Lama AlNabulsi;Sireen AlGhamdi;Ghala AlMuhawis;Ghada AlSaif;Fouz AlKhaldi;Maryam AlDossary;Hussian AlAttas;Abdullah AlMuhaideb
International Journal of Computer Science & Network Security
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제23권4호
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pp.95-102
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2023
The emergence of Internet of Things (IoT) into our daily lives has grown rapidly. It's been integrated to our homes, cars, and cities, increasing the intelligence of devices involved in communications. Enormous amount of data is exchanged over smart devices through the internet, which raises security concerns in regards of privacy evasion. This paper is focused on the forensics and intrusion detection on one of the most common protocols in IoT environments, especially smart home environments, which is the Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) protocol. The paper covers general IoT infrastructure, MQTT protocol and attacks conducted on it, and multiple network forensics frameworks in smart homes. Furthermore, a machine learning model is developed and tested to detect several types of attacks in an IoT network. A forensics tool (MQTTracker) is proposed to contribute to the investigation of MQTT protocol in order to provide a safer technological future in the warmth of people's homes. The MQTT-IOT-IDS2020 dataset is used to train the machine learning model. In addition, different attack detection algorithms are compared to ensure the suitable algorithm is chosen to perform accurate classification of attacks within MQTT traffic.
본 논문은 AWS IoT 서비스 및 MQTT 기반 스마트 홈 시스템의 구현 사례를 소개한다. 본 연구에서 구현한 스마트 홈 시스템은 온도와 습도를 모니터링 할 수 있고 그에 따라 에어컨 난방 등을 수동 혹은 자동으로 온도 조절이 가능하며 카메라로 방문자를 확인하고 도어록을 원격으로 제어 할 수 있다. 구현된 스마트홈 시스템은 아두이노를 이용하여 도어록, 난방, 전등 및 에어컨을 제어하며 수집된 데이터와 제어정보는 AWS IoT 서비스를 이용하여 관리한다. 본 연구에서는 사용자가 원격에서 IoT 기기들을 제어할 수 있도록 안드로이드 앱을 개발하였으며, 앱과 AWS IoT 서버 및 아두이노 사이의 데이터 통신 및 제어를 위해 MQTT 프로토콜을 이용하였다. 또한 센서 및 기기들을 추가할 수 있도록 확장성을 갖는 AWS IoT 서비스 기반으로 구현되었다.
사물인터넷은 장소나 시간에 제약 없이 센서와 통신 기능이 내장된 사물이 사람과 사물에 상호 작용이 가능하도록 구성된 사물 공간 연결망을 말한다. IoT는 인간의 편의를 위한 서비스 목적으로 개발된 연결망이지만 현재는 전력전송, 에너지관리, 공장자동화와 같은 산업 전반에 그 사용범위가 확대되고 있는 상태이다. 그러나 IoT의 통신프로토콜인 MQTT는 푸시 기술 기반의 경량 메시지 전송 프로토콜로 보안에 취약함을 갖고 있고 이것은 개인정보 침해나 산업정보 유출 같은 위험성이 내재되어 있다고 할 수 있다. 우리는 이런 문제점을 해결하기 위해 경량 메시지전송 MQTT 프로토콜에 서로 다른 혼돈계가 임의의 값으로 동기화되는 특성을 이용하여 보안 채널을 생성하는 동기화 MQTT 보안 채널을 설계하였다. 우리가 설계한 통신 채널은 혼돈 신호의 난수 유사성, 초기치 민감성, 신호의 재생산성과 같은 특성을 이용한 방법으로 잡음 채널에 정보를 전송하는 방법이라고 할 수 있다. 우리가 제시한 킷값으로 동기화된 암호화 방법은 경량 메시지 전송 프로토콜에 최적화된 방법으로 IoT의 MQTT에 적용된다면 보안 채널 생성에 효과적이라고 할 수 있다.
2-Step 개방형 시스템은 힐링플랫폼과 개인건강 문서저장소 사이의 중계를 목적으로 제안되었다. 또한 TOS는 프로바이더(provider)의 건강문서 접근/요청 과정을 실시간으로 모니터링 하기 위해 대량 커넥션 기반의 pubsub서비스를 고려하여 설계되었다. TOS에서는 pubsub시의 통신 프로토콜의 용도로 WebSocket을 사용하고 있다. 그러나 힐링플랫폼의 사용자 단말인 모바일 기기의 저품질 무선 네트워크 운영 환경을 감안해볼 때, 전송 프로토콜 뿐 아니라 QoS를 지원하는 메시징 프로토콜 또한 추가될 필요가 있다. MQTT는 모바일 기기에 최적화된 경량 메시징 프로토콜로서 저속/저품질인 무선 네트워크 상황을 감안한 신뢰성 있는 메시징 QoS를 정의하고 있다. 본 논문에서는 힐링플랫폼의 사용자 단말인 모바일 기기를 고려하여 대량의 커넥션 및 펍섭시의 QoS를 지원하는 MQTT 프로토콜 기반의 메시지 브로커를 설계한다. 이를 위해, 우선 TOS와 MQTT 메시지 브로커 간의 모델을 설계하고, 제안 설계를 바탕으로 프로토타입을 구현한 후, 마지막으로 MQTT 클라이언트 툴을 사용한 load-test를 통해 기존연구와의 성능지표를 비교하도록 한다.
본 논문은 라즈베리파이를 이용하여 온도, 토양습도, 조도에 따라 자동으로 물과 빛을 제공하며, 원격 카메라를 이용하여 실시간으로 식물 상태를 전송하는 스마트 화분의 구현 사례를 소개한다. 화분의 용기는 5개의 층으로 분리하고, 각 용기는 3D프린터로 직접 제작하였다. 용기는 5개 층을 연결하여 사용하며 추후 확장할 수 있도록 설계하였다. 그리고 용기 내부에 라즈베리파이와 센서, 펌프, 그리고 카메라를 장착하였다. 본 연구에서는 사용자가 원격에서 카메라나 센서 정보를 받아 스마트 화분을 관찰하고 제어할 수 있도록 안드로이드 앱을 개발하였으며, 앱과 라즈베리파이 사이의 데이터 통신 및 제어는 MQTT 프로토콜을 이용하였다.
많은 센서 장치로 연결된 IoT 시스템을 구축하면 센서들의 값을 모니터링하는 대시보드를 보통 제작하게 되며, 대시 보드 소프트웨어의 개발 및 유지에는 많은 시간과 비용이 들어간다. 본 논문은 대시보드를 빠르고 쉽게 만들 수 있는 저작 도구 YellowPeach를 설계하고 구현한 내용을 소개한다. YellowPeach를 이용하여 사용자는 센서 값을 출력하기 위해 미리 준비된 다양한 차트들로 대시보드를 꾸미며, 완성된 대시보드는 JSON 파일로 저장된다. 또한 본 연구에서는 웹브라우저에서 대시보드를 출력할 수 있는 웹 애플리케이션을 제작하였다. 대시보드 뷰어 웹 애플리케이션은 MQTT 기반의 IoT 시스템을 연결하여 센서로부터 실시간으로 값을 받아 화면에 출력한다.
최근 거대한 생산 장비를 보유하지 않은 일반인이 디지털 제작 도구를 활용하여 생각했던 제품을 실제로 만드는 창작자인 메이커가 새로운 트렌드로 부상하고 있다. 이러한 메이커들이 제품을 만드는 방법을 공유하면서 오픈소스 제조업 운동인 '메이커 운동'이 확산되었다. 국내의 경우에도 정부의 정책적 지원을 통해 메이커 운동이 활성화 되고 있는 추세이다. 하지만 선진국에 비해 메이커 문화에 대한 인식과 환경이 미비하고, 메이커를 위한 특화된 교육/개발용 장비나 키드없이 오픈 플랫폼 하드웨어와 소트프웨어만을 이용하는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 단순한 하드웨어 연결을 통한 데이터 확인이 아닌 실질적인 서비스 연동을 위한 MQTT 프로토콜 기반의 사물인터넷 메이커 키트를 구현한다.
국내외 IoT(Internet of Things) 기반의 자동화 산업이 눈부시게 발전하고 있으며, 이러한 자동화 기술의 발전은 센서기술의 발전으로 더욱 가속화되고 있다. 최근에는 다양한 센서기술을 토대로 작물 재배를 목적으로 하는 스마트팜 산업이 급속하게 발전하고 있다. 스마트팜의 경우 작물 재배에 필요한 온도, 습도, CO2 등과 같은 대표적인 환경데이터를 계측하여 실시간 모니터링 및 모바일 서비스까지 제공하고 있다. 이러한 환경 모니터링 및 제어 동작의 대부분은 RS-485 기반의 모드버스(RTU) 통신방식을 활용하고 있다. 본 논문에서는 스마트팜 구축에 필요한 센서 데이터 및 액추에이터 정보를 IoT 표준 프로토콜인 MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)를 사용하여 센서 데이터 및 액추에이터의 제어 동작을 LabView를 기반으로 플랫폼을 구축하여 성능을 테스트하고자 한다.
스마트홈 이전에 주목받았던 인텔리전스홈과 홈오토메이션은 첨단 기술들을 주택에 적용하는 데 초점을 맞추어 사용자들에게 불편성을 안겨주었고, 실질적인 효율성은 부족하여 대중화에 실패했다. 하지만, 현재 4차 산업 혁명과 더불어 빅데이터, 인공지능, 사물 인터넷과 관련된 기술들을 활용한 다양한 서비스가 증가하고 있으며, 다양한 기술들을 기반으로 가정 내에서 제품들을 조작 및 관리하며, 자동화하는 스마트홈 서비스 구축률이 점차 증가하고 있다. 본 논문에서는 이런 동향 추세에 맞춰 MQTT 서버, Django 웹 프레임워크, WIFI 통신 모듈을 활용하여 제품을 연결하고, 조작 및 관리할 수 있는 프로그램 앱을 구현했다.
According to growing of the plant cultivation in a greenhouse environment, the demand of a system to control the greenhouse easier has increased. Currently, the methods to control by the mobile App represent the information in a greenhouse environment with a simple numerical data or compose only the contents with a limited degree of freedom. In order to solve these problems, this paper presents a system that can be viewed or controlled greenhouse conditions in near / remote distance using augmented reality and MQTT communication protocol, RTSP media streaming protocol. The proposed method is implemented in Android smartphone environment and acts monitoring the information (temperature, humidity, illuminance) obtained by greenhouse's sensors and transmits the real time greenhouse's video using RTSP in the remote distance, and controls the values of temperature, humidity, illuminance for the greenhouse using the augmented reality in the near distance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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