기반 인증 및 그룹키 합의 방식에는 키 에스크로 문제가 나타난다. 본 논문은 이러한 문제를 해결 할 수 있는 무인증서 기반 인증 및 그룹키 합의 방식을 제안한다. 또한, 본 논문에서는 기존에 무인증서 암호시스템에 발생할 수 있는 공개키 대체로 인한 위장 공격을 방지할 수 있는 방법을 설계한다. 제안하는 방식은 효율성을 제공하기 위해서 구성원 수거 증가하더라도 통신 Round 수가 증가하지 않는 특징을 갖는다.
그룹 통신은 인터넷을 통해 급속도로 발전 중이며, 그룹통신으로는 화상회의, 인스턴트 메시지, 데스크 탑 공유, 다양한 e-커머스등과 같은 응용프로그램들이 있다. 안전한 그룹통신을 위해서 그룹 키를 생성하여 통신 메시지를 암호화하여 교환함으로써 그룹통신의 기밀성을 보장할 수 있다. 본 연구에서는 그룹 키를 보다 안전하면서 효율적으로 생성하여 안전한 그룹통신에 기여하는데 그 목적이 있다.
최근에 인터넷을 이용한 화상회의, 실시간 정보서비스, 협동작업, VOD 서비스등의 요구가 증가하면서 이런 서비스들을 효율적으로 처리할 수 있는 멀티캐스트 통신이 등장하였다. 멀티캐스트 통신에서는 데이터의 보호를 위하여 그룹 키를 사용하는데 수시로 회원의 가입과 탈퇴가 이루어지는 동적인 멀티캐스트 그룹에서 안전하고 효율적인 그룹 키의 전송이 중요한 문제로 등장하였다. 본 논문에서는 지금까지의 그룹 키 전송에 대한 연구들을 살펴보고 효율적이고 안전한 그룹 키 전송 방법을 제안함으로서 통신에 필요한 키들을 보관해야 하는 저장공간의 용량을 최소화하고 그룹키 전송시 일대일 통신방식인 유니캐스트방식을 이용하여 효율적이고 안전한 전송이 될 수 있도록 하였다.
그룹에 속한 멤버들만이 통신하고자 하는 그룹웨어 응용프로그램이 보안상 중요한 문제로 인식되면서, 그룹키를 안전하게 생성하여 나누어 갖는 것이 필요하게 되었다. 본 논문은 어떤 그룹에 속한 모든 멤버들이 잘 알려진 두 멤버간의 Diffie-Hellman의 키 교환 프로토콜을 이용하여, 모든 메시지들을 안전하게 전달함으로써 그룹키를 나누어 갖는 새로운 그룹키 동의 프로토콜을 제안한다. 이 프로토콜은 완전 이진 트리를 이용하여 기존의 많은 양의 모듈러 멱승 연산을 일부 곱셈 연산으로 전환함으로써, 그룹키를 만드는데 있이 모듈러 멱승 계산량을 줄이는데 효과적이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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