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무선 센서 네트워크에서 브로드캐스트 인증을 위한 효율적인 일회용 서명 기법
An Efficient One-time Signature Scheme for Broadcast Authentication in Wireless Sensor Networks

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Authors
이재흥
Advisor
조유근
Major
공과대학 전기·컴퓨터공학부
Issue Date
2013-02
Publisher
서울대학교 대학원
Description
학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2013. 2. 조유근.
Abstract
무선 센서 네트워크에서 브로드캐스트 인증은 가장 기본적이면서도 중요한 보안 요소이다. 하지만 센서 노드의 자원 제약적인 특성으로 인해 기존의 인증 기법들은 대부분의 경우 무선 센서 네트워크에서 브로드캐스트 인증을 위해 사용될 수 없다. 일대일 통신에서 사용했던 MAC을 통한 방법은 같은 키를 가진 수신자가 메시지를 위조할 수 있기 때문에 부적절하고, 공개 키 기반 서명 기법은 너무 많은 계산량을 요구한다. $\mu$TESLA는 노드들 간의 시간 동기화를 필요로 할 뿐만 아니라 인증 시간의 지연도 발생한다.

무선 센서 네트워크에서 브로드캐스트 인증은 일회용 서명 기법을 통해서도 가능하다. 일회용 서명 기법은 일방향 함수만을 기반으로 하므로 공개 키 기반 서명 기법들보다 서명 생성과 검증에 많은 계산을 필요로 하지 않아 무선 센서 네트워크 환경에 적합하다. 하지만 주어진 비밀 키로 오직 한 번만 서명이 가능하고, 공개 키의 저장을 위해 많은 양의 저장 공간을 필요로 하며 서명의 크기가 커서 높은 통신 부하를 야기한다.

본 논문은 HORSIC이라 부르는 무선 센서 네트워크에서 브로드캐스트 인증을 위한 효율적인 일회용 서명 기법을 제안한다. HORSIC은 기존에 제안된 HORS의 확장이다. HORS는 $t$개의 원소를 가지는 비밀 키 집합에서 암호학적 해시 함수 $H$를 통해 서명하고자 하는 메시지에 따라 서로 다른 $k$개의 원소를 선택하여 이들로 서명을 구성한다. HORSIC도 HORS와 같은 방법으로 암호학적 해시 함수 $H$를 통해 $k$개의 원소를 선택하지만, 그 후 또 다른 암호학적 해시 함수 $G$와 전단사 함수 $C_{k,z}$를 통해 서명하고자 하는 메시지에 따라 서로 다른 횟수의 일방향 함수를 앞에서 선택한 $k$개의 원소 각각에 적용하여 이들로 서명을 구성한다.

HORSIC을 제외한 기존 일회용 서명 기법들의 서명 위조 확률은 공개 키 크기와 서명 크기에 의해 결정된다. 따라서 이러한 기법들의 경우 보안성을 낮추지 않으면서 공개 키 크기와 서명 크기를 동시에 줄이는 것은 불가능하다. 하지만 HORSIC은 서명하고자 하는 메시지에 따라 비밀 키에 적용되는 일방향 함수의 횟수를 서로 다르게 함으로써 서명 위조 확률을 줄였으며, 따라서 기존 일회용 서명 기법들에 비해 작은 크기의 공개 키나 서명을 사용하면서도 같은 수준의 보안성을 제공할 수 있다. 대신 키 생성과 서명 검증 비용은 기존 일회용 서명 기법들에 비해 큰 편이다. 하지만 센서 노드에서 전체적으로 소모되는 에너지의 양은 HORSIC의 경우 서명의 크기가 줄어듬으로 인해 다른 일회용 서명 기법들에 비해 오히려 더 적은 경우가 많다.

비록 HORSIC이 무선 센서 네트워크에서 브로드캐스트 인증을 위해 설계된 일회용 서명 기법이기는 하지만, 스마트그리드와 같이 제한된 자원을 가진 노드들로 이루어진 다른 다양한 네트워크에서도 사용 가능하다.
Language
Korean
URI
https://hdl.handle.net/10371/118877
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Appears in Collections:
College of Engineering/Engineering Practice School (공과대학/대학원)Dept. of Electrical and Computer Engineering (전기·정보공학부)Theses (Ph.D. / Sc.D._전기·정보공학부)
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