KR100261155B1 - Ethernet lan system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이더넷 랜(LAN)에 관한 것으로, 특히 보안이 요구되는 이더넷 랜 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an Ethernet LAN (LAN), and more particularly to an Ethernet LAN system requiring security.
랜(LAN : Local Area Network)은 근거리 통신망으로서 학교와 회사 등에 내부 데이터 통신이 가능한 통신망이다. 특히 이더넷은 미국의 DEC, 인텔(Intel), 제록스(Xerox)가 공동으로 개발한 랜으로서, IEEE 표준을 구현한 CSMA/CD 방식의 통신망이다.A local area network (LAN) is a local area network that enables internal data communication in schools, businesses, and the like. In particular, Ethernet is a LAN jointly developed by DEC, Intel, and Xerox in the United States, and is a CSMA / CD communication network that implements the IEEE standard.
CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection)는 복수개의 콘트롤러에서 송출된 신호가 중복됨으로 말미암아 발생되는 패킷간의 충돌을 감소시키기 위한 통신방식이다. CSMA/CD 방식은 먼저 패킷을 송출하기 전에 송출하려는 채널의 사용여부를 조사하여 채널이 미사용될 때까지 송출을 지연시킨다.Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection (CSMA / CD) is a communication method for reducing collisions between packets caused by overlapping signals transmitted from a plurality of controllers. The CSMA / CD method first checks the use of the channel to be transmitted before sending the packet and delays the transmission until the channel is not used.
이러한 CSMA/CD 방식의 특징은 각 채널로 송출된 패킷을 모든 클라이언트에서 수신받을 수 있는 것이다. 그리고, CSMA/CD 방식은 각 클라이언트가 독립적으로 데이터를 억세스할 수 있는 특징이 있다. 게다가 모든 클라이언트가 대등하게 데이터를 억세스 할 수 있다.The feature of the CSMA / CD scheme is that all clients can receive packets sent on each channel. In addition, the CSMA / CD method has a feature that each client can access data independently. In addition, all clients can access the data equally.
종래의 이더넷 통신망에서 프레임(frame)(11)의 구성은 도 1에 도시된 것과 같이 7바이트의 전제부(preamble)와, 1바이트의 SFD(Start Frame Delimiter)와, 6바이트의 DA(Destination Address)와 SA(Start Address), 2바이트의 길이(length)정보, 또, 1500 바이트 이내의 데이터(data), PAD, 그리고 4바이트의 CRC로 이루어진다.In the conventional Ethernet communication network, the structure of the frame 11 includes a preamble of 7 bytes, a start frame delimiter (SFD) of 1 byte, and a destination address of 6 bytes as shown in FIG. ), SA (Start Address), length information of 2 bytes, data within 1500 bytes, PAD, and 4 bytes of CRC.
전제부는 7바이트의 크기를 가지도록 구성되어 있고, SFD는 1바이트로 구성되어 있으며, SFD의 비트값은 10101011 이다. 그리고, DA는 프레임을 전송받는 위치의 어드레스를 나타내고, SA는 프레임을 전송하는 위치의 어드레스를 나타낸다. 이 DA와 SA는 고유한 것으로서, IEEE 의 표준에 의해 지정되는 3바이트와 제조사에 의해 설정되는 3바이트로 구성된다.The premise is configured to have a size of 7 bytes, the SFD is composed of 1 byte, and the bit value of the SFD is 10101011. The DA indicates the address of the position at which the frame is transmitted, and the SA indicates the address of the position at which the frame is transmitted. These DA and SA are unique and consist of three bytes specified by the IEEE standard and three bytes set by the manufacturer.
길이(length)정보는 2바이트의 크기를 가지고 있고 전송되는 데이터의 총 길이(total length)를 나타낸다. 데이터는 그 길이가 0 내지 1500 바이트로서 탄력적인 크기를 갖으며, 그 정확한 길이는 2바이트의 길이정보에 나타내어진다. 그리고, PAD는 데이터가 46 바이트 이내의 크기를 가질 때, 0 으로 표시된다. 또 CRC는 전제부와 SFD 및 CRC 자체를 제외한 나머지 바이트에 대한 순회여분검사로서, 순회적인 알고리즘에 의해 오류발생여부를 검사하는 것이다.The length information has a size of 2 bytes and indicates the total length of data to be transmitted. The data has an elastic size with a length of 0 to 1500 bytes, and the exact length is represented by 2 bytes of length information. And, the PAD is indicated as 0 when the data has a size within 46 bytes. CRC is a circular redundancy check for the remaining bytes except for the preamble and SFD and the CRC itself.
종래의 이더넷 랜 시스템의 동작원리는 도 2에 도시된 것과 같다. 먼저 이더넷 표준에 맞는 미디어(media)(23, 26)를 통해 수신된 프레임을 PHY 레이어(22, 25)에서 상위 MAC 레이어(21, 24)로 전달한다. 10 메가비피에스(이하 Mbps) 이더넷의 경우 10Base7, 10Base5(Thick), 10Base2(Thin) 등의 PHY 레이어(22)가 있고, 100 Mbps 이더넷의 경우 100Base-Tx, 100Base-T4, 100Base-Fx 등의 PHY 레이어(25)가 있다.The operation principle of the conventional Ethernet LAN system is as shown in FIG. First, frames received through media 23 and 26 conforming to the Ethernet standard are transferred from the PHY layers 22 and 25 to the upper MAC layers 21 and 24. PHY layers 22 such as 10Base7, 10Base5 (Thick), and 10Base2 (Thin) are available for 10 megabits (hereinafter, Mbps) Ethernet, and 100Base-Tx, 100Base-T4, 100Base-Fx, etc. There is a PHY layer 25.
10 Mbps 이더넷의 경우, PHY 레이어에서 MAC 레이어로 데이터가 전송되는 경로는 AUI(Attachment Unit Interface)이고, 100 Mbps 이더넷의 경우, PHY 레이어에서 MAC 레이어로 데이터가 전송되는 경로는 MII(Media Independent Interface)이다.For 10 Mbps Ethernet, the path through which data is sent from the PHY layer to the MAC layer is Attachment Unit Interface (AUI). For 100 Mbps Ethernet, the path through which data is sent from the PHY layer to the MAC layer is Media Independent Interface (MII). to be.
종래의 이더넷 랜 시스템은 도 1에 도시된 것과 같은 데이터 프레임이 MAC 레이어에서 형성된다.In a conventional Ethernet LAN system, a data frame as shown in FIG. 1 is formed in a MAC layer.
그런데, 종래의 이더넷 랜 시스템은 미디어에 흐르는 데이터 프레임이 비정상적인 방법으로 적당한 프로그램 혹은 랜 분석기(LAN Analyzer)에 의해 유출될 우려가 있어 보안성이 약하다. 그 이유는 데이터 프레임이 이더넷 표준에 맞게 구성되어 있기 때문이다. 따라서, 누구든지 이더넷 표준의 데이터 프레임을 분석할 수 있는 프로그램만 있으면, 중간에서 얼마든지 종래의 이더넷 랜 시스템에 의해 전송되는 데이터 프레임을 해킹(hacking)할 수 있는 것이다. 즉, 종래의 이더넷 랜 시스템은 해커(hacker), 흑은 산업스파이의 데이터 프레임 유출가능성에 의한 보안이 불완전하다는 문제점이 있다.However, in the conventional Ethernet LAN system, the data frame flowing in the media may be leaked by an appropriate program or a LAN analyzer in an abnormal way, and thus the security is weak. The reason is that the data frames are configured to the Ethernet standard. Therefore, if anyone has a program that can analyze the data frame of the Ethernet standard, it is possible to hack the data frame transmitted by the conventional Ethernet LAN system in the middle. That is, the conventional Ethernet LAN system has a problem that the security due to the possibility of data frame leakage of hackers, black industrial spy, is incomplete.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이더넷 랜 시스템에서 데이터 프레임에 대한 보안성을 높이는 데에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve this problem, and an object thereof is to increase security of a data frame in an Ethernet LAN system.
도 1은 일반적인 이더넷 랜 시스템에서 사용되는 데이터 프레임의 구조를 개략적으로 도시한 도면.1 is a view schematically showing the structure of a data frame used in a general Ethernet LAN system.
도 2는 일반적인 이더넷 랜 시스템에서 사용되는 MAC 레이어와 PHY 레이어를 도시한 블록도.2 is a block diagram illustrating a MAC layer and a PHY layer used in a general Ethernet LAN system.
도 3a는 본 발명에 의한 이더넷 랜 시스템의 송신블록을 도시한 블록도.Figure 3a is a block diagram showing a transmission block of the Ethernet LAN system according to the present invention.
도 3b는 본 발명에 의한 이더넷 랜 시스템의 수신블록을 도시한 블록도.Figure 3b is a block diagram showing a receiving block of the Ethernet LAN system according to the present invention.
도 4는 본 발명에 의한 이더넷 랜 시스템의 구조를 도시한 블록도.Figure 4 is a block diagram showing the structure of the Ethernet LAN system according to the present invention.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
100 : 입출력부 110 : 데이터 암호부100: input / output unit 110: data encryption unit
110' : 암호화된 데이터 프레임 110'' : 암호화되지 않은 데이터 프레임110 ': Encrypted data frame 110' ': Unencrypted data frame
120 : 멀티플렉서부 130 : 데이터 선택부120: multiplexer section 130: data selection section
120' : 소스어드레스의 첫번째 비트가 1 로 된 데이터 프레임120 ': Data frame with 1st bit of source address as 1
130' : 암호화된 데이터 프레임 130'' : 암호화되지 않은 데이터 프레임130 ': encrypted data frame 130' ': unencrypted data frame
140 : 데이터 복호부 140' : 복호화된 원래의 데이터 프레임140: data decoder 140 ': original decoded data frame
200 : 데이터 처리부200: data processing unit
본 발명은 데이터 프레임을 전송받을 클라이언트의 어드레스를 암호키(key)로 하여 데이터 프레임을 암호화하고, 데이터 프레임을 처리할 클라이언트가 자신의 어드레스를 복호키(key)로 하여 암호화된 데이터 프레임을 복호하는 것이 특징이다.The present invention encrypts a data frame using an address of a client to receive the data frame as an encryption key, and a client to process the data frame decrypts the encrypted data frame using its address as a decryption key. Is characteristic.
본 발명의 이더넷 랜 시스템은 데이터 프레임을 전송받을 목적 클라이언트의 어드레스를 키(key)로 하여 상기 데이터 프레임을 암호화하는 단계와, 암호화된 데이터 프레임을 출력하는 단계와, 데이터 프레임을 처리할 노드 클라이언트의 어드레스를 키로 하여 외부에서 암호화된 데이터 프레임을 복호하는 단계와, 복호된 데이터 프레임을 입력받는 단계를 포함하도록 구성된다.The Ethernet LAN system of the present invention encrypts the data frame using the address of the client to receive the data frame as a key, outputting the encrypted data frame, and processing the data frame. And decrypting an externally encrypted data frame using an address as a key, and receiving a decrypted data frame.
그러면, 본 발명의 구성에 대하여 첨부된 도 3, 도 4를 참조하여 설명하도록 한다. 도 3a는 본 발명에 의한 이더넷 랜 시스템의 송신블록을 도시한 것이고, 도 3b는 본 발명에 의한 이더넷 랜 시스템의 수신블록을 도시한 것이다. 본 발명의 송신블록은 데이터 암호부(110)와, 멀티플렉서부(120)로 구성되어 있고, 본 발명의 수신블록은 데이터 선택부(130)와, 데이터 복호부(140)로 구성되어 있다.Next, the configuration of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4. 3A illustrates a transmission block of the Ethernet LAN system according to the present invention, and FIG. 3B illustrates a reception block of the Ethernet LAN system according to the present invention. The transmission block of the present invention is composed of a data encryption unit 110 and a multiplexer unit 120. The reception block of the present invention is composed of a data selection unit 130 and a data decoder 140.
본 발명에 의한 이더넷 랜 시스템의 송신블록은 다음과 같이 동작한다. 먼저, 이더넷 시스템에서 송신될 데이터의 보안 필요도에 따라 데이터 프레임의 암호화 여부를 결정한다. 그래서, 데이터 프레임에 암호화를 실시하지 않기로 결정되면 본래의 데이터 프레임(110'')이 멀티플렉서(110)를 통해 출력되고, 데이터 프레임에 암호화를 실시하기로 결정되면 본래의 데이터 프레임을 데이터 암호부에 의해 암호화한다.The transmission block of the Ethernet LAN system according to the present invention operates as follows. First, it is determined whether to encrypt a data frame according to the security needs of data to be transmitted in the Ethernet system. Thus, if it is decided not to encrypt the data frame, the original data frame 110 '' is output through the multiplexer 110, and if it is determined to encrypt the data frame, the original data frame 110 " By encryption.
데이터 암호부(110)는 데이터 프레임이 송신될 목적 클라이언트의 어드레스를 암호키로 하여 데이터 프레임을 암호화한다. 즉, 암호화된 데이터 프레임(110')은 암호키로 사용된 어드레스와 동일한 어드레스를 가진 클라이언트에서만 복호화 되는 것이다. 데이터 암호부의 암호 로직은 기존에 발표된 암호화 프로그램을 채용하여 사용해도 된다. 그리고, 암호화 인에이블 블록(Enable block)(150)은 암호화된 데이터 프레임에서 소스 어드레스의 첫번째 비트를 '1'로 대치한다. 그러면, 소스 어드레스의 첫번째 비트가 '1'로 대치된 데이터 프레임(120')이 멀티플렉서(120)를 통해 출력된다.The data encryption unit 110 encrypts the data frame using the address of the target client to which the data frame is to be transmitted as the encryption key. That is, the encrypted data frame 110 'is decrypted only by the client having the same address as the address used as the encryption key. The encryption logic of the data encryption unit may be used by adopting an existing encryption program. The encryption enable block 150 replaces the first bit of the source address with '1' in the encrypted data frame. Then, the data frame 120 'in which the first bit of the source address is replaced with' 1 'is output through the multiplexer 120.
본 발명의 송신블록에서 출력된 데이터 프레임(160)은 MAC 레이어에서 이더넷 프레임으로 구성된다. MAC 레이어는 종래의 이더넷 랜 시스템에 구성된 것과 동일하다.The data frame 160 output from the transmission block of the present invention is composed of Ethernet frames in the MAC layer. The MAC layer is the same as that configured in the conventional Ethernet LAN system.
본 발명에 의한 이더넷 랜 시스템의 수신블록은 다음과 같이 동작한다. 먼저, 데이터 선택부(130)는 통신망에 의해 수신된 이더넷 프레임의 소스 어드레스의 첫번째 비트값을 검사한다. 만약, 소스 어드레스의 첫번째 비트값이 '0'이면 암호화가 안된 데이터 프레임(130'')이므로, 그 데이터 프레임은 데이터 입력부에 직접 입력된다. 그리고, 소스 어드레스의 첫번째 비트값이 '1'이면 암호화된 데이터 프레임(130')이므로, 그 암호화된 데이터 프레임은 데이터 복호부에 의해 원래의 데이터(140')로 복호된다. 이 때, 데이터 복호부(140)는 수신받은 노드 클라이언트의 어드레스를 복호화 키(key)로 하여 데이터 프레임을 복호한다. 만약, 이 데이터 프레임을 수신받은 노드 클라이언트의 어드레스와 데이터 프레임의 암호키인 목적 클라이언트의 어드레스가 다르면, 데이터 프레임은 올바르게 복호되지 않는다. 이 암호화된 데이터 프레임이 올바르게 복호되려면, 노드 클라이언트의 어드레스와 데이터 프레임의 암호키인 목적 클라이언트의 어드레스가 동일해야 한다. 즉, 송신측에서 설정한 수신측 외의 어드레스를 가진 클라이언트는 데이터 프레임을 복호화 할 수 없다는 것이다.The receiving block of the Ethernet LAN system according to the present invention operates as follows. First, the data selector 130 checks the first bit value of the source address of the Ethernet frame received by the communication network. If the first bit value of the source address is '0', the unencrypted data frame 130 " is inputted directly to the data input unit. When the first bit value of the source address is '1', the encrypted data frame 130 'is decoded into the original data 140' by the data decoding unit. At this time, the data decoding unit 140 decodes the data frame using the received address of the node client as a decryption key. If the address of the node client receiving this data frame and the address of the target client, which is the encryption key of the data frame, are different, the data frame is not correctly decoded. In order for this encrypted data frame to be correctly decrypted, the address of the node client and the address of the destination client, which is the encryption key of the data frame, must be the same. That is, a client with an address other than the receiving side set by the transmitting side cannot decode the data frame.
이더넷 랜 시스템에서 각 클라이언트의 어드레스는 고유한 값을 가지고 있다. 따라서, 이 고유한 어드레스를 복호화 키로 하여 데이터 프레임을 암호화하면, 그 고유한 어드레스를 가진 클라이언트만 데이터 프레임을 복호화 할 수 있다.In an Ethernet LAN system, each client's address has a unique value. Therefore, if a data frame is encrypted using this unique address as the decryption key, only the client having the unique address can decrypt the data frame.
도 4는 본 발명의 송신블록과 수신블록이 포함된 이더넷 랜 시스템의 각 클라이언트의 구조를 간략히 도시한 블록도이다. 본 발명의 이더넷 랜 시스템은 데이터 프레임을 입출력하는 입출력부(100)와, 입출력부를 통해 입력된 데이터 프레임의 암호화 여부를 판단하는 데이터 선택부(130), 암호화된 데이터 프레임을 고유의 노드 어드레스를 복호화 키로 하여 원래의 데이터로 복호하는 데이터 복호부(140), 원래의 데이터를 처리하는 데이터 처리부(200)와, 외부의 클라이언트로 송신하고자 하는 데이터 프레임을 그 클라이언트의 어드레스를 암호화 키로 하여 암호화하는 데이터 암호부(110), 그리고 암호화된 데이터 프레임 또는, 원래의 데이터를 선택하여 출력하는 멀티플렉서부(120)가 포함되어 있다.4 is a block diagram schematically illustrating a structure of each client of an Ethernet LAN system including a transmission block and a reception block of the present invention. In the Ethernet LAN system of the present invention, the input / output unit 100 for inputting / outputting a data frame, the data selecting unit 130 for determining whether the data frame is inputted through the input / output unit, and the unique node address of the encrypted data frame are decoded. Data encryption unit 140 for decrypting the original data using the key, data processing unit 200 for processing the original data, and data encryption for encrypting the data frame to be transmitted to an external client using the client's address as an encryption key. The unit 110 and a multiplexer unit 120 for selecting and outputting an encrypted data frame or original data are included.
본 발명의 이더넷 랜 시스템의 입출력부(100)는 데이터 프레임을 입력 또는, 출력시킬 수 있다. 그리고, 데이터 선택부(130)는 입출력부(100)를 통해 외부에서 입력된 데이터 프레임의 암호화 여부를 판단한다. 그 기준은 데이터 프레임의 소스 어드레스의 첫번째 비트값을 검사한다. 소스 어드레스의 첫번째 비트값이 '0'이면, 암호화되지 않은 데이터 프레임이고, 첫번째 비트값이 '1'이면, 암호화된 데이터 프레임이다.The input / output unit 100 of the Ethernet LAN system of the present invention may input or output a data frame. The data selector 130 determines whether to encrypt the data frame input from the outside through the input / output unit 100. The criterion examines the first bit value of the source address of the data frame. If the first bit value of the source address is '0', it is an unencrypted data frame. If the first bit value is '1', it is an encrypted data frame.
데이터 복호부(140)는 암호화된 데이터 프레임을 고유의 노드 어드레스를 복호화 키로 하여 원래의 데이터로 복호한다. 이 때, 노드 어드레스는 데이터 프레임을 입력받은 클라이언트 자신의 어드레스이다. 데이터 처리부(200)는 데이터 복호부(140)에서 복호된 원래의 데이터 또는, 암호화되지 않은 데이터를 선택적으로 입력받아 처리한다. 데이터 처리부(200)는 또, 특정 어드레스로 송신하고자 하는 데이터를 데이터 암호부(110)에 인가한다.The data decryption unit 140 decrypts the encrypted data frame into original data using a unique node address as a decryption key. At this time, the node address is the address of the client itself receiving the data frame. The data processor 200 selectively receives original data decrypted by the data decoder 140 or unencrypted data and processes the data. The data processing unit 200 also applies data to be transmitted to a specific address to the data encryption unit 110.
데이터 암호부(110)는 데이터 처리부(200)로부터 데이터 프레임을 인가받아 수신받을 클라이언트의 어드레스를 암호화 키로 하여 그 데이터 프레임을 암호화한다. 그리고, 암호화된 데이터 프레임의 소스 어드레스의 첫번째 비트값을 '1'로 대치한다. 멀티플렉서부(120)는 데이터 암호부(110)에서 소스 어드레스의 첫번째 비트값이 '1'로 대치된 데이터 프레임과 암호화되지 않은 데이터 프레임을 선택하여 출력한다.The data encryption unit 110 receives the data frame from the data processing unit 200 and encrypts the data frame using the address of the client to be received as the encryption key. Then, the first bit value of the source address of the encrypted data frame is replaced with '1'. The multiplexer unit 120 selects and outputs a data frame in which the first bit value of the source address is replaced with '1' and an unencrypted data frame in the data encryption unit 110.
상술한 입출력부(100)와 데이터 선택부(130)와 데이터 복호부(140), 그리고 데이터 처리부(200)가 본 발명의 이더넷 랜 시스템의 수신블록이고, 입출력부(100)와 멀티플렉서부(120)와 데이터 암호부(110), 그리고 데이터 처리부(200)가 본 발명의 이더넷 랜 시스템의 송신블록이다.The I / O unit 100, the data selector 130, the data decoder 140, and the data processor 200 are the reception blocks of the Ethernet LAN system of the present invention, and the I / O unit 100 and the multiplexer unit 120 are provided. ), The data encryption unit 110, and the data processing unit 200 are transmission blocks of the Ethernet LAN system of the present invention.
본 발명은 종래의 이더넷 랜 시스템에서 사용된 데이터 프레임의 형태를 유지하면서 데이터를 암호화할 수 있으므로, 별도의 비용없이 종래의 시스템보다 보안성을 높일 수 있다. 그리고, 이더넷 랜 시스템에서 클라이언트마다 고유한 값을 가지고 있는 노드 어드레스를 암호화 키로 사용함으로써, 종래의 시스템에 비해 데이터의 보안성이 높아지는 효과가 있다. 게다가 본 발명은 종래의 MAC 레이어에 암호화블록과 복호화블록만 추가하면 기존의 이더넷 랜 시스템의 변형없이 새로운 암호화 기능을 사용할 수 있으므로, 상품적 가치가 높아진다.The present invention can encrypt the data while maintaining the shape of the data frame used in the conventional Ethernet LAN system, it is possible to increase the security than the conventional system at no additional cost. In addition, by using a node address having a unique value for each client as an encryption key in the Ethernet LAN system, data security is improved as compared with the conventional system. In addition, the present invention increases the merchandise value by adding the encryption block and the decryption block to the conventional MAC layer without using a modification of the existing Ethernet LAN system.
Claims (6)
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Family Applications (1)
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