m-to-m 그룹 통신망의 보안은 기본의 m-to-1통신에서는 고려되지 않았던 보안 문제가 발생한다. 이중에서도 통신데이터정보의 비밀을 보장하기 위한 암호화에 사용되어지는 키교환을 어떻게 할 것 인가에 대하여 해결해야 한다. m-to-m 통신상의데이터 암호화는 통신에 참여하는 모든 멤버가 동일한 키를 가져야 한다. 따라서 본 논문에서는 Diffie-Hellman 알고리즘을 이용한 그룹상의 키교환 방식을 살펴본 후 효율성면에서 개선한 그룹키교환 방식을 제안한다.
본 논문에서는 ID 보안 기술에 기반을 둔 디지털서명, 키분배 기법을 이용하여 그룹 비밀키의 분배와 갱신을 위한 효율적인 프로토콜을 제안한다. 제안된 프로토콜의 안전성은 이산대수 문제에 근거하고 있으며 단말기의 저장능력과 처리의 능력이 적을 경우도 적절하게 운영될 수 있고, 그룹 내에서 제외하고자하는 통화자가 동시에 여러 명일 경우에도 적용한 수 있다. 또한 통화자의 변동 없이 그룹 비밀키를 변경하고자 하는 경우에도 용이하게 키를 갱신할 수 있도록 설계되었다.
최근 멀티캐스팅의 활용도가 높아짐에 따라 그에 대한 보안이 중요한 문제로 인식되게 되었다. 멀티캐스트 환경에서 보안성을 제공하기 위해 지금까지 진행되어 오고 있는 연구는 주로 그룹 키 관리기법에 관한 것이다. 멀티캐스트 보안에 있어서 가장 중요한 것은 허가된 멤버만이 데이터에 접근할 수 있어야 한다. 이는 적합한 그룹 멤버들만이 공유하는 그룹 키를 통해 데이터를 암호화하여 전송함으로써 해결된다. 본 논문에서는 안전한 멀티캐스트 데이터를 전달하기 위하여 그룹 가입/탈퇴가 빈번한 멀티캐스트 환경에 적합한 에이전트기반의 그룹 키 관리방안을 제안하고자 한다. 에이전트기술을 도입하여 전체그룹을 여러 개의 서브그룹으로 분할하여 에이전트가 각 서브그룹의 멤버들을 관리하도록 한다. 또한 에이전트 내부에서는 트리기반으로 키를 관리하고 키 갱신을 위하여 일방향 해쉬함수를 사용한다. 이러한 제안방식은 통신 중간단계에서의 그룹 키 교환을 배제하여 키 노출을 방지하고 키 재분배 과정에서 발생하는 지연을 감소시킬 수 있다.
ID 기본 암호시스템은 1984년 Shamir에 의해 제안되어 기존의 암호시스템이 가지고 있는 공개키 관리에 대한 문제점을 해결하였다. ID기본 암호시스템은 두 사용자간 암호통신에 적합하지만 이를 1 대 N 그룹통신에 적용할 경우 N개의 각 사용자에 대한 대화키(Session Key)를 생성하여 N번의 암호화로 각 사용자와 암호통신을 해야 하는 문제점이 대두되므로, 본 논문은 지금까지 발표된 ID기본 암호시스템을 바탕으로 1 대 N 그룹통신에 적합하도록 수정된 ID 기본 암호시스템을 제안한다. 제안된 ID 기본 암호시스템은 암호통신을 하고자하는 사용자가 임의의 사용자 그룹을 선정하여 각 사용자와 핸드쉐이크 과정을 통하여 상호 인증을 실시하며, 핸드쉐이크 과정에서 전달된 각 사용자의 비밀키가 포함된 자료를 이용 그룹 공통의 대화키를 생성한다. 제안된 ID 기본 암호방식의 특징은 (i)암호통신을 위한 사용자 그룹은 둘 이상 임의로 선정 가능하고, (ii)상대방 인증을 위해 별도의 해쉬 함수를 사용하지 않으며, (iii)그룹은 하나의 공통 대화키를 사용한다는 점이다.
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.
원격화상회의나 소프트웨어 배포 등 멀티캐스팅의 보안을 위해서 사용하는 그룹키는 그룹의 규모가 클 경우에도 멤버쉽 변화에 대하여 효율적으로 갱신이 이루어져야 한다. 본 논문에서는 DEP 구조를 멀티캐스트 프로토콜인 CBT에 적용한 2계층 관리 구조를 제안함으로써 키갱신 메시지 전송의 암.복호화 횟수를 제한아였으며, 서브 그룹 관리자를 그룹 통신으로부터 배제할 수 있는 효율적인 키관리 프로토콜을 제시하였다.
멀티캐스트 환경에서 그룹키 관리는 그룹 통신에서 기밀성과 같은 정보보호서비스를 제공하기 위하여 그룹 내 모든 구성원들이 한 개의 동일한 비밀키를 공유한 후 이를 기반으로 그룹 내 메시지의 암복호화를 수행함으로서 그룹 통신 내용을 보호하는 기술이다. 지금까지의 그룹키 관리 연구에서는 완전 정규 트리를 기반으로 사용자들이 그룹에 가입 및 탈퇴하는 비율을 고려하지 않은 상태에서 그룹키 관리 메커니즘이 개발되어 왔지만 본 연구에서는 사용자들이 그룹에 가입 및 탈퇴하는 비율을 고려한 상태에서 관리 메커니즘의 효율성을 높이는 메커니즘을 개발하였으며 또한 완전 정규 트리 보다 더욱 유연한 구조를 갖는 가변트리라는 새로운 트리구조를 정의 및 분석하여 제안된 가변트리 모델이 완전 정규트리 모델보다 그룹키 관리에서 더욱 효율적인 키트리 모델임을 제시하였다. 특히 그룹 통신에서 탈퇴비율이 50%를 넘는 경우 트리의 차수들이 2 또는 3인 경우에 최적화가 이루어짐을 증명하였다.
인터넷 응용프로그램을 통해 그룹 통신의 사용이 증가하면서 보안의 대한 요구사항인 메시지 무결성, 사용자 인증, 기밀성이 중요시 되고 있다. 보안 요구 사항을 위해서 그룹 통신 시에 암호 키를 생성하여 메시지 기밀성을 유지하는데, 키 생성을 효율적이면서도 안전하게 키 생성 트리를 이용하여 모바일 컴퓨팅 환경의 사용자도 쉽게 키를 생성하도록 사용자 재배치를 통해 키 생성 효율을 증대 시키기 위해 본 연구의 목표가 있다.
Self-healing 키 분배 방법은 불안정한 채널에서 규모가 크고 동적인 그룹에 적합하다. 제한된 전력과 컴퓨팅 능력을 가진 다수의 노드들을 기반으로 하는 센서네트워크 환경에서 self-healing 키 분배 방법은 효율적인 키 분배를 제공할 수 있는 접근법이다. 더불어 local collaboration은 같은 그룹에 속한 노드들이 서로 협력하여 그룹 키를 보호하고 침입자에 의해 손상된 노드를 발견할 수 있는 유용한 방법이다. 본 논문에서는 기존의 self-healing 키 분배 방법을 보완하여 센서네트워크 환경에 적용하기 위하여 임의의 변수를 적용한 지역적 협력(local collaboration)을 사용한다. 결과적으로 그룹 단위로 키를 안전하게 분배 및 관리를 할 수 있으며 센서 노드들 간의 통신비용 및 메모리에 대한 효율성 향상을 가져올 수 있음을 실험을 통하여 검증한다.
본 논문에서는 기존의 브로드캐스트 암호화 방식에 대한 고찰과 현재까지의 기술들의 단점을 보완할 수 있는 새로운 브로드캐스트 채널 상에서 특정 사용자만이 정보를 사용할 수 있도록 하기 위한 프로토콜이다. 이러한 시스템을 평가하는 중요한 비교 변수로는 전송량과 사용자가 보관하고 있어야 하는 해독키의 크기이다. 본 논문에서는 사용자를 일정 그룹으로 나누어서 암호키를 할당함으로써 사용자 개개인에게 암호키를 할당하는 경우 보다 전송량을 줄일 수 있었고, 메시지는 하나의 세션키로 암화화하고 이 세션키를 다시 암호화하여 메시지의 헤더에 첨가하여 전달함으로써 전송량을 확실히 줄일 수 있었다. 사용자를 임의의 그룹으로 구성하여 하나의 그룹에 일정수 이상이 정보를 전달받을 자격이 있다면 그 그룹의 암호키를 선택하여 세션키를 암호화하였다. 이 때 그룹에 있는 권한이 없는 사용자들이 정보를 전달받을 수 있으나, 이들의 크기는 실험 결과 그다지 문제가 되지 않을 정도로 작은 수임을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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