본고에서는 키 분배 및 인증과 관련된 기본적 사항들을 간단히 고찰 소개한다. 키 분배 방식을 구성하는 주요 요소, 기본적인 키 분배 방식과 인증 기법 및 그 기법의 안전성, 인증과 키 분배를 동시에 수행하는 프로토콜과 UNIX 망에서 실질적으로 서비스되는 Kerberos 프로토콜을 소개한다.
센서네트워크는 넓은 지역에 무선 인프라로 묶여 설치된 센서들을 사용하여 상황 인지로 감지된 데이터를 응용서비스 서버와 연동하는 기술이다. 이는 환경 감시, 대상 추적, 환자 모니터링, 군사적 목적 등 매우 다양한 분야에 사용될 수 있다. 센서네트워크 역시 기존 네트워크에서 필요로 하는 보안 기능을 요구한다. 그러나 센서네트워크에 사용되는 노드들이 사용할 수 있는 자원에 제약이 있어, 기존의 암호기술을 그대로 적용하는데 어려움이 있다. 이러한 센서네트워크에서의 키 분배 문제를 해결하기 위하여 인증센터를 사용하는 기법, 랜덤 키 사전 분배 기법, q-합성수 랜덤 키 사전 분배 기법, Blom 스킴, 위치 기반 키 사전 분배 기법 등이 제안되어 있다. 한편, 공개키 연산의 많은 부하로 인하여 공개키 기법을 센서네트워크에 적용하기에 적합하지 않으리라 여겨져 왔으나, 최근의 연구결과들에 의하면 PKI처럼 복잡한 시스템을 구현하는 것은 부적합할지라도 공개키를 이용한 키 분배 기법을 센서네트워크에 적용하는 것이 실효성이 있다는 것을 보여준다. 본 논문에서는 TinyOS 플랫폼에서 공개키를 이용하여 센서 노드 간 상호 인증 및 세션키를 생성하여 암호 데이터 통신을 수행하는 센서네트워크 플랫폼을 구현한 결과를 제시한다.
브로드캐스트 암호화 기법은 공개된 네트워크 상에서 멀티미디어, 소프트웨어, 유료 TV 등의 디지털 점보들을 전송하는데 적응되고 있다. 브로드캐스트 암호화 기법에서 중요한 것은 오직 사전에 허가된 사용자만이 디지털 정보를 얻을 수 있어야 한다는 것이다. 브로드캐스트 메시지가 전송되면 권한이 있는 사용자들은 자신이 사전에 부여받은 개인키를 이용하여 먼저 세션키를 복호화하고 이 세션키를 통하여 디지털 정보를 얻게 된다. 이와 같이 사용자는 브로드캐스터가 전송하는 키를 이용하여 메시지나 세션키를 획득하게 되는데. 이러한 과정에서 브로드캐스터가 키를 생성하고 분배하는 과정이 필요하다. 또한 사용자가 탈퇴나 새로운 가입시에 효율적인 키 갱신이 필요하게 된다. 이에 본 논문에서는 기존에 서버가 단독으로 사용자를 예측하여 사용자에게 키를 분배하는 것이 아니고 초기 중심 서버가 키를 생성한 후 하부의 서버에 권한위임을 하면 하부 서버는 다시 사용자에게 키를 배포하는 방식으로 키를 생성 분배하도록 한다. 본 제안 방식은 기존의 서버 중심의 단독 키 분배보다 보다 효율적인 키 생성과 분배, 키 갱신을 하도록 제안하였다.
개인정보에 기초한 암호법은 통신자간 인증문제를 극복하고 공개 키 화일을 제거할 수 있는 방안으로 많이 연구되고 있다. Ham-Yang은 AMV 서명 기법에 기반하여 사용자 인증, 디지탈 서명과 키 분배가 가능한 개인정보에 기초한 암호법을 제시하였다. 본 논문에서는 이를 분석하고 Moon의 서명기법을 사용하여 개인정보에 기초한 사용자 인증, 디지탈 서명과 키 분배 시스템을 제안한다. 이 시스템의 안전성은 이산대수에 근거하며, 연산량과 시스템 구현 측면에서 효율적이다 대화형 간접 인증 키 분배 방식을 개선하였고 E-mail 등의 일방향 통신에 적합한 키 분배 방안을 제시한다
센서 노드의 자원 제약성 때문에 센서네트워크에서 키 설정 하는 것은 어렵다. 특히 기존에 제안된 공개키 암호 방식 키 설정 기법은 센서 네트워크에 적용이 불가능하며 이를 해결하기 위한 대칭키 암호 방식을 이용한 키 설정 기법들이 제안되어왔다. 대칭키 암호 방식을 이용한 여러 가지 키 설정 기법 중 랜덤-키 사전분배 기법 [2]과 랜덤 Pair-wise 키 사전 분배기법[1]에 대해 알아보고 문제점을 지적한다.
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.
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.
센서 네트워크(Sensor Network)는 유비쿼터스 컴퓨팅 환경 구현을 위한 기반 네트워크 기술로 다양한 분야에 활용되고 있다. 그러나 센서 네크워크의 구조적 특징으로 인해 보안에 취약하다는 단점이 있다. 본 논문에서는 센서 네트워크 환경에서 안전한 통신을 위한 Trust Center 기반 키 관리 기법을 설계하였다. 신규 노드 인증을 위한 키 관리 절차를 크게 키 생성, 키 분배, 키 갱신으로 구분하였다. 특히 키 분배 절차를 Trust Center 와 센서 노드 간의 키 분배, 센서 노드 간의 키 분배, Trust Center 간의 키 분배로 세분화시켜 Trust Center 가 신규 노드 인증시 이전의 인증 정보를 재사용함으로서 키 관리의 효율성을 높였다.
무선 센서 네트워크에서는 센서 노드의 제한된 자원이 보안 기법을 디자인 하는데 많은 영향을 미치기 때문에 적은 자원을 요구하는 보안 연구가 주로 이루어지고 있다. 대칭키 암호는 키 선 분배를 필요로 하지만 요구하는 연산 량이 적기 때문에 센서 네트워크를 위한 보안 연구로 주목받고 있다. 키 선 분배는 전체 네트워크의 통신채널 보안을 위해서 노드를 배치하기 전에 키 또는 키의 재료를 각 노드에 할당하는 것이다. 이와 관련하여 다양한 연구가 이루어 졌지만 연결성과 탄력성은 아직 풀어야할 과제로 남아있다. 따라서 이 논문에서는 무선 센서 네트워크의 연결성 향상과 높은 탄력성을 제공하면서도 적은 자원을 요구하는 그리드 기반의 키 선 분배 기법을 보인다. 제안하는 기법은 평면 기반의 그리드를 이용하여 다항식을 할당하고 키를 생성한다. 제안하는 기법과 다른 키 선 분배 기법들의 네트워크 연결성, 자원의 사용량, 보안성의 비교 분석을 통하여 제안하는 기법의 효율성을 분석하였다.
본 논문에서는 두 참여자간의 암호화 통신상에 있이 법집행기관이 정해진 확률 P에 따라 메시지를 복호화 하는 것이 가능하도록 해주는 키위탁 기법을 고려한다. 이것은 확률 P에 의해 사람들 개개인의 프라이버시와 법집행기간에 의한 개인침해란 두 주제 사이를 적절히 조절하도록 해준다. 제안된 방법은 ElGamal의 공개키 암호, 공개적으로 검증가능한 ElGamal 공개키 암호에 있어서 공통 지수부에 대한 지식 증명, 그리고 분배된 키위탁 기관들에서의 비밀공유기법 등에 바탕을 둔다. 또한 두 참여자간의 세션키를 복호화 하기 위해 필요한 각 키위탁 기관의 파라메터들은 영지식 대화형 증명 프로토콜을 통과하여야만 사용이 가능하도록 구성된다. 이와 같은 기법들을 통해 두 참여자간의 암호화된 통신에 접근 가능한 법집행기관과 암호화된 통신에 사용된 세션키를 보호하기 위한 분배된 키위탁기관들이 참여된 키위탁 기법을 고려한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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