KR101067792B1 - 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템 및 전자봉인태그를 이용한 컨테이너인증보안방법 - Google Patents

컨테이너 선박의 통합모니터링시스템 및 전자봉인태그를 이용한 컨테이너인증보안방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템 및 전자봉인태그를 이용한 컨테이너인증보안방법에 관한 것이다. 더 자세하게는, 선박의 내부상태와 보안 알고리즘을 적용된 전자봉인 태그를 사용하여 컨테이너의 상태를 관리하는 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템 및 전자봉인태그를 이용한 컨테이너인증보안방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 제 1 관점으로서, 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템에 있어서, 수집센서에 의해서 수집된 센싱데이터를 이용하여 선박내부를 모니터링 하는 선박내부모니터링시스템과; 전자봉인태그의 상태의 확인을 통해서 컨테이너 봉인상태를 모니터링 하는 컨테이너상태모니터링시스템을 포함하고, 상기 전자봉인태그는 재사용이 가능한 것을 특징으로 하는 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템이 제시된다.
선박내부모니터링시스템, 컨테이너상태모니터링시스템, CAN통신, USNs

Description

컨테이너 선박의 통합모니터링시스템 및 전자봉인태그를 이용한 컨테이너인증보안방법{A unity monitoring system of a container ship and a container certification security method using an E-Seal Tag}
본 발명은 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템 및 전자봉인태그를 이용한 컨테이너인증보안방법에 관한 것이다. 더 자세하게는, 선박의 내부상태와 보안 알고리즘을 적용된 전자봉인 태그를 사용하여 컨테이너의 상태를 관리하는 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템 및 전자봉인태그를 이용한 컨테이너인증보안방법에 관한 것이다.
종래에 선박모니터링시스템으로 나와 있는 것은 선박의 항해상태 및 선박 실별모니터링시스템만 나와 있다. 선박내부상태를 모니티링하는 시스템과 선박에 적제된 컨테이너상태를 통합적으로 관리할 수 있는 시스템은 존재하지 않는다.
기존의 선박의 상태를 확인하는 방법은 기관실이나 연료탱크에 사람의 육안으로 점검하는 방법을 이용하였으며, 선박에 선적된 위험물 컨테이너 상태 역시 하루에 3번식 사람이 일일이 확인 하였다. 컨테이너 봉인상태 확인 역시 물리적인 봉인장치로 되어 있어 사람의 육안으로만 확인이 가능하여 원격지에서 확인이 불가능 하여 불편함을 초래 하였다.
그리고 기존의 선박 모니터링 시스템은 선박식별 및 항해위치를 확인하는 모니터링시스템이였다. 이러한 기존의 모니터링시스템들의 단점들을 해결하고 컨테이너 선박운영에 효율성을 가지기 위해 선박의 기관실과 엔진실등 선박의 중요지점에 센서를 부착하여 선박운용실까지 CAN 통신을 이용해 선박의 상태를 확인하는 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템 및 선박에 선적된 컨테이너에 전자봉인장치인 E-Seal 장비를 부착하여 선적된 화물의 봉인상태를 확인할 수 있는 전자봉인태그를 이용한 컨테이너인증보안방법을 제공할려고 했다.
선박에서 기관실과 연료탱크등 선박에 중요 관리지점에 부착된 센서가 센싱된 정보를 선박운영실까지 전달하기 위한 통신 인터페이스(Interface)를 위해서 기존의 주로 사용되는 이더넷(Ethernet) 방식인 UTP케이블(Cable)을 이용한 통신은 불가능하다. UTP케이블(Cable)을 사용을 할 수 없는 이유는 보통 컨테이너 화물선의 경우 1만 TEU급의 선박의 길이가 347 ~ 364M인데 UTP케이블로 통신범위는 100M 이내이므로 데이터의 전달이 불가능하기 때문이다. 그렇기 때문에 기존의 UTP케이블을 이용한 통신이 아닌 CAN(Controller Area Network)을 이용하여 선박의 중요 관리지점에 설치된 센서와 선박운영실에 설치된 모니터링시스템과의 데이터 전달을 할 수 있도록 하는 기술이 필요하다. CAN의 경우 최대 전송거리는 6Km까지이며, 전송거리가 멀어질수록 전송률이 떨어지지만, 센싱된 정보가 많은 데이터가 아니기 때문에 125 kbit/s 정도의 전송률이면 원활한 통신이 이루어질 수 있다. 도 1은 CAN 통신거리에 따른 전송율을 표로 도시하고 있다. CAN 통신의 주요 특징은 신뢰 성이 높은 전송률을 보이면서 낮은 가격으로 제공하기 때문에 선박에 실제 적용시에도 다른 통신 방식에 비해 비용절감 효과를 가져올 수 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 선박의 내부상태와 컨테이너의 상태를 관리하는 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템 및 전자봉인태그를 이용한 컨테이너인증보안방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서, 본 발명에서는 제 1 관점으로서, 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템에 있어서, 수집센서에 의해서 수집된 센싱데이터를 이용하여 선박내부를 모니터링 하는 선박내부모니터링시스템과; 전자봉인태그의 상태의 확인을 통해서 컨테이너 봉인상태를 모니터링 하는 컨테이너상태모니터링시스템을 포함하고, 상기 전자봉인태그는 재사용이 가능한 것을 특징으로 하는 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템이 제시된다.
상기 제 1 관점에 있어서,
상기 선박내부모니터링시스템은, 입출력모듈에 부착되며 컨테이너 선박내의 주요 거점에 설치되어 센싱데이터를 수집하는 수집센서와; 수집센서를 부착하고 상기 수집센서에서 수집된 센싱데이터를 CAN버스를 통해 리얼타임모듈에 전달하는 입출력모듈과; 센싱된 정보의 실시간성을 보장하고 상기 센싱된 데이터를 이더넷을 이용하여 선박모니터링서버에 전달하는 리얼타임모듈과; 상기 전달된 센싱된 데이터를 이용하여 선박내부상태를 모니터링 하는 선박모니터링서버를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 제 1 관점에 있어서,
상기 컨테이너상태모니터링시스템은,
컨테이너에 부착되고 선적된 컨테이너의 봉인상태를 확인하는 전자봉인장치의 상태 정보를 저장하는 전자봉인태그와; 선박에 설치되고 선적된 컨테이너의 봉인상태정보를 상기 전자봉인태그로부터 읽어 들여 컨테이너모니터링서버로 전달하는 전자봉인장치리더기와; 상기 컨테이너의 봉인상태 정보를 이용하여 컨테이너를 모니터링 하는 컨테이너모니터링서버를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 제 1 관점에 있어서,
상기 전자봉인태그는, 재사용을 위한 보안 알고리즘으로 AES-128을 적용한 것을 특징으로 하고,
상기 제 1 관점에 있어서,
상기 선박내부모니터링시스템은, 지그비통신을 이용하여 센싱데이터를 수집하는 것을 특징으로 한다.
제 2 관점으로서, 전자봉인태그를 이용한 컨테이너인증보안방법에 있어서, 메시지를 정방행렬로 구성하고 그 배열에 있는 각각의 바이트들을 1바이트를 입력으로 하고 1바이트를 출력으로 하는 SBOX를 이용하여 업데이트를 하는 1단계와; 상기 정방행렬을 각 행에 따라 행단위 만큼 이동하는 2단계와; 상기 정방행렬의 각각의 칼럼들을 고정된 다항식에 따라 치환하는 3단계와; 상기 3단계에 의한 상기 정방행렬의 결과값과 라운드 키의 XOR 값을 구하는 4단계를 포함하고, 상기 전자봉인태그는 재사용이 가능한 것을 특징으로 하는 전자봉인태그를 이용한 컨테이너인증 보안방법이 제시된다.
상기 제 2 관점에 있어서,
상기 1단계는, 상기 SBOX를 단일 치환암호를 이용하여 0에서 255의 범위안에서 치환하여 암화화하는 것을 특징으로 하고,
상기 제 2 관점에 있어서,
상기 3단계는, 상기 고정된 다항식으로 수학식 1을 사용하는 것을 특징으로 한다.
컨테이너 선박의 선박내부상태모니터링과 항만물류에 사용되고 있는 전자봉인장치(E-Seal)를 통합적으로 모니터링할 수 있는 효과가 있다. 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템 및 전자봉인태그를 이용한 컨테이너인증보안방법이 현재 운영중인 컨테이너 선박에 적용 되었을 때 노동력 절감 및 비용절감 효과가 있다. 선박사고시 어떤 점이 문제인지도 명확이 구분할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명하기로 한다.
컨테이너 선박의 통합모니터링시스템은 선박내부모니터링시스템(100)과 컨테이너상태모니터링시스템(200)으로 구성되어 있다. 도 2는 CAN버스(BUS)를 이용한 선박내부모니터링시스템(100)의 통신구조가 도시되어 있다. 선박의 주요지점에 설치된 수집센서들은 센싱된 데이터를 CAN BUS를 이용하여 상기 선박내부모니터링시 스템(100)에 전달을 한다. 통신구조상에 CAN노드(node)에 부착되는 수집센서가 유선으로 설치가 힘들시 지그비(Zigbee)통신으로 데이터 수집도 가능하며, 지그비(Zigbee)통신을 이용하여 수집된 데이터도 CAN버스(Bus)를 통해 상기 선박내부모니터링시스템(100)에 전달한다.
도 3은 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템의 구성도를 도시하고 있다.
상기 선박내부모니터링시스템(100)은 수집센서(150), 입출력모듈(130), 리얼타임모듈(110), 선박모니터링서버(160)로 구성된다. 수집센서(150)는 입출력모듈에 부착되며 컨테이너 선박내의 주요 거점에 설치되어 센싱데이터를 수집한다. 상기 입출력모듈(130)은 수집센서를 부착하고 상기 수집센서(150)에서 수집된 센싱데이터를 CAN버스(120)를 통해 리얼타임모듈(110)에 전달한다. 상기 리얼타임모듈(110)은 센싱된 정보의 실시간성을 보장하고 상기 센싱된 데이터를 이더넷을 이용하여 상기 선박모니터링서버(160)에 전달한다. 상기 리얼타임모듈(110)에선 리얼타임 운영체제인 RTOS를 이용하여 센싱된 데이터를 실시간적으로 수집하여 이를 처리할 수 있다. 일반 OS를 이용했을 때에 비해 RTOS를 사용한 상기 리얼타임모듈(110)을 이용한 실험에서 센싱데이터를 수집하여 이를 처리하는데 일반 OS에 비해 처리시간이 줄어서 실시간성을 보장할 수 있었다. 상기 선박모니터링서버(160)는 상기 전달된 센싱된 데이터를 이용하여 선박내부상태를 모니터링 한다.
컨테이너상태모니터링시스템(200)은 컨테이너의 안전하고 효율적인 운송 및 화물정보의 안전한 전달을 지원하는 보안장치를 개발하기 위해서 보안 알고리즘 AES-128을 전자봉인태그에 적용하고, 전자봉인태그의 상태의 확인을 통해서 컨테이 너 봉인상태를 모니터링한다. 전자봉인장치는 E-Seal 표준인 ISO 18185 표준규격을 준수하며, 컨테이너 전자봉인장치(E-Seal)에 기록되는 정보를 보호하기 위해서 ASE-128 보안 알고리즘을 적용하고, 전자봉인장치(E-Seal)의 데이터를 보호한다. 전자봉인장치는 기존의 전자봉인장치(E-Seal)가 한번 쓰기(Write)를 하면 단 1회성만 봉인장치의 기능을 할 수 있었고, 이로 인해 많은 비용발생으로 사용이 많지 않았다. 비용절감의 효과를 가져오기 위해선 여러번 쓰기를 할 수 있도록 하여 전자봉인장치태그(E-Seal Tag)의 재사용이 가능하도록 만들어야 한다. 전자봉인장치태그(E-Seal Tag)의 쓰기 기능은 초기에 전자봉인장치(E-Seal)에 쓰기한 사용자와 전자봉인장치태그(E-Seal Tag)가 동일한 보안키를 가져 이 보안키가 일치 할때만 쓰기를 할 수 있도록 하여, 함부로 쓰기 할 수 없도록 해야 한다.
상기 컨테이너상태모니터링시스템(200)은 컨테이너모니터링서버(210), 전자봉인태그(220), 전자봉인장치리더기(230)로 구성된다. 상기 전자봉인태그(220)는 컨테이너에 부착되고 선적된 컨테이너의 봉인상태를 확인하는 전자봉인(E-Seal)장치의 상태 정보를 저장한다. 상기 전자봉인장치리더기(230)는 선박에 설치되고 선적된 컨테이너의 봉인상태정보를 상기 전자봉인태그(220)로부터 읽어 들여 컨테이너모니터링서버(210)로 전달한다. 상기 컨테이너모니터링서버(210)는 상기 컨테이너의 봉인상태 정보를 이용하여 컨테이너를 모니터링한다.
다음으로, 전자봉인태그를 이용한 컨테이너인증보안방법을 설명한다. AES-128 보안알고리즘은 Rinjndael 대칭암호 알고리즘을 이용하며, SPN구조를 이용한다. 블록의 크기는 128 비트이며 암화화 키는 128비트를 이용하여 암호화 한다. 그 리고 암호화를 하는 라운드수가 많을수록 데이터가 암호화의 안정성을 가진다. AES-128 암호화 구조는 크게 4단계로 이루어진다. 서브바이츠(SubBytes)단계와 행이동(ShiftRows)단계, 칼럼혼합(MixColumns)단계, 라운드키추가(Add Round Key)단계로 나뉘어진다. 서브바이츠(SubBytes)단계에서는 메시지를 정방행렬로 구성하였을 때, 그 배열에 있는 각각의 바이트들을 1바이트를 입력으로 하고 1바이트를 출력으로 하는 SBOX를 이용하여 업데이트를 한다. 하나당 1바이트(Bytes)라고 하고, 한바이트의 메시지를 an이라고 하면 도 4와 같이 16바이트(128비트)가 나열이 되며, 이 SBOX는 단일 치환암호를 이용하여 0에서 255의 범위안에서 치환하여 암화화 한다.
서브바이츠(SubBytes) 단계가 끝이 나면 행이동(ShiftRows)단계로 넘어 간다. 상기 행이동(ShiftRows)단계는 유일한 비선형연산을 하게 되며 도 5와 같이 각 행(ROW)에 따라 행단위 만큼 이동하게 된다. 즉 행-1 만큼 이동하게 되는 것을 알수 있다.
상기 행이동(ShiftRows)단계가 끝나면 칼럼혼합(MixColumns)단계로 넘어 간다. 이단계는 도 6과 같이 각각의 칼럼(COLUMN)들이 고정된 다항식 수학식 1에 의해 치환이 된다.
c(x) = 0.3x3 + 0.1x2 + 0.1x + 0.2
마지막으로 라운드키추가(Add Round Key)단계이다. 이것은 칼럼혼 합(MixColumns)의 출력과 라운드 키의 XOR 값을 구하는 단계이다. 도 7과 같이 진행이 되면 된다. 총 4가지의 단계를 거치면 되고 이 전체 과정이 한 라운드이며, 여러번의 라운드가 될수록 데이터의 암호화에 신뢰성을 가지게 된다.
그리고 한번 사용된 전자봉인태그(E-Seal Tag)는 재사용을 위하여 다시 새로운 AES-128 키를 통해 데이터를 암호화 하여 재사용 할 수 있도록 한다. 현재 IS O18185 표준에 지정한 데이터 필드의 범위를 쓰게 되는 화물 정보를 AES-128을 이용하여 암호화하고 복호화를 통해 상기 전자봉인태그(220)를 재사용이 가능하도록 한다.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
도 1은 CAN 통신거리에 따른 전송율을 표로 도시하고 있다.
도 2는 CAN버스(BUS)를 이용한 선박내부모니터링시스템(100)의 통신구조가 도시되어 있다.
도 3은 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템의 구성도를 도시하고 있다.
도 4는 서브바이츠(SubBytes)단계의 진행상태를 도시하고 있다.
도 5는 행이동(ShiftRows)단계의 진행상태를 도시하고 있다.
도 6은 칼럼혼합(MixColumns)단계의 진행상태를 도시하고 있다.
도 7은 라운드키추가(Add Round Key)단계의 진행상태를 도시하고 있다.
< 도면의 주요부호에 대한 설명 >
100 : 선박내부모니터링시스템 110 : 리얼타임모듈
120 : CAN버스(BUS) 130 : 입출력모듈
140 : CAN노드(node) 150 : 수집센서
160 : 선박모니터링서버 200 : 컨테이너상태모니터링시스템
210 : 컨테이너모니터링서버 220 : 전자봉인태그
230 : 전자봉인장치리더기

Claims (8)

  1. 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템에 있어서,
    컨테이너 선박내의 주요 거점에 설치되어 센싱 데이터를 수집하는 수집센서와, 상기 수집센서에서 수집된 센싱 데이터를 수신하여 CAN버스를 통해 송신하기 위한 입출력모듈과, 상기 입출력모듈로부터 송신된 센싱 데이터를 이더넷을 통하여 실시간으로 송신하기 위한 리얼타임모듈과, 상기 리얼타임모듈로부터 실시간 송신된 센싱 데이터를 수신하여 선박내부상태를 모니터링하기 위한 선박모니터링서버를 포함하는 선박내부모니터링시스템부와;
    컨테이너에 부착되고 컨테이너의 봉인상태를 감지하는 전자봉인장치의 상태 정보를 저장하는 전자봉인태그와, 컨테이너의 봉인상태 정보를 상기 전자봉인태그로부터 읽어 들이기 위한 전자봉인장치리더기와, 상기 컨테이너의 봉인상태 정보를 이용하여 컨테이너를 모니터링하기 위한 컨테이너모니터링서버를 포함하는 컨테이너 상태모니터링시스템부를 포함하는 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자봉인태그는 재사용이 가능한 것을 특징으로 하는 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전자봉인태그는,
    재사용을 위한 보안 알고리즘으로 AES-128을 적용한 것을 특징으로 하는 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 선박내부모니터링시스템은,
    지그비통신을 이용하여 센싱데이터를 수집하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선박의 통합모니터링시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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