본 논문에서는 키 복구 기능을 가지는 키 공유 프로토콜의 안전성을 검토한다. 1999년 ICISC\`99에서 P. Paillier와 M. Yung이 제안한 자기 위탁 공개키 시스템 [2] 중에서 Diffie-Hellman형 자기 위탁 키 공유 시스템에 대한 메시지 은닉 공격을 제안하고, 그 대책을 제시한다. 또한, 2001년 PKC 2001에서, 사용자와 서비스 제공자간의 모의에 의한 공격 가 능성을 배제하고 제안한 키 복구 기능을 가지는 키 공유 프로토콜 띠에 대해서, 사용자 모의에 의한 공격 가능성을 배제하지 않을 경우에는 서비스 제공자의 키 복구 기관을 무력화하는 공격 방법이 존재함을 보이고, 사용자 모의에 의한 공격에 대해서도 안전한 키 복구 방식 설계의 필요성을 지적한다.
Diffie-Hellman(DH) 키공유 기법[1]이 제안된 후 많은 종류의 키공유 기법들이 연구되었으며, 특히 특정한 그룹 내의 구성원들이 안전한 통신을 할 수 있게 하기 위한 그룹 기반의 키공유 기법들에 대한 많은 방식들이 제안되었다. 이러한 방식들은 PKI 기반 구조 등을 사용하는 여러 응용들에서 쉽게 사용될 수 있지만, Ad-hoc 통신망이라는 특정한 기반구조를 사용할 수 없는 환경에서는 적용하기가 쉽지 않다. [2]에서는 Ad-hoc 환경에서의 그룹(conference) 기반의 키공유 기법을 제안하였지만, (n+2)-라운드의 통신량이 요구되며, 그룹 구성원들의 위치정보를 알고 있어야 한다. 본 논문에서는 ad-hoc 환경에서의 효율적이며, 그룹 구성원들의 위치정보를 알 필요 없는 2-라운드 키공유 기법을 제안한다.
Diffie-Hellman(DH) 키공유 기법[1]이 제안된 후 많은 종류의 키공유 기법들이 연구되었으며, 특히 특정한 그룹 내의 구성원들이 안전한 통신을 할 수 있게 하기 위한 그룹 기반의 키공유 기법들이 제안되었다. 이러한 기법들은 PKI(Public Key Infrastructure) 등을 사용하는 여러 응용들에서 쉽게 사용될 수 있지만, ad-hoc통신망과 같이 특정한 기반구조를 사용할 수 없는 환경에서는 적용하기 어렵다. [2]에서는 ad-hoc 환경에서 사용할 수 있는 그룹(conference) 기반의 키공유 기법을 제안하였지만, n$^{+2}$ 라운드의 통신량이 요구되며, 그룹 구성원들의 위치정보와 같은 부가정보를 알고 있어야 하는 문제점이 있다. 본 논문에서는 ad-hoc 환경에서 그룹 구성원들의 위치정보를 알 필요 없는 효율적인 2-라운드 키공유 기법을 제안한다.
센서 네트워크는 침입탐지, 원격 감시 등 보안이 꼭 필요한 환경에서 사용될 것으로 예상된다. 이와 같은 센서네트워크에서 기밀성과 같은 보안성을 제공하기 위해서 센서 노드들은 공유키를 가지고 있어야 한다. 현재까지 제안된 기본적인 키 분배 기법은 키가 너무 많이 필요하거나, 노출된 센서에 의해서 키가 너무 많이 노출되는 등 보안 측면에서 취약했다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 확률적 키 분배기법이라는 적은 수의 키로 노드 간의 키 공유를 확률적으로 보장하는 새로운 키 분배 기법이 제안되었다. 그러나 이 기법은 노드 간에 키의 공유가 항상 보장되지 않기 때문에 물리적인 이웃 노드라도 통신을 진행하지 못하게 되어 비효율적인 라우팅이 발생하거나, 별도의 라우팅 프로토콜을 필요로 하는 문제가 있다. 본 논문에서는 쿼럼 시스템(quorum system)을 이용하여, 노드에서 필요로 하는 키의 수를 줄이면서도 이웃 노드와 키 공유를 언제나 보장하는 새로운 키 분배 방법을 제안한다. 또한 노드 분포 정보(deployment knowledge)를 아는 상황에서 쿼럼 시스템을 확장하여 센서 노드에서 필요로 하는 키의 수를 줄이고 보안성과 연결성을 지원할 수 있는 방안을 제시한다.
비신뢰 기반 분산키 생성은 다수의 참여자가 개인키를 모르는 상태에서 개인키의 샤미르 비밀 공유를 공동 생성하는 프로토콜이다. 또한 이를 임계값 서명으로 확장할 경우 개인키를 복원하지 않고도 다수 참여자간의 암호 프로토콜을 통해서 디지털 서명을 생성할 수 있도록 한다. 본 연구는 활용성이 높은 (1,3) 샤미르 비밀 공유 구조에서 한 공유 값을 분실할 경우 동일한 개인키에 대한 전체 공유 값을 비신뢰 기반으로 재생성해서 공유 구조를 복구하는 프로토콜을 제안한다. 제안 프로토콜은 정확성과 기밀성 측면에서 분산키 생성과 동일한 보안 요건을 갖춘다. 블록체인 기반 가상자산 관리에 적용할 경우 안전한 개인키 관리와 서명 권한의 위임 및 불능화를 가능하게 한다.
Ad Hoc 네트워크는 무선의 고유특성으로 인해 여러 가지 보안상 위협에 취약한 면을 지니고 있다. 이러한 위협들의 예로는 무선채널을 통한 엿돋기, 트래픽 모니터링과 같은 수동적인 공격과 악의적인 사용자로부터의 서비스 거부 공격(Denial Of Service), 그리고 신뢰성이 손상된 개체나 도난 당한 장치로부터의 공격등과 같은 능동적인 공격이 있다. 임의의 네트워크 환경에서 이러한 공격에 대한 안전한 통신을 보장하기 위해서 기밀성, 인증, 무결성 그리고 가용성등을 충족시켜야 한다. 이러한 보안상의 요구는 적절한 키 관리 방법을 필요로 한다. 하지만 기존의 방법들은 키의 일치를 위해 과도한 통신 오버헤드. 오랜 지연시간을 요구하거나 안전상 취약점을 노출한다. 본 논문에서는 호스트가 이동하는 상황에서, 빠르게 비밀키를 공유하도록 클러스터 구성을 이용하고 보다 안전한 키 관리를 위해 임계치 암호화 방식을 사용하는 방법을 제안한다. 더불어 제안하는 방법은 프로토콜에서 사용되는 임시키들과 부분키들을 주기적으로 update하여 안전성을 향상 시키며, 호스트들이 이동하는 상황에서도 안전하게 비밀키를 공유하도록 해준다. 따라서 본 논문에서 제안하는 방법은 이동 Ad Hoc 네트워크에서 높은 가용성을 보장하고 보다 안전하게 그룹키나 세션키를 공유하는 방법으로 이용될 수 있다.
무선 센서 네트워크 (Wireless Sensor Network)에서 기존에 존재하는 대부분의 보안 프로토콜들은 대칭적인 공유키(symmetric pairwise key) 설정에 기반하고 있다. 그러나 이러한 프로토콜들은 노드 전복 (node compromising), 그리고 과중한 트래픽의 문제점을 안고 있다. 더욱이, 대칭키 방법을 이용한 브로드캐스트 메시지 인증은 자원이 제약된 센서네트워크에서 적용하기에는 너무 복잡하다. 본 논문은 공개키를 이용한 공유키(Pairwise Key) 설정에 기반한 보안 프로토콜들을 제안한다. 특히 경량성을 위하여 타원 곡선 암호 (Ellptic Curve Cryptography)를 채택하였다. 제안 프로토콜은 공유키 설정과 브로드캐스트 메시지 인증을 위하여 각각 Elliptic Curve Diffie-Hellman (ECDH)과 Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA)를 이용한다. 더욱이, 분산된 rekeying 메커니즘 (decentralized rekeying mechanism)을 도입함으로써 TinySec 의 성능을 향상시킨다.
Kerberos는 MIT에서 Athena 프로젝트의 일환으로 개발된 인증 서비스로써 관용 암호 기법만을 사용하고 있다. 공개된 네트워크 환경에서의 허가되지 않은 사용자의 접속을 방지하기 위한 대안으로 모든 사용자의 패스워드를 중앙집중식 데이터베이스에 저장하는 인증 서버를 이용하고 있다 이 인증 서버는 각 서버와 고유의 비밀키를 공유하게 된다. 이렇게 공유된 비밀키를 이용하여 사용자들에게 서비스를 제공하게 된다. 현재 Kerberos는 버전 5까지 개발되었고, IETF CAT Working Group에서 개발한 PKINIT 기반의 인중 서비스를 접목하려는 노력이 시도되고 있다. 키 로밍 서비스란 공개키 기반 구조 하에서 사용되는 공개키, 개인키 쌍 중에서 개인키에 대한 안전한 관리를 목적으로 개발된 서비스로써 시간과 공간에 제약받지 않고, 패스워드만을 가지고 자신의 개인키에 접근할 수 있는 기법을 제공한다. 본 논문에서는 사용자의 개인키에 대한 키 로밍 서비스를 제공하는 Kerberos 시스템을 제안한다. 키 로밍 서비스를 제공하는데 있어서 기존에 Keberos가 가지고 있는 모든 서비스는 그대로 유지되고 키 로밍을 위해 추가되는 통신상의 오버헤드를 최소화하였다.
RFID 시스템에서 태그는 객체를 유일하게 식별하기 위한 정보를 가지고 있기 때문에 개인정보의 노출, 위치 추적 등의 프라이버시 침해를 유발할 수 있는 문제점이 있다. 태그가 다양한 목적을 위해 사용되어지는 경우 키 분배, 키 관리 등의 문제로 인해 공개키 암호화 기법이 적용될 수 있다. 공개키 암호화 기법을 이용한 기존 RFID 인증 프로토콜에서는 서버와 태그 사이에 공개키를 사전에 공유하고 있다고 가정을 하여 설계를 하였다. 하지만 하나의 태그가 다양한 목적으로 사용되는 다목적 구조에서 수동형 RFID 태그가 서로 다른 서버의 공개키를 모두 공유한다는 것은 현실적으로 불가능하다. 본 논문에서는 다목적 구조에서 XOR 연산과 리더와 태그가 사전에 공유한 마스터 키($K_m$)를 사용하여 태그에게 공개키를 안전하게 전달하며 이를 이용한 공개키 암호화 기반의 RFID 인증 프로토콜을 제안한다. 또한 제안한 인증 프로토콜은 프라이버시 침해를 유발할 수 있는 도청, 재전송 공격, 위치 추적과 같은 공격에도 안전성을 보장한다.
Revocation 기법은 멀티캐스트 환경에서 그룹의 동적인 변화에 대한 그룹키의 갱신을 의미한다. 키갱신을 위해서는 키갱신 메시지의 전송이 필요하며 키갱신 메시지의 효율적인 분배를 위해서 트리를 이용한 방식과 비밀공유를 이용한 방식이 제안되었다. 이 논문에서는 키 갱신에서의 연산비용을 줄이기 위해 이전에 제안되었던 비밀공유 기반의 revocation기법의 두 가지 변형을 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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