KR101269026B1 - 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치 및 그 방법 - Google Patents

무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 그룹키를 생성하는 장치는 무선 네트워크 그룹 내에 포함된 슬레이브 단말들로부터 수신된 파일럿 신호 중 대표 채널 응답 신호를 선택하는 대표 채널 응답 선택부, 대표 채널 응답 신호의 대표 채널 응답값에 근거하여 그룹키를 생성하는 키 생성부, 그룹키를 해쉬 알고리즘에 적용하여 그룹키에 대응하는 해쉬값을 생성하는 해쉬값 생성부, 대표 채널 응답 신호의 채널 응답값과 각 슬레이브 단말의 채널 응답값 및 전송 전력 세기를 이용하여 각 슬레이브 단말들의 전송 파일럿에 대한 전력 세기를 조절하는 전송 파일럿 제어부, 및 슬레이브 단말들과 각각 연결되어 전력 세기가 조절된 파일럿 신호 및 해쉬값을 각 슬레이브 단말로 전송하는 통신부를 포함한다.

Description

무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치 및 그 방법{Apparatus and method for group key generation using wireless channel status}
본 발명은 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 네트워크 환경에서 무선 통신 단말기가 전송 전력을 변화시켜 파일럿 신호를 송신함으로써 그룹키를 생성하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
많은 암호화 기술이 무선 통신 시스템에 적용되어 사용되고 있다. 하지만, 이 기술들은 적법한 사용자들이 도청자에 의한 키 획득의 수학적 불가능성이 아니라 계산적 어려움에 의지하고 있다는 문제점이 있다. 도청자가 이용 가능한 계산 능력이 증가할수록, 이와 같은 방법의 효과는 감소한다. 따라서 계산적 어려움에 대한 가정에 기초하기보다는 절대적인 비밀을 제공하는 암호화 기술을 구축하는 것이 유리하다.
한편, 중앙 집중식 비밀키 분배 방식은 새로운 무선 통신 환경인 애드혹(Ad-hoc) 이나 점-대-점(Peer-to-Peer) 네트워크에는 적합하지 않다. 상기의 무선 통신 환경은 중앙에서 제어되지 않기 때문에 중앙 집중식 비밀키 분배 방식이 불가능하고 이를 대체하는 새로운 키 생성 방식이 필요하다.
무선 통신 네트워크에서는 절대적인 비밀을 제공하는 상호 관련된 랜덤 소스들을 무선 채널 정보에서 획득할 수 있다. 특히 무선 통신 시스템이 시간 분할 듀플렉스(TDD) 방식이면, 통신 링크를 형성한 두 사용자(A와 B)는 특정 시간 내에서 동일한 무선 채널 정보를 각각 획득할 수 있다.
반면, 사용자 A, B와 무선 링크를 형성하지 않는 도청자는 두 사용자의 무선 채널과 상관관계가 거의 없는 무선 채널 상태를 관찰할 것이다. 이 차이는 완벽한 비밀키의 생성을 위해 이용될 수 있다. 두 사용자는 일정한 시간 별로 관찰된 무선 채널 정보를 이용해 비밀키를 생성할 수 있다. 이러한 비밀키 생성 방식은 통신을 행하는 주체가 직접 키를 생성하기 때문에 중앙에서 키를 분배하거나 생성할 필요가 없는 장점이 존재한다.
상기의 무선 채널을 이용한 비밀키 생성은 무선 통신을 수행하는 사용자들의 통신 링크에서 자연적으로 발생하는 채널 임펄스 응답에 의해 비밀키를 생성하는 방안으로 제안되었고, 무선 채널을 이용한 비밀키 생성 방식은 두 단말 사이의 비밀키 생성으로 한정되었다. 하지만, 전송 데이터 성격에 따라 둘 이상의 단말이 공통으로 사용하는 그룹키의 사용이 필요한 경우도 존재한다.
본 발명의 목적은, 기존 계산 기반의 무선 통신 암호화 방식을 절대적인 비밀을 제공하는 무선 채널을 통한 암호화 방식으로 대체하여, 도청자가 통신 채널에 대한 정보를 습득할 수 없어 그룹키를 추출해 낼 수 없도록 하는 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 무선 통신을 수행하는 단말들 사이의 무선 채널에서 직접 비밀키를 추출하여 중앙에서 비밀키를 분배하지 않도록 한 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 마스터 단말이 파일럿 전송 전력을 제어해 다수의 단말에게 일정한 채널 임펄스 응답을 수신하도록 유도해 다수의 단말들이 동일한 그룹키를 생성하도록 한 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치는, 무선 네트워크 그룹 내에 포함된 슬레이브 단말들로부터 수신된 파일럿 신호 중 대표 채널 응답 신호를 선택하는 대표 채널 응답 선택부, 상기 대표 채널 응답 선택부에 의해 선택된 상기 대표 채널 응답 신호의 채널 응답값에 근거하여 그룹키를 생성하는 키 생성부, 상기 키 생성부에 의해 생성된 상기 그룹키를 해쉬 알고리즘에 적용하여 상기 그룹키에 대응하는 해쉬값을 생성하는 해쉬값 생성부, 상기 대표 채널 응답 신호의 채널 응답값과 상기 각 슬레이브 단말의 채널 응답값 및 전송 전력 세기를 이용하여 상기 각 슬레이브 단말들의 전송 파일럿에 대한 전력 세기를 조절하는 전송 파일럿 제어부, 및 상기 슬레이브 단말들과 각각 연결되어, 상기 전송 파일럿 제어부에 의해 전력 세기가 조절된 파일럿 신호 및 상기 해쉬값을 상기 각 슬레이브 단말로 전송하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 대표 채널 응답 선택부는, 전송 전력 세기가 기 설정된 최대 전송 세기와 같거나 작은 파일럿 신호를 대표 채널 응답 신호로 선택하는 것을 특징으로 한다.
상기 대표 채널 응답 선택부는, 상기 대표 채널 응답값과, 상기 각 슬레이브 단말의 채널 응답값 중 최소 채널 응답값의 비율이 임계치 보다 큰 파일럿 신호를 대표 채널 응답 신호로 선택하는 것을 특징으로 한다.
상기 전송 파일럿 제어부는, 상기 각 슬레이브 단말들의 전송 파일럿에 대한 전력 세기가 각각 상기 대표 채널 응답값을 갖도록 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 전송 파일럿 제어부는, 상기 각 슬레이브 단말로부터 수신된 해쉬값 비교 정보에 근거하여 상기 각 슬레이브 단말의 해쉬값이 모두 일치하는지 여부를 확인하는 것을 특징으로 한다.
상기 전송 파일럿 제어부는, 상기 각 슬레이브 단말의 해쉬값이 모두 일치하는 경우, 상기 키 생성부에 의해 생성된 상기 그룹키를 해당 무선 네트워크 그룹의 그룹키로 사용하는 것으로 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 전송 파일럿 제어부는, 상기 각 슬레이브 단말의 해쉬값이 모두 일치하지 않는 경우, 상기 키 생성부에 의해 생성된 상기 그룹키를 재생성하는 것으로 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 통신부는, TDD(Time Division Duplexing) 프레임의 상향 링크를 통해 상기 각 슬레이브 단말의 파일럿 신호를 수신하고, 상기 TDD 프레임의 하향 링크를 통해 상기 전송 파일럿 제어부에 의해 전력 세기가 조절된 파일럿 신호 및 상기 해쉬값을 상기 각 슬레이브 단말로 전송하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 방법은, 무선 네트워크 그룹 내에 포함된 각 슬레이브 단말로부터 수신된 파일럿 신호 중 대표 채널 응답 신호를 선택하는 단계, 상기 대표 채널 응답 신호를 선택하는 단계에서 선택된 상기 대표 채널 응답 신호의 대표 채널 응답값에 근거하여 그룹키를 생성하는 단계, 상기 그룹키를 생성하는 단계에서 생성된 상기 그룹키를 해쉬 알고리즘에 적용하여 상기 그룹키에 대응하는 해쉬값을 생성하는 단계, 상기 대표 채널 응답 신호의 채널 응답값과 상기 각 슬레이브 단말의 채널 응답값 및 전송 전력 세기를 이용하여 상기 각 슬레이브 단말들의 전송 파일럿에 대한 전력 세기를 조절하는 단계, 및 상기 전력 세기를 조절하는 단계에서 전력 세기가 조절된 파일럿 신호 및 상기 해쉬값을 상기 각 슬레이브 단말로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 대표 채널 응답 신호를 선택하는 단계는, 전송 전력 세기가 기 설정된 최대 전송 세기와 같거나 작은 파일럿 신호를 대표 채널 응답 신호로 선택하는 것을 특징으로 한다.
상기 대표 채널 응답 신호를 선택하는 단계는, 상기 대표 채널 응답값과, 상기 각 슬레이브 단말의 채널 응답값 중 최소 채널 응답값의 비율이 임계치 보다 큰 파일럿 신호를 대표 채널 응답 신호로 선택하는 것을 특징으로 한다.
상기 전력 세기를 조절하는 단계는, 상기 각 슬레이브 단말들의 전송 파일럿에 대한 전력 세기가 각각 상기 대표 채널 응답값을 갖도록 조절하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은, 상기 각 슬레이브 단말로부터 해쉬값 비교 정보를 수신하는 단계, 및 상기 각 슬레이브 단말로부터의 해쉬값 비교 정보에 근거하여 상기 각 슬레이브 단말의 해쉬값이 모두 일치하는지 여부를 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 확인하는 단계에서 상기 각 슬레이브 단말의 해쉬값이 모두 일치하는 경우, 상기 그룹키를 생성하는 단계에서 생성된 상기 그룹키를 해당 무선 네트워크 그룹의 그룹키로 사용하는 것으로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 확인하는 단계에서 상기 각 슬레이브 단말의 해쉬값이 모두 일치하지 않는 경우, 상기 그룹키를 생성하는 단계에서 생성된 상기 그룹키를 재생성하는 것으로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 무선 통신 네트워크에서 무선 채널 정보를 이용하여 다수의 단말이 공유하는 그룹키를 생성할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은, 중앙 집중식 비밀키 분배 방식이 아니기 때문에 애드혹(Ad-hoc) 네트워크에서도 효율적으로 그룹키를 생성할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은, 마스터 단말에서 전송 전력 세기 또는 위상을 제어하기 때문에 슬레이브 단말들이 손쉽게 동일한 그룹키를 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 구현해야 하는 기능도 단순화되는 이점이 있다.
또한, 본 발명은, 그룹키가 단말 사이의 무선 채널 정보에서 생성되기 때문에, 도청자들은 생성된 그룹키를 획득하기 어려운 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치가 적용된 시스템 구성을 도시한 도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 마스터 단말의 구성을 설명하는데 참조되는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 슬레이브 단말의 구성을 설명하는데 참조되는 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치의 실시예를 설명하는데 참조되는 예시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치의 다른 실시예를 설명하는데 참조되는 예시도이다.
도 7은 본 발명에 적용되는 슬레이브 단말의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 적용되는 마스터 단말의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치가 적용된 시스템 구성을 도시한 도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 무선 네트워크 시스템은 둘 이상의 단말을 포함하는 무선 네트워크 그룹을 형성한다. 무선 네트워크 그룹은 하나의 마스터 단말(10)과, 그 외의 슬레이브 단말(20)을 포함한다.
무선 네트워크 그룹에 포함된 단말들은 그룹키를 생성하기 위하여 하나의 마스터 단말(10)을 선발한다. 이때, 마스터 단말(10)은 무선 네트워크 그룹 내에서 전송 전력 세기 또는 위상을 제어한다. 마스터 단말(10)에 대한 구체적인 구성 설명은 도 2를 참조하도록 한다.
무선 네트워크 그룹 내에서 마스터 단말(10) 이외의 단말들은 모두 슬레이브 단말(20)이 된다. 슬레이브 단말(20)에 대한 구체적인 구성 설명은 도 3을 참조하도록 한다.
도 2는 본 발명에 적용되는 마스터 단말의 구성을 설명하는데 참조되는 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마스터 단말(10)은 제어부(11), 통신부(12), 저장부(13), 대표 채널 응답 선택부(14), 키 생성부(15), 해쉬값 생성부(16), 전송 파일럿 제어부(17), 및 파일럿 신호 발생부(18)를 포함한다.
여기서, 제어부(11)는 마스터 단말(10)의 각 부의 동작을 제어한다.
통신부(12)는 내부에 스위치를 포함한다. 이때, 통신부(12)는 내부의 스위치 조작을 통해 송신 모드 및 수신 모드 중 선택적으로 동작할 수 있다. 통신부(12)는 송신 모드로 동작하는 경우 하향 링크를 통해 각 슬레이브 단말들로 파일럿 신호를 전송하고, 수신 모드로 동작하는 경우에는 상향 링크를 통해 각 슬레이브 단말들로부터 파일럿 신호를 수신한다. 이때, 통신부(12)는 사전에 할당된 주파수 또는 시간을 이용하여 파일럿 신호를 송수신한다.
통신부(12)는 무선 네트워크 그룹 내에서 신호 송수신을 위한 통신 인터페이스를 지원한다. 특히, 통신부(12)는 마스터 단말(10)과 슬레이브 단말들 사이의 그룹키 설정을 위한 신호를 송수신한다. 다시 말해, 통신부(12)는 슬레이브 단말들로부터의 파일럿을 수신하고, 마스터 단말(10)에 의해 생성된 파일럿을 각 슬레이브 단말들로 송신한다.
저장부(13)는 마스터 단말(10)의 송수신 데이터 및 설정값 등이 저장된다. 또한, 저장부(13)는 그룹키를 설정하는데 필요한 슬레이브 단말들의 대표 채널 응답값이 저장된다. 또한, 저장부(13)는 각 슬레이브 단말들에 대하여 파일럿 세기 또는 위상이 조절된 채널 응답값이 저장된다.
대표 채널 응답 선택부(14)는 통신부(12)를 통해 슬레이브 단말들로부터 파일럿이 수신되면, 각 슬레이브 단말들의 파일럿 중 대표 채널 응답을 선택한다.
여기서, 각 슬레이브 단말들로부터 수신된 파일럿은 전송 세기 또는 위상이 고정된 파일럿이다. 각 슬레이브 단말들의 채널 응답값은 아래 [수학식 1]과 같다.
Figure 112011102014194-pat00001
여기서, i는 슬레이브 단말의 번호이다. 따라서, 대표 채널 응답 선택부(14)는 각 슬레이브 단말들로부터 수신된 파일럿들의 전송 세기 또는 위상을 비교하여 대표 채널 응답을 선택한다. 대표 채널 응답 선택부(14)에 의해 선택된 대표 채널 응답값은
Figure 112011102014194-pat00002
로 표시한다. 대표 채널 응답 선택부(14)는 대표 채널 응답으로 선택한 파일럿의 대표 채널 응답값을 저장부(13)에 저장한다.
여기서, 대표 채널 응답 선택부(14)는 슬레이브 단말의 고정된 전송 전력 세기(Pref)와 마스터 단말(10)의 최대 전송 전력 세기(Pmax)를 고려하여 대표 채널 응답을 선택한다. 대표 채널 응답 선택부(14)에 의해 선택된 대표 채널 응답 신호의 대표 채널 응답값은 모든 슬레이브 단말에 대하여 아래의 조건 (1), (2)를 모두 만족해야 한다.
Figure 112011102014194-pat00003
......................................(1)
Figure 112011102014194-pat00004
............................................(2)
조건 (2)에서, Γ는 임계치, min은 슬레이브 i의 채널 응답값 중 최소 채널 응답값을 의미한다.
다시 말해, 대표 채널 응답 신호는 조건 (1)과 같이, 전송 전력 세기가 마스터 단말(10)의 최대 전송 세기와 같거나 작아야 한다. 또한, 대표 채널 응답 신호는 조건 (2)와 같이, 최소 채널 응답값을 갖는 슬레이브 단말에 대하여 최소한의 신호 수신 세기를 보장하기 위하여 대표 채널 응답값과 최소 채널 응답값의 비율이 임계치 보다 커야 한다.
만일, 상기의 조건 (1), (2)를 만족하는 채널 응답 신호가 여러 개인 경우, 대표 채널 응답 선택부(14)는 그 중 하나를 선택할 수 있다. 한편, 대표 채널 응답 선택부(14)는 특정 채널 응답값을 갖는 신호를 대표 채널 응답 신호로 설정할 수도 있다.
한편, 키 생성부(15)는 무선 네트워크 그룹 내의 그룹키를 생성한다.
더욱 상세하게, 키 생성부(15)는 대표 채널 응답 선택부(14)에 의해 선택된 대표 채널 응답 신호의 대표 채널 응답값에 근거하여 그룹키를 생성한다. 여기서, 키 생성부(15)는 선택된 대표 채널 응답 신호의 대표 채널 응답값에 정해진 양자화 기법을 적용하여 그룹키를 생성한다.
해쉬값 생성부(16)는 키 생성부(15)에 의해 생성된 그룹키로부터 해쉬값을 생성한다. 이때, 해쉬값 생성부(16)는 사전에 정해진 해쉬 알고리즘을 이용하여 그룹키에 대응하는 해쉬값을 생성한다. 해쉬값 생성부(16)에 의해 생성된 해쉬값은 각 슬레이브 단말들로 파일럿 신호가 전해지는 시간에 데이터 또는 제어 신호 채널을 통해서 전송된다.
전송 파일럿 제어부(17)는 통신부(12)를 통해 슬레이브 단말들로부터 파일럿이 수신되면, 각 슬레이브 단말들의 채널 응답에 따라 전송 파일럿 전력 세기 또는 위상을 조절한다.
이때, 전송 파일럿 제어부(17)는 각 슬레이브 단말들의 전송 파일럿 전력 세기 또는 위상이 대표 채널 응답 값을 갖도록 조절한다.
다시 말해, 전송 파일럿 제어부(17)는 대표 채널 응답 신호의 대표 채널 응답값과 각 슬레이브 단말의 채널 응답값 및 슬레이브 단말의 고정 전송 전력 세기 또는 위상 정보를 이용하여 각 슬레이브 단말들의 전송 파일럿 전력 세기 또는 위상을 조절한다.
일 예로서, 전송 파일럿 제어부(17)는 각 슬레이브 단말들의 전송 파일럿 전력 세기를
Figure 112011102014194-pat00005
로 조절한다.
파일럿 신호 발생부(18)는 전송 파일럿 제어부(17)에 의해 조절된 전송 파일럿 전력 세기 또는 위상에 근거하여 전송 파일럿 신호를 발생한다.
제어부(11)는 파일럿 신호 발생부(18)에 의해 발생된 전송 파일럿을 통신부(12)를 통해 각 슬레이브 단말들로 전송한다. 이때, 제어부(11)는 파일럿 신호 발생부(18)에 의해 발생된 전송 파일럿과, 해쉬값 생성부(16)에 의해 추출된 그룹키의 해쉬값을 함께 전송한다.
한편, 전송 파일럿 제어부(17)는 각 슬레이브 단말로부터 해쉬값 비교 정보를 수신한다. 전송 파일럿 제어부(17)는 각 슬레이브 단말로부터 수신된 해쉬값 비교 정보에 근거하여 각 슬레이브 단말로 전송한 해쉬값이 일치하는지 여부를 확인한다.
만일, 모든 슬레이브 단말들의 해쉬값이 일치하면, 전송 파일럿 제어부(17)는 키 생성부(15)에서 생성한 그룹키를 실제 그룹키로 적용한다. 반면, 모든 슬레이브 단말들의 해쉬값이 일치하지 않으면, 그룹키를 재생성하는 것으로 결정한다.
전송 파일럿 제어부(17)는 기 생성된 그룹키에 대한 사용 결정 여부를 통신부(12)를 통해 각 슬레이브 단말로 전송한다. 이때, 통신부(12)는 그룹키에 대한 사용 결정 여부를 브로드캐스트 또는 멀티캐스트 제어 신호 채널을 통해 모든 슬레이브 단말에게 전송한다.
도 3은 본 발명에 적용되는 슬레이브 단말의 구성을 설명하는데 참조되는 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 슬레이브 단말(20)은 제어부(21), 통신부(22), 파일럿 신호 발생부(23), 키 생성부(24), 해쉬값 생성부(25), 및 해쉬값 비교부(26)를 포함한다.
여기서, 제어부(21)는 슬레이브 단말(20)의 각 부의 동작을 제어한다.
통신부(22)는 내부에 스위치를 포함한다. 이때, 통신부(22)는 내부의 스위치 조작을 통해 송신 모드 및 수신 모드 중 선택적으로 동작할 수 있다. 통신부(22)는 송신 모드로 동작하는 경우 상향 링크를 통해 마스터 단말로 파일럿 신호를 전송하고, 수신 모드로 동작하는 경우에는 하향 링크를 통해 마스터 단말로부터 파일럿 신호를 수신한다. 이때, 통신부(22)는 사전에 할당된 주파수 또는 시간을 이용하여 파일럿 신호를 송수신한다.
통신부(22)는 무선 네트워크 그룹 내에서 신호 송수신을 위한 통신 인터페이스를 지원한다. 특히, 통신부(22)는 마스터 단말과 슬레이브 단말(20) 사이의 그룹키 설정을 위한 신호를 송수신한다. 다시 말해, 통신부(22)는 마스터 단말에 의해 생성된 파일럿을 수신하고, 해당 슬레이브 단말(20)에 의해 생성된 파일럿을 마스터 단말로 송신한다.
슬레이브 단말(20)의 파일럿 신호 발생부(23)는 무선 네트워크 그룹 내에서 신호 송수신을 위한 그룹키 생성을 위하여 파일럿 신호를 발생한다. 이때, 파일럿 신호 발생부(23)는 고정된 전송 전력 세기 또는 위상의 파일럿 신호를 발생한다. 파일럿 신호 발생부(23)에 의해 발생된 파일럿 신호는 통신부(22)를 통해 마스터 단말로 전송된다.
한편, 통신부(22)는 마스터 단말에 의해 전송 세기 또는 위상이 조절된 파일럿 신호 및 해쉬값을 수신한다. 이때, 키 생성부(24)는 통신부(22)를 통해 마스터 단말로부터 파일럿 신호의 채널 응답값에 근거하여 그룹키를 생성한다. 여기서, 키 생성부(24)는 선택된 대표 채널 응답 신호의 대표 채널 응답값에 정해진 양자화 기법을 적용하여 그룹키를 생성한다.
해쉬값 생성부(25)는 키 생성부(24)에 의해 생성된 그룹키로부터 해쉬값을 생성한다. 이때, 해쉬값 생성부(25)는 사전에 정해진 해쉬 알고리즘을 이용하여 그룹키에 대응하는 해쉬값을 생성한다.
해쉬값 비교부(26)는 해쉬값 생성부(25)에 의해 생성된 해쉬값과, 통신부(22)를 통해 마스터 단말로부터 수신된 해쉬값을 비교한다. 이때, 해쉬값 비교부(26)는 해쉬값 생성부(25)에 의해 생성된 해쉬값과, 통신부(22)를 통해 마스터 단말로부터 수신된 해쉬값이 서로 일치하는지 판단한다.
이때, 제어부(21)는 해쉬값 비교부(26)로부터의 판단 결과에 기초하여 해쉬값의 일치 여부를 통신부(22)를 통해 마스터 단말로 전송한다. 통신부(22)는 해쉬값의 일치 여부를 데이터 또는 제어 신호 채널을 이용해 마스터 단말로 전송한다.
한편, 제어부(21)는 마스터 단말로부터 그룹키 사용 결정 여부가 수신되면, 그에 따라 그룹키를 사용하거나 마스터 단말로 파일럿 신호를 재전송한다.
일 예로서, 제어부(21)는 마스터 단말로부터 기 생성된 그룹키를 사용하는 것으로 결정되면, 키 생성부(24)에 의해 생성된 그룹키를 해당 무선 네트워크 그룹의 그룹키로 사용한다. 반면, 제어부(21)는 마스터 단말로부터 그룹키를 재생성하는 것으로 결정되면, 파일럿 신호 발생부(23)를 제어하여 파일럿 신호를 재생성하고, 재생성된 파일럿 신호를 통신부(22)를 통해 마스터 단말로 재전송하도록 한다.
도 4는 본 발명에 따른 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치의 실시예를 설명하는데 참조되는 예시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 무선 네트워크 그룹은 하나의 마스터 단말(10)과 N개의 슬레이브 단말(20a, 20b, ..., 20z)을 포함한다.
마스터 단말(10)과 N개의 슬레이브 단말(20a, 20b, ..., 20z) 사이에 송수신되는 파일럿 신호는 서로 다른 무선 채널 응답값을 갖는다. 다시 말해, 마스터 단말(10)과 슬레이브 단말1(20a)은
Figure 112011102014194-pat00006
의 무선 채널 응답값을 갖는다. 또한, 마스터 단말(10)과 슬레이브 단말2(20b)는
Figure 112011102014194-pat00007
의 무선 채널 응답값을 갖는다.
이와 같은 방식으로, 마스터 단말(10)과 슬레이브 단말N(20z)은
Figure 112011102014194-pat00008
의 무선 채널 응답값을 갖는다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치의 다른 실시예를 설명하는데 참조되는 예시도이다. 더욱 상세하게, 도 5 및 도 6은 마스터 단말과 슬레이브 단말 사이에 송수신되는 프레임 구조를 나타낸 것이다.
본 발명에 적용되는 무선 네트워크 시스템은 TDD(Time Division Duplexing) 모드 또는 이와 유사한 방식으로 통신이 이루어진다. 본 발명에서는 TDD 모드가 적용되는 예를 적용하여 설명한다. TDD 프레임은 상향 링크와 하향 링크로 분류된다.
먼저, 도 5는 슬레이브 단말에서 마스터 단말로 전송되는 상향 링크의 TDD 프레임 구조를 나타낸 것이다.
다시 말해, 슬레이브 단말(20a, 20b, ..., 20z)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 상향 링크를 이용하여 파일럿 신호를 마스터 단말(10)로 전송한다. 이때, 각 슬레이브 단말(20a, 20b, ..., 20z)은 지정된 무선 자원을 이용하여 고정된 전송 전력 세기 또는 위상으로 파일럿 신호를 전송한다.
일 예로서, 슬레이브 단말1(20a), 슬레이브 단말2(20b), ..., 슬레이브 단말N(20z)의 전송 전력 세기는 Pref로 고정된 값을 갖는다.
한편, 각 슬레이브 단말(20a, 20b, ..., 20z)에 의해 전송되는 파일럿 신호는 도 4에 도시된 채널 응답값을 갖는다. 즉, 슬레이브 단말1(20a)에 의해 전송되는 마스터_파일럿은
Figure 112011102014194-pat00009
Figure 112011102014194-pat00010
의 채널 응답값을 갖고, 슬레이브 단말2(20b)에 의해 전송되는 마스터_파일럿은
Figure 112011102014194-pat00011
의 채널 응답값을 갖고, 이와 같은 방식으로 슬레이브 단말N(20z)에 의해 전송되는 마스터_파일럿은
Figure 112011102014194-pat00012
의 채널 응답값을 갖는다.
한편, 도 6은 마스터 단말에서 슬레이브 단말로 전송되는 하향 링크의 TDD 프레임 구조를 나타낸 것이다.
마스터 단말(10)은 도 5의 상향 링크를 통해 수신된 각 파일럿 신호들의 채널 응답값에 근거하여 하향 링크의 전송 전력 세기를 조절한다.
일 예로서, 마스터 단말(10)은 슬레이브 단말1(20a)로부터 수신된 파일럿 신호의 채널 응답값
Figure 112011102014194-pat00013
을 대표 채널 응답값
Figure 112011102014194-pat00014
로 설정하고, 대표 채널 응답값
Figure 112011102014194-pat00015
와 고정 전송 전력 세기 Pref를 이용하여 나머지 슬레이브 단말2(20b), ..., 슬레이브 단말N(20z)의 전송 전력 세기를 조절한다.
이때, 마스터 단말(10)은 슬레이브 단말1(20a)의 파일럿 신호를 대표 채널 응답 신호로 설정했으므로 슬레이브 단말1(20a)로 전송하는 파일럿 신호에 대하여 고정 전송 전력 세기 Pref를 그대로 유지하고, 슬레이브 단말2(20b)로 전송하는 파일럿 신호의 전송 전력 세기를
Figure 112011102014194-pat00016
로 조절한다. 이와 같은 방식으로, 마스터 단말(10)은 슬레이브 단말N(20z)로 전송하는 파일럿 신호의 전송 전력 세기를
Figure 112011102014194-pat00017
로 조절한다.
따라서, 마스터 단말(10)은 상기와 같이 각 슬레이브 단말(20a, 20b, ..., 20z)에 대하여 전송 전력 세기가 조절된 파일럿 신호, 예를 들어, 슬레이브1_파일럿, 슬레이브2_파일럿, ..., 슬레이브N_파일럿을 하향 링크를 통해 각 슬레이브 단말(20a, 20b, ..., 20z)로 전송한다.
도 5 및 도 6에 도시된, 상향 링크 및 하향 링크의 파일럿 채널 이외의 프레임은 데이터 또는 기타 제어 신호 전송에 사용된다.
여기서, 상향 링크 및 하향 링크의 파일럿 채널은 해당 그룹의 그룹키 생성이 필요한 경우에만 할당되며, 그룹키 생성이 필요하지 않은 경우에는 할당된 무선 자원은 데이터 또는 제어 신호 채널로 변경 가능하다.
도 7은 본 발명에 적용되는 슬레이브 단말의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
본 발명에 적용되는 무선 네트워크 시스템에서의 그룹키 생성 과정은 슬레이브 단말에서 마스터 단말로 파일럿 신호를 송신하는 것으로 시작된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 슬레이브 단말은 할당된 무선 자원을 통해 마스터 단말로 파일럿 신호를 송신한다(S100). 'S100' 과정에서 마스터 단말로 송신되는 파일럿 신호는 고정된 전송 전력 세기 또는 위상을 갖는다.
이후, 슬레이브 단말은 마스터 단말로부터 파일럿 신호 및 해쉬값을 수신한다(S110).
이때, 슬레이브 단말은 'S110' 과정에서 수신된 파일럿 신호의 채널 응답값을 이용하여 키를 생성하고(S120), 'S120' 과정에서 생성된 키를 해쉬 알고리즘에 적용하여 해쉬값을 추출한다(S130).
슬레이브 단말은 'S110' 과정에서 마스터 단말로부터 수신된 해쉬값과, 'S130' 과정에서 추출된 해쉬값을 비교한다(S140). 이때, 슬레이브 단말은 'S140' 과정의 해쉬값 비교 정보를 마스터 단말로 전송한다(S150).
한편, 슬레이브 단말은 'S150' 과정의 해쉬값 비교 정보에 근거하여 마스터 단말로부터 그룹키 사용 결정 여부를 수신한다(S160).
이때, 마스터 단말로부터 그룹키를 사용하는 것으로 결정된 경우(S170), 슬레이브 단말은 'S120' 과정에서 생성한 키를 그룹키로 사용한다(S180). 반면, 마스터 단말로부터 그룹키를 사용하지 않는 것으로 결정된 경우(S170), 슬레이브 단말은 'S100' 내지 'S160' 과정을 재수행하도록 한다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 적용되는 마스터 단말의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 마스터 단말은 무선 네트워크 그룹 내의 그룹키 생성을 위하여 각 슬레이브 단말로부터 파일럿 신호를 수신한다(S200).
이때, 마스터 단말은 'S200' 과정에서 수신된 각 슬레이브 단말로부터의 파일럿 신호 중 하나의 대표 채널 응답 신호를 선택한다(S210). 대표 채널 응답 신호를 선택하는 기준은 도 2에서 대표 채널 응답 선택부의 설명을 참조한다.
마스터 단말은 'S210' 과정에서 선택된 대표 채널 응답 신호의 채널 응답값을 이용하여 키를 생성하고(S220), 'S220' 과정에서 생성된 키를 해쉬 알고리즘에 적용하여 해쉬값을 추출한다(S230).
한편, 마스터 단말은 'S200' 과정에서 수신된 각 파일럿 신호의 채널 응답값에 근거하여 각 슬레이브 단말로 송신하는 파일럿 신호의 전송 전력 세기를 제어한다(S240). 물론, 전력 세기 이외에 위상을 조절할 수도 있다. 'S240' 과정에서는 각 슬레이브 단말로 송신되는 파일럿 신호의 전송 전력 세기가 각각 대표 채널 응답값을 갖도록 조절되는 것으로 한다.
따라서, 마스터 단말은 'S240' 과정에서 전송 전력 세기가 조절된 파일럿 신호를 대응되는 각 슬레이브 단말로 전송한다. 이때, 마스터 단말은 파일럿 신호와 'S230' 과정에서 추출된 해쉬값을 함께 전송한다(S250).
한편, 마스터 단말은, 도 9에 도시된 바와 같이, 도 8의 'S250' 과정에서 전송한 해쉬값에 대하여 각 슬레이브 단말로부터 해쉬값 비교 정보를 수신한다(S300).
마스터 단말은 'S300' 과정의 해쉬값 비교 정보에 근거하여 무선 네트워크 그룹 내에 포함된 모든 슬레이브 단말로부터 해쉬값이 일치하는 것으로 확인된 경우(S310), 도 8의 'S220' 과정에서 생성된 키를 해당 무선 네트워크 그룹의 그룹키로 사용하는 것으로 결정하고(S320), 각 슬레이브 단말로 그룹키 사용 결정 여부를 전송한다(S340).
반면, 마스터 단말은 'S300' 과정의 해쉬값 비교 정보에 근거하여 무선 네트워크 그룹 내에 포함된 적어도 하나의 슬레이브 단말로부터 해쉬값이 일치하지 않는 것으로 확인된 경우(S310), 해당 무선 네트워크 그룹의 그룹키를 재생성하는 것으로 결정하고(S330), 각 슬레이브 단말로 그룹키 사용 결정 여부를 전송한다(S340).
마스터 단말은 해당 무선 네트워크 그룹의 그룹키를 재생성하는 것으로 결정한 경우, 각 슬레이브 단말로부터 파일럿 신호를 다시 수신한다. 이때, 마스터 단말은 최종 그룹키를 사용하는 것으로 결정할 때까지 도 8 및 도 9의 과정을 반복하여 수행하게 된다.
본 발명의 실시예에서는 마스터 단말이 그룹키를 생성하여 해쉬값을 각 슬레이브 단말로 전송하고, 슬레이브 단말이 해쉬값의 일치 여부를 확인하는 것으로 하나, 그 반대의 경우, 즉, 슬레이브 단말이 그룹키에 대한 해쉬값을 생성하여 마스터 단말로 전송하고, 마스터 단말에서 각 해쉬값의 일치 여부를 확인하는 방법도 적용 가능하다.
이상과 같이 본 발명에 의한 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치 및 그 방법은 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있다.
10: 마스터 단말 11: 제어부
12: 통신부 13: 저장부
14: 대표 채널 응답 선택부 15: 키 생성부
16: 해쉬값 생성부 17: 전송 파일럿 제어부
18: 파일럿 신호 발생부 20, 20a, 20b, 20z: 슬레이브 단말
21: 제어부 22: 통신부
23: 파일럿 신호 발생부 24: 키 생성부
25: 해쉬값 생성부 26: 해쉬값 비교부

Claims (15)

  1. 무선 네트워크 그룹 내에 포함된 슬레이브 단말들로부터 수신된 파일럿 신호 중 대표 채널 응답 신호를 선택하는 대표 채널 응답 선택부;
    상기 대표 채널 응답 선택부에 의해 선택된 상기 대표 채널 응답 신호의 대표 채널 응답값에 근거하여 그룹키를 생성하는 키 생성부;
    상기 키 생성부에 의해 생성된 상기 그룹키를 해쉬 알고리즘에 적용하여 상기 그룹키에 대응하는 해쉬값을 생성하는 해쉬값 생성부;
    상기 대표 채널 응답 신호의 채널 응답값과 상기 각 슬레이브 단말의 채널 응답값 및 전송 전력 세기를 이용하여 상기 각 슬레이브 단말들의 전송 파일럿에 대한 전력 세기를 조절하는 전송 파일럿 제어부; 및
    상기 슬레이브 단말들과 각각 연결되어, 상기 전송 파일럿 제어부에 의해 전력 세기가 조절된 파일럿 신호 및 상기 해쉬값을 상기 각 슬레이브 단말로 전송하는 통신부를 포함하고,
    상기 대표 채널 응답 선택부는,
    전송 전력 세기가 기 설정된 최대 전송 세기와 같거나 작은 파일럿 신호를 대표 채널 응답 신호로 선택하는 것을 특징으로 하는 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 대표 채널 응답 선택부는,
    상기 대표 채널 응답값과, 상기 각 슬레이브 단말의 채널 응답값 중 최소 채널 응답값의 비율이 임계치 보다 큰 파일럿 신호를 대표 채널 응답 신호로 선택하는 것을 특징으로 하는 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전송 파일럿 제어부는,
    상기 각 슬레이브 단말들의 전송 파일럿에 대한 전력 세기가 각각 상기 대표 채널 응답값을 갖도록 조절하는 것을 특징으로 하는 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전송 파일럿 제어부는,
    상기 각 슬레이브 단말로부터 수신된 해쉬값 비교 정보에 근거하여 상기 각 슬레이브 단말의 해쉬값이 모두 일치하는지 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 전송 파일럿 제어부는,
    상기 각 슬레이브 단말의 해쉬값이 모두 일치하는 경우, 상기 키 생성부에 의해 생성된 상기 그룹키를 해당 무선 네트워크 그룹의 그룹키로 사용하는 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 전송 파일럿 제어부는,
    상기 각 슬레이브 단말의 해쉬값이 모두 일치하지 않는 경우, 상기 키 생성부에 의해 생성된 상기 그룹키를 재생성하는 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 통신부는,
    TDD(Time Division Duplexing) 프레임의 상향 링크를 통해 상기 각 슬레이브 단말의 파일럿 신호를 수신하고, 상기 TDD 프레임의 하향 링크를 통해 상기 전송 파일럿 제어부에 의해 전력 세기가 조절된 파일럿 신호 및 상기 해쉬값을 상기 각 슬레이브 단말로 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 장치.
  9. 무선 네트워크 그룹 내에 포함된 각 슬레이브 단말로부터 수신된 파일럿 신호 중 대표 채널 응답 신호를 선택하는 단계;
    상기 대표 채널 응답 신호를 선택하는 단계에서 선택된 상기 대표 채널 응답 신호의 대표 채널 응답값에 근거하여 그룹키를 생성하는 단계;
    상기 그룹키를 생성하는 단계에서 생성된 상기 그룹키를 해쉬 알고리즘에 적용하여 상기 그룹키에 대응하는 해쉬값을 생성하는 단계;
    상기 대표 채널 응답 신호의 채널 응답값과 상기 각 슬레이브 단말의 채널 응답값 및 전송 전력 세기를 이용하여 상기 각 슬레이브 단말들의 전송 파일럿에 대한 전력 세기를 조절하는 단계; 및
    상기 전력 세기를 조절하는 단계에서 전력 세기가 조절된 파일럿 신호 및 상기 해쉬값을 상기 각 슬레이브 단말로 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 대표 채널 응답 신호를 선택하는 단계는,
    전송 전력 세기가 기 설정된 최대 전송 세기와 같거나 작은 파일럿 신호를 대표 채널 응답 신호로 선택하는 것을 특징으로 하는 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 방법.
  10. 삭제
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 대표 채널 응답 신호를 선택하는 단계는,
    상기 대표 채널 응답값과, 상기 각 슬레이브 단말의 채널 응답값 중 최소 채널 응답값의 비율이 임계치 보다 큰 파일럿 신호를 대표 채널 응답 신호로 선택하는 것을 특징으로 하는 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 전력 세기를 조절하는 단계는,
    상기 각 슬레이브 단말들의 전송 파일럿에 대한 전력 세기가 각각 상기 대표 채널 응답값을 갖도록 조절하는 것을 특징으로 하는 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 각 슬레이브 단말로부터 해쉬값 비교 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 각 슬레이브 단말로부터의 해쉬값 비교 정보에 근거하여 상기 각 슬레이브 단말의 해쉬값이 모두 일치하는지 여부를 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 확인하는 단계에서 상기 각 슬레이브 단말의 해쉬값이 모두 일치하는 경우, 상기 그룹키를 생성하는 단계에서 생성된 상기 그룹키를 해당 무선 네트워크 그룹의 그룹키로 사용하는 것으로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 확인하는 단계에서 상기 각 슬레이브 단말의 해쉬값이 모두 일치하지 않는 경우, 상기 그룹키를 생성하는 단계에서 생성된 상기 그룹키를 재생성하는 것으로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 채널의 상태를 이용하여 그룹키를 생성하는 방법.
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