본 논문에서는 이동통신 환경에 적합한 키 교환 프로토콜의 기본적인 보안 요소와 요구되는 사항들을 살펴보고 기존의 키 교환 프로토콜들을 분석하여 제시한 보안 요소의 만족여부를 살펴본다. 또한 이를 기반으로 이동통신 환경에 적합한 End-to-End 키 교환 프로토콜을 제안하고 이를 기존의 키 교환 프로토콜들과 비교 분석한다. 제안된 키 교환 프로토콜은 이동통신 단말기에서의 공개키 연산과 교환되는 메시지 수를 줄여 기존의 키 교환 프로토콜과 비교해 볼 때 보다 더 효율적이다.
Lin 등이 제안한 키 교환 프로토콜 및 SAKA 변형 키 교환 프로토콜은 오프라인 패스워드 추측 공격에 대응하지 못했다. 본 논문에서는 기존의 SAKA 변형 키 교환 프로토콜의 취약점을 해결하기 위한 새로운 키 교환 프로토콜을 제안한다. 제안한 프로토콜은 키 검증단계에서 일방향 해쉬 함수를 이용함으로서 기존 프로토콜의 문제점들을 해결하였다. 본 논문에서 제안한 프로토콜은 키 교환 프로토콜에서 요구되는 재전송 공격과 오프라인 패스워드 추측 공격에 강한 특징을 갖고 완전한 전방향 보안(perfect forward secrecy)을 제공한다.
상호간의 보안 통신을 위해서는 서로간의 안전한 비밀키 교환이 이루어져야 한다. 이를 보장하기 위해서는 안전한 키교환 프로토콜이 사용되어야 한다. 키교환 프로토콜은 안전성을 보장함과 동시에 키의 신선도와 확신에 대한 요구사항을 모두 만족시켜야한다. 현재 대표적인 키교환 프로토콜인 Diffie-Hellman을 기본으로 하는 다양한 프로토콜이 연구 및 개발되고 있다. 최근에 연구된 EKE-E(Encrypted Key Exchange-Efficient) 프로토콜은 Diffie-Hellman 알고리즘을 통한 키교환을 제공하며 man-in-the-middle공격과 오프라인 사전공격에 대한 안정성을 보장한다. 하지만 재전송 공격에 취약성을 가진다. 본 논문에서는 최근에 제안된 키교환 프로토콜인 EKE-E의 안전성을 만족하며 재전송공격에 안전한 프로토콜을 제안한다. 동시에 연산을 줄여 보다 성능을 향상시킨다.
Diffie-Hellman 키 교환 프로토콜에 패스워드를 기반으로 하는 인증수단을 추가하여 Seo와 Sweeney는 SAKA를 제안하였다. 하지만 SAKA와 SAKA 변형 프로토콜들은 중간자 공격, 오프라인 패스워드 추측공격, 데닝-사코 공격, 완전한 전방향 보안의 측면에서 송.수신자 상호간의 인증 수단을 유효하게 제공하지 못하였다. 본 논문에서는 패스워드 기반의 키 교환 프로토콜에서 이루어지는 인증과정에서의 취약점을 해결하기 위해 키를 이용한 일방향 해쉬 함수를 이용하여 강화된 키 교환 프로토콜을 제안한다. 본 논문에서 제안한 프로토콜은 이전의 SAKA 변형 프로토콜들에 비해 적은 수의 메시지 교환이 필요한 장점이 있다.
본 논문은 신뢰할 수 없는 네트워크를 통해서 사용자를 인증하거나 키를 교환하는 것에 적합한 패스워드 기반 프로토콜을 제안한다. 기존의 패스워드 기반의 프로토콜들은 클라이언트와 서버 사이에 인증기관(CA)을 통하여 사용자를 인증하는 반면, 본 논문에서는 사용자와 서버가 독립적으로 키 교환 및 인증을 하는 패스워드 기반 프로토콜을 제안한다. 충분하지 않은 패스워드의 랜덤성과 짧은 길이로 인하여 패스워드를 사용해 인증 및 키 교환을 하는 것은 많은 주의를 요한다. 그러므로 Diffie-Hellman 키 교환 방식에 기반한 SRP 프로토콜과 ECDSA의 서명 기법을 적용하여 안전성이 높은 프로토콜을 제안한다.
본 논문에서는 ISO/IEC의 표준안인 네트워크 계층 보호 프로토콜(NLSP)과 보호연관 프로토콜 (SA-P)를 분석하여, 네트워크 계층에서의 NLSP 위치에 따른 주소, 분할 및 재조립 기능에 대해서 구체적으로 정의하고, 보호연관 프로토콜 표준의 키 토큰 교환 방식의 문제점을 해결한 새로운 키 토큰 교환 방식을 제시한다. 본 키 토큰 교환 방식에서는 Matsumoto-Imai 키 분배 프로토콜을 사용한다. 또한, 새로운 키 토큰 교환 방식을 적용한 네트워크 계층에서의 보호 프로토콜을 구현한다. 구현된 보호 프로토콜에서는 보호 알고리듬으로 DES, SHA, DSS를 사용한다.
패스워드 기반의 키 교환 프로토콜들은 참여자들이 쉽게 기억할 수 있는 자신의 패스워드를 사용하므로 단순성, 편리성, 이동성의 장점 때문에 광범위하게 사용되지만 완전한 전 방향 보안성(perfect forward secrecy), 패스워드 추측공격과 Denning-Saccon 공격에 취약하다. 본 논문에서 제안한 검증자(verifier)를 사용한 패스워드 기반의 인증 및 키 교환 프로토콜은 키 교환 프로토콜 요구 사항을 만족하고, 알려진 공격으로부터 안전하며 DH(Diffie-Hellman) 키 교환 방법과 해쉬 함수만을 사용하기 때문에 기존의 프로토콜보다 구조가 간단하며 높은 효율성을 가진다.
이 논문에서 우리는 여러 사용자들이 동시에 세션키를 교환하는 키 교환 스킴에 대해서 연구한다. 이런 상황은 사용자들을 그래프 노드들로 표현하고 두 사용자간에 키를 만들어야 하는 상황을 에지로 표현하는 키 그래프에 의해서 묘사될 수 있다. 우리는 키 그래프에 있는 모든 에지들을 위한 세션키들을 하나의 세션에서 동시에 만드는 키 교환 스킴을 설계한다. 키 그래프를 위한 키 교환은 양자간 키 교환의 확장판이라고 할 수 있다. 우리는 양자간 키 교환 안전성 모델을 확장해서 키 그래프를 위한 키 교환 안전성 모델을 제안한다. 우리는 란수 직 산용 테크닉을 사용해서 두개의 키 그래프를 위한 키 교환 스킴을 설계하며 안전성을 증명한다. 우리가 제안하는 스킴들의 안전성은 decisional Diffie-Hellman 가정에 의존한다. 첫 번째 스킴은 일 라운드 키 교환 프로토콜이며 키 독립성을 보장한다. 두 번째 스킴은 일 라운드이며 전방위 안전성을 보장한다. 제안하는 두 가지 스킴들의 안전성은 모두 표준 모델에서 증명된다. 제안되는 프로토콜들은 최초의 다중 키 교환 프로토콜이며, 단순히 양자간 키 교환 프로토콜들을 반복 사용해서 키들을 만드는 것보다 훨씬 효율적이다. 예로서 한 사용자가 n명의 다른 사용자와 키를 만든다고 가정하자. 가장 단순한 프로토콜은 각각의 사용자들과의 키 교환을 위해서 양자간 키 교환을 사용하는 것으로서, 이 때는 계산량과 메시지 전송량이 n에 비례하게 된다. 제안되는 프로토콜들은 n개의 키를 만드는데 있어서 계산량은 n에 비례하나 전송되는 메시지의 양은 교환되는 키들의 수에 상관없이 일정하다.
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.
드론 기술의 발전은 우리 실생활에서 IoD를 활용한 다양한 서비스 제공을 가능하게 해주었다. IoD 환경을 실질적으로 활용하기 위해서는 드론과 사용자 간의 인증 및 프라이버시 보호가 보장되어야 한다. 본 논문에서는 안전한 드론 운용환경 제공을 위하여 발표된 키 교환 프로토콜들을 분석하여 문제점을 도출하였다. 두 프로토콜 모두 IoD 환경에서 사용자와 드론 간 안전한 키 교환을 목적으로 제안되었으나, 세션키 또는 사용자의 익명 아이디가 노출되어 사용자의 프라이버시가 노출될 수 있다는 문제점과 키 교환 간 사용자의 참여가 요구되어 재해·재난 환경 등 자동화된 프로토콜을 요구하는 실제 환경에 활용되기 부적합하다는 한계를 보여주었다. 따라서 향후 IoD 환경에 적합한 키 교환 프로토콜은 강한 익명성을 동반한 프라이버시 보장뿐 아니라, 드론이 직접 키 교환 요청을 할 수 있어야 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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