컨테이너 기반 애플리케이션 개발의 증가와 마이크로서비스 아키텍처의 보급으로 컨테이너 클러스터 내 워크로드 간 안전한 통신이 중요해지고 있다. 또한, 최근에는 단일 클러스터 환경이 아닌 멀티 클라우드 등의 도입과 함께 다중 클러스터 환경이 점차 증가하면서 서로 다른 클러스터의 서비스 간 통신에 대한 보안 역시 강조되고 있다. 따라서, 본 논문에서는 이러한 요구사항을 충족시키기 위해 다중 클러스터 환경에서의 서비스 간 상호 인증 및 통신 암호화를 구현하고자 한다. 특히, 서비스 간 상호 인증이 가능한 mTLS (Mutual TLS)를 SPIFFE/ SPIRE 를 이용하여 구현하고, 이를 다시 확장하여 단일 클러스터 뿐만 아니라 다중 클러스터에서도 동일한 상호 인증 체계 및 통신 암호화를 사용할 수 있도록 하므로 컨테이너 환경 전반에 걸친 보안성과 신뢰성을 향상시키고자 한다.
하드웨어의 발달과 인터넷의 보편화로 점차 정보의 보안의 필요성이 대두되었다. 암호화 파일 시스템은 사용자의 기밀성을 요구하는 파일의 안전한 저장을 위해 제안되었다. 이 암호화 파일 시스템은 사용자에게 투명성을 제공하여 사용의 편리성을 제공한다. 또한 기존의 암호화 시스템이 사용자 영역에서 이루어져 문맥교환의 횟수가 많아 시스템의 성능이 떨어지는데 반해 암호화 파일 시스템은 커널레벨에서 암호화 서비스가 이루어지므로 시스템의 성능이 저하되는 것을 방지해준다. 하지만 암호화 서비스 자체가 큰 과부하가 되어 일반 파일 시스템에 비해 성능이 많이 떨어진다는 단점이 있다. 따라서 본 논문에서는 클러스터 기반의 파일 시스템을 통해 암호화 파일 시스템의 부하를 분산시켜 성능을 개선함과 동시에 암호화된 파일을 분산 저장하므로 보안성을 높여준다. 제안된 암호화 파일 시스템은 시스템이 확장되었을 경우 그와 비례해서 시스템의 성능이 개선됨을 알 수 있다.
RC4 스트림 암호화는 내부 구현이 간단하고 빠르게 암호화 할 수 있는 초경량 암호화 알고리즘으로 IEEE 802.11의 WEP와 IEEE 802.11i의 TKIP 등에 널리 이용되고 있다. RC4는 IoT 등의 제한적 자원을 갖는 시스템들에도 사용되지만 성능상 제약이 있다. RC4 암호화는 S-배열과 K-배열의 초기화 및 랜덤화를 수행하는 KSA(Key Scheduling Algorithm)와 랜덤화된 S-배열을 이용하여 암호문을 생성하는 PRGA(Pseudo-Random Generation Algorithm)의 두 단계로 구성된다. 본 논문에서는 KSA에서 발생하는 초기화 지연시간을 줄이기 위해, 랜덤화 과정에 초기화를 삽입하여 함께 처리한다. KSA의 랜덤화에서 교환(swap) 작업과 PRGA의 암호문 생성은 클러스터를 이용하여 매 클록마다 두 개의 교환 및 암호문이 생성되도록 하였다. 제안된 RC4 암호화 하드웨어 구조는 초기화 지연시간이 발생하지 않으며, 랜덤화와 키 스트림 생성율에서 다른 연구들과 비교하여 약 2배에서 6배의 성능이 향상되었다.
실시간으로 데이터를 처리하여 빠른 서비스를 제공하기 위해 PC 클러스터가 널리 사용되고 있다. 본 논문에서는 PC 클러스터의 한 종류인 HPC 클러스터에 전용 노드를 추가하는 대신, 방화벽 외부의 네트워크 상에 존재하는 비전용 노드의 유휴시간을 활용하도록 클러스터를 확장하여 성능을 향상시키는 경우 발생하는 NFS 등의 보안 문제를 SSH 터널링을 사용하여 해결하는 방안을 제시하고 암호화된 NFS의 성능을 실험하였다.
이동 Ad Hoc 네트워크는 무선 채널 특성으로 인해 많은 보안상 위협에 노출될 수 있으므로 인증, 무결성, 기밀성 등의 보안 서비스를 제공하기 위한 키 관리 메커니즘이 요구된다. 그런데 Ad Hoc 네트워크는 중앙 집중적인 관리 노드의 부재, 동적인 위상 변화, 통신 자원의 제약 등의 특성을 고려하여 키 관리 메커니즘을 설계하도록 요구하고 있다. 따라서 본 논문에서는 클러스터 기반의 Ad Hoc 네트워크에서 ID 기반의 임계치 암호화 기법을 사용하여 공개키의 사전 분배 가정을 제거함으로써 토폴로지의 확장성과 유연성을 반영하고, 분산적이며 확장성있는 키분배 서비스가 가능하게 하였다. 또한 클러스터간에 교환되는 메시지의 무결성을 보장하기 위한 클러스터 MAC키 협상 방안, 헤드와 클러스터 내 특정 멤버간의 보안 채널 구축 통신하고자 하는 클러스터 멤버 호스트간에 안전하게 세션키를 생성, 분배하는 메커니즘 등을 제안하였다.
본 논문에서는 센서네트워크를 위한 기존의 클러스터 라우팅 기법에 multi-hop pairwise key를 적용시킴으로써 multi-hop pairwise key를 기반으로 하는 클러스터를 구성하고 이를 통한 클러스터 간의 통신을 제안한다. 이는 암호화된 클러스터 통신을 위한 키 분배에 있어서 메모리 효율성을 높이고, 클러스터 라우팅의 난제였던 클러스터 헤드 선택과 관리를 효과적으로 할 수 있게 한다.
기존의 클러스터 시스템을 확장한 다중 분산 웹 클러스터 모델은 개방 네트워크상에 존재하는 다수의 시스템 노드들을 단일한 가상 네트워크로 구축하여 사용자로부터 요구되어지는 대규모 작업을 병렬 컴퓨팅 방식으로 처리하는 클러스터 시스템이다 구성된 특성상 다중 분산 웹 클러스터 모델은 불법적인 3자에 의해 내부 시스템 노드들이 노출되어 있으며, 각 시스템 노드간의 협조작업 시 고의적인 방해와 공격으로 정상적인 작업수행이 불가능할 가능성을 지니고 있다. 본 논문에서는 시스템 노드의 서비스 코드 블록의 등록, 요구, 협조 및 결과취합 시 해당 시스템노드의 인증을 위하여 키 분배방식을 통한 시스템 노드 상호 인증 프로토콜을 제시하며, 전체 시스템 노드의 대칭키를 안전하고 효율적으로 관리하며 분배하는 SNKDC를 설계한다. SNKDC는 시스템 노드가 작업수행 시 필요한 대칭키를 분배하며, 제공된 키를 기반으로 시스템 노드는 암호화된 패킷을 전송한다. 시스템 노드간의 주고받는 암호화 패킷은 3자에 의해 해독되거나 거짓 메시지를 통한 정보의 유출을 방지할 수 있다.
본 논문에서는 MANET 환경에서 악의적인 노드들로부터 데이터를 보호하고 안전하게 전달하는 방법으로 클러스터 기반의 라우팅 알고리즘인 CBRP를 이용하여 클러스터 헤더간의 데이터 교환처럼 데이터를 캡슐화 하여 데이터의 은닉효과를 주었다. 또한 Diffie-Hellman 키 교환 알고리즘을 이용하여 노드간에 전송되는 데이터를 암호화함으로써 악의적인 노드는 데이터를 습득하더라도 키를 가지고 있지 않기 때문에 어떤 내용인지 알기 어려운 특성을 지니고 있다.
최근 스마트폰 기기의 보급 및 소셜 서비스 산업의 고도화로 인해, 빅데이터가 등장하였다. 한편 빅데이터에서 효율적으로 정보를 분석하는 대표적인 플랫폼으로 하둡이 존재한다. 하둡은 클러스터 환경에 기반한 우수한 확장성, 장애 복구 기능 및 사용자가 기능을 정의할 수 있는 맵리듀스 프레임워크 등을 지원한다. 아울러 하둡은 개인정보나 위치 데이터 등의 민감한 정보를 보호하기 위해 Kerberos를 통한 사용자 인증 기법을 제공하고, HDFS 압축 코덱을 활용한 AES 코덱 기반 데이터 암호화를 지원하고 있다. 그러나 하둡 기반 소프트웨어를 사용하고 있는 국내 기관 및 기업은 국내 ARIA 데이터 암호화를 적용하지 못하고 있다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 하둡을 기반으로 ARIA 암호화를 지원하는 HDFS 데이터 암호화 기법을 제안한다.
최근 IoT 기술의 확산이 본격화 되면서, 홈/가전/의료등 전 산업 분야에 적용되고 있는데, IoT의 저 사양, 저 전력 소모 특성과 통신 데이터 특성으로 인하여, 기존 암호화 알고리즘의 적용이 용이하지 않으며, 따라서 보안 위협에 대한 우려가 커지고 있다. 이에 대응하여 본 연구에서는, 기존의 고정비트에 대한 XOR연산을 이용한 스트림 암호화 방식에 비하여, 해당 기준 비트에서 상위 방향의 비트 패턴에 따라 불규칙적으로 결정되는 특정한 바이너리 클러스터를 기준으로 암호 키 값에 따라 자리내림, 자리올림 방식을 이용하여, 비트 값에 변화를 주는 일종의 가변 길이 비트 XOR연산 방식을 도입하여 암호화 및 복호화가 진행될 수 있음을 처음으로 제시하였다. 제안 알고리즘의 특징상 암호화 전후의 데이터 크기 변화가 없고, IoT 디바이스/QR코드/RFID/NFC가 빈번히 처리하는 짧은 메시지 데이터에 대해서도 암호화하는 실용성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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