KR101022511B1 - 스마트 카드 및 스마트 카드에서의 난수 관리 방법 - Google Patents

스마트 카드 및 스마트 카드에서의 난수 관리 방법 Download PDF

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Abstract

스마트 카드 및 스마트 카드에서의 난수 관리 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 스마트 카드는, 적어도 하나의 난수값을 생성하는 난수값 생성부와, 이렇게 생성된 난수값을 가지고, 이 난수값의 저장 주소 또는 독출 주소를 포함하는 난수를 만드는 난수 가공부, 이렇게 가공된 난수를 저장하는 난수 저장부 및 이 난수 저장부에 저장된 난수를 읽어와 데이터의 암호화 키 또는 복호화 키 생성에 사용하는 제어부를 포함한다. 이에 의해 스마트 카드에서 사용되는 난수를 SPA(Simple Power Analysis), DPA(Differential Power Analysis)와 같은 전력 분석(power analysis) 알고리즘을 통해 유추하는 것을 어렵게 함으로써 스마트 카드의 보안성을 향상시킬 수 있다.
난수, 스마트 카드

Description

스마트 카드 및 스마트 카드에서의 난수 관리 방법 {Smartcard, and method of random number management in smartcard}
본 발명은 스마트 카드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스마트 카드 및 스마트 카드에서의 난수 관리 방법에 관한 것이다.
스마트 카드는 기존의 마그네틱 띠(magnetic strip) 대신 마이크로프로세서와 메모리를 내장한 IC 칩을 탑재하여 신용카드 기능, 신분증 기능, 교통카드 기능 등을 수행하는 매체이다. 마이크로프로세서와 메모리를 내장하고 있기 때문에 데이터 처리시 암호화, 복호화를 수행할 수 있으며, 따라서 보안성이 뛰어나다.
한편, SPA(Simple Power Analysis), DPA(Differential Power Analysis)와 같은 전력분석(power analysis) 알고리즘을 사용하면, 스마트 카드에 내장된 마이크로프로세서의 동작전후에 발생하는 미세한 전력의 변화를 분석하여, 그 동작에 의해 어떤 데이터가 생성되고 사용되었는가를 알아낼 수 있다.
스마트 카드에서 데이터를 암호화하거나 복호화할 때 암호화 키 또는 복호화 키를 사용하게 된다. 따라서, 이러한 암호화 키 또는 복호화 키의 생성에 사용되는 난수(random number)의 생성 시점을 전후하여 스마트 카드에서 소비되는 전력을 분석하면 그 난수값을 추측할 수 있다. 이렇게 난수를 추측하면 암호화 키 또는 복호화 키도 알아 낼 수 있기 때문에, 전력분석에 의해 공격에 취약하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 암호화 또는 복호화 등에 사용되는 난수를 스마트 카드가 내부 프로세스를 진행하는 동안 미리 생성하여 저장하고, 필요한 시점에 이를 읽어 사용함으로써, 난수의 유추를 통한 악의적인 공격을 어렵게 한 스마트 카드 및 스마트 카드에서의 난수 관리 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제는 본 발명에 따라 적어도 하나의 난수값을 생성하는 난수값 생성부; 상기 생성된 난수값을 가지고, 상기 난수값의 저장 주소 또는 독출 주소를 포함하는 난수를 만드는 난수 가공부; 상기 가공된 난수를 저장하는 난수 저장부; 및 상기 난수 저장부에 저장된 난수를 읽어와 데이터의 암호화 키 또는 복호화 키 생성에 사용하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 카드에 의해 달성된다.
한편, 상기 기술적 과제는 적어도 하나의 난수값을 생성하는 난수값 생성단계; 상기 생성된 난수값을 가지고, 상기 난수값의 저장 주소 또는 독출 주소를 포함하는 난수를 만드는 난수 가공단계; 상기 가공된 난수를 저장하는 난수 저장단계; 및 상기 저장된 난수를 읽어와 데이터의 암호화 키 또는 복호화 키 생성에 사용하는 난수 이용단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 카드에서의 난수 관 리방법에 의해서도 달성된다.
본 발명에 따르면, 스마트 카드에서 사용되는 난수를 SPA(Simple Power Analysis), DPA(Differential Power Analysis)와 같은 전력 분석(power analysis) 알고리즘을 통해 유추하는 것을 어렵게 함으로써 스마트 카드의 보안성을 향상시킬 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 카드의 구성도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 카드는 난수값 생성부(110), 난수 가공부(150), 난수 저장부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
난수값 생성부(110)는 난수값을 생성한다. 즉, 스마트 카드가 내부 프로세스를 진행하는 동안에 난수값 발생 이벤트가 발생하면 난수값 생성부(110)를 동작시켜 난수값을 생성한다. 난수값 발생 이벤트는 스마트 카드의 잡음 신호가 일정 크기 이상 또는 횟수 이상 발생하면 그 신호를 기점으로 일정한 시간 내에 난수값을 생성하도록 난수값 생성 시점을 설정한다. 스마트 카드가 내부 프로세스를 진행하면 잡음 신호가 발생하는데, 내부 프로세스가 많은 작업을 수행하면 잡음 신호가 일정 크기 이상 또는 횟수 이상 발생하게 된다.
다시 말하면, 난수값을 생성하는 명령이 입력되더라도 바로 난수값을 생성하거나 정해진 시점에서 난수값을 생성하는 것이 아니라, 난수값의 생성 시점이나 난수 저장부(120)에서의 난수의 저장 위치도 랜덤하게 결정된다. 즉, 잡음 발생부(140)의 잡음을 이용하기 때문에 랜덤하게 난수값이 생성되고 저장된다. 따라서 악의적인 공격자는 어느 시점에 난수값이 생성되는지, 어떤 위치에 난수값을 저장하는지를, 난수값의 생성에 따른 전력 소비 파형 변화를 통해 알아낼 수 없다.
난수값은 잡음 발생부(140)에서 발생되는 예측 불가능한 잡음을 시드(seed)로 이용하여 DES 암호화 알고리즘 또는 해시 알고리즘(hash algorithm) 등을 이용하여 생성할 수 있다.
난수 가공부(150)는 이렇게 생성된 난수값을 가지고, 난수값의 저장 주소 또는 독출 주소를 포함하는 난수를 만든다. 예를 들어, 160 비트의 난수값이 생성되었다고 하면, 이중 150 비트를 난수값으로 사용하고, 다음 5비트는 난수값의 저장 주소로 사용할 수 있다. 그리고 나머지 5비트는 나중에 난수값이 필요한 시점에서 난수값을 읽어올 주소를 나타내도록 사용할 수 있다. 이에 따라 난수값의 저장 위치 및 독출 위치도 랜덤하게 결정될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 난수의 데이터 구조를 도시한 도면이다.
즉 난수값 생성부(110)에서 생성된 난수값으로부터, 저장하고자 하는 난수값(210), 이 난수값을 저장할 난수 저장부(120)의 처음 주소값(220), 난수값이 필요한 시점에서 난수값을 읽어올 난수 저장부(120)의 처음 주소값(230)을 포함하도록 난수를 만든다.
생성된 난수는 스마트 카드에서 데이터를 암호화 또는 복호화하는데 필요한 암호화 키 또는 복호화 키의 생성에 사용된다. 다시 말하면, 암호화 또는 복호화시에 난수를 생성하여 사용하는 것이 아니라 미리 임의의 시점에 생성한다. 또한 필요에 따라 난수는 다수개 생성할 수 있다.
난수 저장부(120)는 이렇게 생성된 난수들을 저장한다. 난수 저장부(120)는 난수를 저장하기 위해 일예로 1KB ~ 2KB의 크기를 가질 수 있다. 난수 저장부(120)의 크기를 제한하기 때문에, 난수 저장부(120)에 저장될 수 있는 난수의 갯수를 일정하게 유지한 채로 난수를 수시로 갱신함으로써 난수를 효율적으로 관리할 수 있다. 즉, 계속적으로 암호화 키 또는 복호화 키 생성에 필요한 난수들을 갱신하고 저장한다. 난수 저장부(120)는 EEPROM을 포함하는 재기록 가능한 메모리일 수 있다.
제어부(130)는 난수값을 저장할 난수 저장부(120)의 처음 주소값(220)을 읽어 이 위치에서 차례로 난수를 저장하도록 제어한다. 그리고 난수를 읽어오는 경우에도, 난수값을 읽어올 난수 저장부(120)의 처음 주소값(230)을 읽어 이 위치에서부터 난수가 필요한 갯수만큼 읽어 온다. 이후 난수 저장부(120)에 저장된 난수를 읽어와 데이터의 암호화 키 또는 복호화 키 생성에 사용한다. 한편, 암호화 키 또는 복호화 키 생성시에, 난수는 난수 저장부(120)의 임의의 주소에서 읽어 올 수도 있다.
한편 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 카드는 전술한 난수 관련 구성부외에 스마트 카드의 여러가지 기능을 수행하는 구성부(도시하지 않음)를 더 포함하여, 신용카드, 교통카드, 신분증 등의 기능을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 카드에서의 난수 관리 방법의 플로우차트이다.
먼저 적어도 하나의 난수값을 생성한다(310). 보다 상세하게는, 난수가 필요한 시점과 무관하게, 스마트 카드의 동작 중 스마트 카드의 잡음 신호가 일정 크기 이상이면 그 신호 발생 시점을 기준으로 하여 일정한 시간내에 난수값을 생성할 수 있다. 난수값의 생성은 여러가지 난수 생성 알고리즘에 따라 이루어질 수 있다. 또한 필요에 따라 난수값은 다수개 생성할 수 있다.
그리고 이렇게 생성된 난수값을 가지고, 난수값의 저장 주소 또는 독출 주소를 포함하는 난수를 만든다(320). 보다 상세하게는, 이렇게 생성된 난수값으로부터, 저장하고자 하는 난수값(210), 이 난수값을 저장할 난수 저장부(120)의 처음 주소값(220), 난수값이 필요한 시점에서 난수값을 읽어올 난수 저장부(120)의 처음 주소값(230)을 포함하도록 난수를 만들 수 있다. 난수의 데이터 구조에 대해서는 도 2를 참조하여 전술한 바와 같다.
이렇게 가공된 난수를 저장한다(330). 보다 상세하게는 EEPROM을 포함하는 재기록 가능한 메모리에 저장한다. 이후 저장된 난수를 읽어와 데이터의 암호화 키 또는 복호화 키 생성에 사용한다(340).
한편, 본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 보안성을 높인 스마트 카드에 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 카드의 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 난수의 데이터 구조도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 카드에서의 난수 관리 방법의 플로우차트이다.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
110 : 난수 생성부 120 : 난수 저장부
130 : 제어부 140 : 잡음 발생부
150 : 난수 가공부

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 난수값을 생성하는 난수값 생성부;
    상기 생성된 난수값을 가지고, 상기 난수값의 저장 주소 또는 독출 주소를 포함하는 난수를 만드는 난수 가공부;
    상기 가공된 난수를 저장하는 난수 저장부; 및
    상기 난수 저장부에 저장된 난수를 읽어와 데이터의 암호화 키 또는 복호화 키 생성에 사용하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 카드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 난수 가공부는
    상기 생성된 난수값으로부터, 저장하고자 하는 난수값, 상기 난수값을 저장할 난수 저장부의 처음 주소값, 난수값이 필요한 시점에서 난수값을 읽어올 난수 저장부의 처음 주소값을 포함하도록 난수를 만드는 것을 특징으로 하는 스마트 카드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 난수값을 저장할 난수 저장부의 처음 주소값을 참조하여 그 주소 위치에서부터 상기 저장하고자 하는 난수값을 저장하고, 난수값이 필요한 경우 상기 난수값을 읽어올 난수 저장부의 처음 주소값을 참조하여 그 주소 위치에서부터 난수값을 읽는 것을 특징으로 하는 스마트 카드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 난수 저장부는
    EEPROM을 포함하는 재기록 가능한 메모리인 것을 특징으로 하는 스마트 카드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 난수값 생성부는
    상기 난수가 필요한 시점과 무관하게, 상기 스마트 카드의 동작 중 스마트 카드의 잡음 신호가 일정 크기 이상이면 그 신호 발생 시점을 기준으로 하여 소정의 시간내에 난수값을 생성하는 것을 특징으로 하는 스마트 카드.
  6. 적어도 하나의 난수값을 생성하는 난수값 생성단계;
    상기 생성된 난수값을 가지고, 상기 난수값의 저장 주소 또는 독출 주소를 포함하는 난수를 만드는 난수 가공단계;
    상기 가공된 난수를 저장하는 난수 저장단계; 및
    상기 저장된 난수를 읽어와 데이터의 암호화 키 또는 복호화 키 생성에 사용하는 난수 이용단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 카드에서의 난수 관리방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 난수 가공단계는
    상기 생성된 난수값으로부터, 저장하고자 하는 난수값, 상기 난수값을 저장 할 난수 저장부의 처음 주소값, 난수값이 필요한 시점에서 난수값을 읽어올 난수 저장부의 처음 주소값을 포함하도록 난수를 만드는 것을 특징으로 하는 스마트 카드에서의 난수 관리방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 난수값 생성단계는
    상기 난수가 필요한 시점과 무관하게, 상기 스마트 카드의 동작 중 스마트 카드의 잡음 신호가 일정 크기 이상이면 그 신호 발생 시점을 기준으로 하여 소정의 시간내에 난수값을 생성하는 것을 특징으로 하는 스마트 카드에서의 난수 관리 방법.
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