KR101420940B1 - 스푸핑을 방지하기 위한 암호화 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

무인기와 통신하여 상기 무인기와 제1 데이터를 교환하는 지상 시스템이 제공된다. 상기 지상 시스템은 상기 제1 데이터를 제1 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제1 암호화 신호를 제공하는 지상 제어 시스템, 상기 지상 제어 시스템에 시리얼 연결되어 상기 제1 암호화 신호를 제공 받아 제2 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제2 암호화 신호를 제공하는 암호화 시스템 및 상기 암호화 시스템에 시리얼 연결되어 상기 제2 암호화 신호를 제공받고 변조하여 상기 무인기로 전송하는 모뎀을 포함한다.

Description

스푸핑을 방지하기 위한 암호화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ENCRYPTION AGAINST SPOOFING}
스푸핑 방지하기 위한 장치 및 방법에 연관되며, 보다 특정하게는 무인기의 무선 데이터 링크에 대해 스푸핑 방지를 위한 암호화를 제공하는 장치 및 방법에 연관된다.
현대전에서는 무인기의 활용이 증가하고 있다. 특히, 이라크 전쟁에서는 미국의 Global Hawk의 대형 무인기부터 Pointer 등의 소형 무인기를 사용하였다. 이러한 무인기를 사용함에 있어서, 비행 명령과 임무 통제 명령은 지상 제어 장치로부터 무선으로 전송되며, 비행체의 상태에 연관되는 정보는 지상 제어 장치로 무선으로 전송된다.
이와 같이, 무선 데이터 링크를 통해 비행체 및 임무 장비 제어 명령을 전송하고 비행체 상태 및 임무 장비의 정보를 수집할 수 있다. 그러나, 이러한 무선 데이터 링크의 경우 이를 테면, 재밍(Jamming) 및 스푸핑(Spoofing)과 같이 외부에 쉽게 노출될 수 있다. 상기 스푸핑은 무선 통신을 사용할 경우 무인기(또는 무선 장치)에 대한 제어권을 강탈당 할 수 있다.
종래의 CDMA 방식이나 데이터 링크 보안을 이용하여 상기 스푸핑을 예방할 수 있으나, 이러한 데이터 및 데이터 통신 시스템 또한 외부에 노출 될 우려가 있다. 또한, 상기 재밍 및 스푸핑은 현재 GPS(Global Positioning System)의 큰 위협이 되고 있으며, 이에 대한 방지 대책이 각 나라 별로 연구가 진행되고 있는 추세이다.
일측에 따르면, 무인기와 통신하여 상기 무인기와 제1 데이터를 교환하는 지상 시스템이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 지상 시스템은 상기 제1 데이터를 제1 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제1 암호화 신호를 제공하는 지상 제어 시스템, 상기 지상 제어 시스템에 시리얼 연결되어 상기 제1 암호화 신호를 제공 받아 제2 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제2 암호화 신호를 제공하는 암호화 시스템 및 상기 암호화 시스템에 시리얼 연결되어 상기 제2 암호화 신호를 제공받고 변조하여 상기 무인기로 전송하는 모뎀을 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 암호화 방식은 미리 지정되는 적어도 하나의 키 스트림 세트 중 선택되는 제1 키 스트림을 이용하여 상기 제1 암호화 신호를 암호화 하여 상기 제2 암호화 신호를 생성할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 암호화 시스템은 상기 적어도 하나의 키 스트림을 저장하는 저장부, 상기 적어도 하나의 키 스트림 중 상기 제1 키 스트림을 선택할 수 있도록 하는 선택부 및 상기 제1 키 스트림을 이용하여 상기 제1 암호화 신호를 암호화 하여 상기 제2 암호화 신호를 생성하는 암호화부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 암호화 시스템의 상기 선택부는 딥 스위치(dip switch)에 의해 구현될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 데이터는 상기 무인기를 제어하기 위한 제어 신호를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 무인기로부터 변조된 제3 암호화 신호가 수신되는 경우, 상기 모뎀은 상기 변조된 제3 암호화 신호를 복조하여 제3 암호화 신호를 상기 암호화 시스템에 제공할 수 있다. 또한, 상기 암호화 시스템은 상기 제3 암호화 신호를 상기 제2 암호화 방법에 의해 복호화 하여 제4 암호화 신호를 제공하고, 상기 지상 제어 시스템은 상기 제4 암호화 신호를 복호화 하여 제2 데이터를 복원할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 데이터는 상기 무인기의 상태 정보를 포함할 수 있다.
다른 일측에 따르면, 무인기에 탑재되어 지상 시스템과 데이터를 교환하는 비행 탑재 시스템이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 무인기의 상태 정보를 제1 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제1 암호화 신호를 제공하는 비행 제어 컴퓨터, 상기 비행 제어 컴퓨터에 시리얼 연결되어 상기 제1 암호화 신호를 제공 받아 제2 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제2 암호화 신호를 제공하는 암호화 시스템 및 상기 암호화 시스템에 시리얼 연결되어 상기 제2 암호화 신호를 제공받고 변조하여 상기 지상 시스템으로 전송하는 모뎀을 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 암호화 방식은 미리 지정되는 적어도 하나의 키 스트림 세트 중 선택되는 제1 키 스트림을 이용하여 상기 제1 암호화 신호를 암호화 하여 상기 제2 암호화 신호를 생성할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 암호화 시스템은 상기 적어도 하나의 키 스트림을 저장하는 저장부, 상기 적어도 하나의 키 스트림 중 상기 제1 키 스트림을 선택할 수 있도록 하는 딥 스위치 및 상기 제1 키 스트림을 이용하여 상기 제1 암호화 신호를 암호화 하여 상기 제2 암호화 신호을 생성하는 암호화부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 지상 시스템으로부터 변조된 제3 암호화 신호가 수신되는 경우, 상기 모뎀은 상기 변조된 제3 암호화 신호를 복조하여 제3 암호화 신호를 상기 암호화 시스템에 제공할 수 있다. 또한, 상기 암호화 시스템은 상기 제3 암호화 신호를 상기 제2 암호화 방법에 의해 복호화 하여 제4 암호화 신호를 제공하고, 상기 비행 제어 컴퓨터는 상기 제4 암호화 신호를 복호화 하여 제2 데이터를 복원할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 지상 시스템이 무인기와 통신하여 상기 무인기와 제1 데이터를 교환하는 방법이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 방법은 지상 제어 시스템이 상기 제1 데이터를 제1 암호화 방법에 의해 암호화 하는 단계, 상기 지상 제어 시스템에 시리얼 연결되어 있는 암호화 시스템이 상기 제1 암호화 신호를 제공 받아 제2 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제2 암호화 신호를 제공하는 단계 및 상기 암호화 시스템에 시리얼 연결되어 있는 모뎀이 상기 제2 암호화 신호를 제공받고 변조하여 상기 무인기로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 암호화 시스템은 상기 적어도 하나의 키 스트림을 저장할 수 있으며, 상기 암호화 시스템에 의해 상기 제2 암호화 신호를 제공하는 단계는 상기 적어도 하나의 키 스트림 중 상기 제1 키 스트림을 선택하는 단계 및 상기 제1 키 스트림을 이용하여 상기 제1 암호화 신호를 암호화 하여 상기 제2 암호화 신호을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 무인기에 탑재되어 있는 비행 탑재 시스템이 지상 시스템과 데이터를 교환하는 방법이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 방법은 비행 제어 컴퓨터가 상기 무인기의 상태 정보를 제1 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제1 암호화 신호를 암호화 시스템에 제공하는 단계, 상기 비행 제어 컴퓨터에 시리얼 연결되어 있는 상기 암호화 시스템이 상기 제1 암호화 신호를 제공 받아 제2 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제2 암호화 신호를 제공하는 단계 및 상기 암호화 시스템에 시리얼 연결되어 있는 모뎀이 상기 제2 암호화 신호를 제공받고 변조하여 상기 지상 시스템으로 전송하는 단계을 포함할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 지상 시스템의 블록도이다.
도 2는 일실시예에 따른 암호화 시스템의 블록도이다.
도 3은 일실시예에 따른 종래의 지상 시스템과 무인기의 비행 탑재 시스템의 데이터 전송의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 무선 데이터 링크에 대한 스푸핑에 대한 개념도이다.
도 5는 일실시예에 따른 지상 시스템과 무인기의 비행 탑재 시스템의 데이터 전송의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 단순한 키 신호와의 변조를 통해 암호화된 신호를 생성하고, 동일한 키 신호를 이용하여 상기 암호화된 신호를 복조하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 지상 시스템이 무인기와 통신하여 데이터를 교환하는 방법의 흐름도이다.
도 8은 일실시예에 따른 무인기에 탑재되어 있는 비행 탑재 시스템이 지상 시스템과 데이터를 교환하는 방법의 흐름도이다.
이하에서, 일부 실시예들을, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.
또한 특정한 경우는 이해를 돕거나 및/또는 설명의 편의를 위해 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
종래의 무인 항공기나 또는 무인 장치들의 제어는 주로 무선 통신을 통해 이루어진다. 이러한 무선 통신을 사용하는 경우 재밍(Jamming) 및 스푸핑(Spoofing)에 취약할 수 있으며 특히, 무선 신호에 대한 스푸핑으로 인해 무인 장치에 대한 제어권을 강탈 당할 수 있는 단점이 존재한다. 상기 재밍 및 스푸핑은 GPS에 큰 위협으로 인지되고 있으며, 이를 극복하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다.
본 발명에서는 위와 같은 무인기 무선 데이터 링크에 대한 스푸핑을 방기하기 위한 무인기 무선 데이터 링크의 암호화가 달성될 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 지상 시스템(100)의 블록도이다. 상기 지상 시스템은 무인기와 통신하여 상기 무인기와 제1 데이터를 교환할 수 있다. 여기서 상기 제1 데이터는 상기 지상 시스템이 상기 무인기를 제어하기 위한 제어 정보를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 지상 시스템은 상기 제1 데이터를 제1 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제1 암호화 신호를 제공하는 지상 제어 시스템(Ground Control System(GCS)), 상기 지상 제어 시스템에 시리얼 연결되는 암호화 시스템 및 상기 암호화 시스템에 시리얼 연결되는 모뎀(Modem)을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 암호화 시스템은 상기 제1 암호화 신호를 제공 받아 제2 암호화 방법에 의해 암호화 함으로써 제2 암호화 신호를 제공할 수 있다. 상기 암호화 시스템은 아래에서 더 상세히 기술된다.
일실시예에 따른, 상기 모뎀은 상기 암호화 시스템과 시리얼 연결되어 있으며, 상기 제2 암호화 신호를 제공 받은 후에 이를 변조하여 상기 무인기로 전송할 수 있다.
도 1에서는 상기 지상 시스템에 연관되는 블록도만 도시하였지만, 반대로 무인기에 탑재되어 상기 지상 시스템과 데이터를 교환하는 비행 탑재 시스템(Flight Mount System) 또한 제공된다. 여기서, 상기 데이터는 무인기의 상태에 연관되는 정보를 포함할 수 있다.
상기 비행 탑재 시스템은 상기 무인기의 상태 정보를 제1 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제1 암호화 신호를 제공하는 비행 제어 컴퓨터(Flight Control Computer), 상기 비행 제어 컴퓨터에 시리얼 연결되어 있는 암호화 시스템 및 상기 암호화 시스템과 시리얼 연결되어 있는 모뎀을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 암호화 시스템은 위에서 언급한 바와 같이 상기 비행 제어 컴퓨터에 시리얼 연결되어 있으며, 상기 제1 암호화 신호를 제공 받아 제2 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제2 암호화 신호를 제공할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 모뎀 또한 상기 암호화 시스템에 시리얼 연결되어 상기 제2 암호화 신호를 제공 받아 변조함으로써 상기 지상 시스템으로 전송할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 암호화 시스템(120)의 블록도이다. 상기 암호화 시스템은 앞에서 언급한 상기 지상 시스템 및 상기 비행 탑재 시스템 내에 존재할 수 있다.
상기 지상 시스템의 경우, 일실시예에 따른 암호화 시스템은 상기 지상 시스템에 포함되는 지상 제어 시스템 및 모뎀과 시리얼로 연결되어 있으며, 제어 정보를 포함하여 암호화된 상기 제1 암호화 신호를 상기 제2 암호화 방법을 이용하여 상기 제2 암호화 신호를 제공할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 비행 탑재 시스템의 경우, 상기 암호화 시스템은 상기 비행 탑재 시스템에 포함되는 비행 탑재 컴퓨터 및 모뎀과 시리얼로 연결 가능하다. 또한, 상기 암호화 시스템은 상기 무인기의 상태 정보를 포함하고 있으며 상기 제1 방법으로 암호화된 데이터를 상기 제2 암호화 방법을 이용하여 암호화 할 수 있다. 상기 제2 암호화 신호는 상기 모뎀에게 전달되고, 상기 모뎀은 상기 신호를 상기 지상 시스템으로 전달 할 수 있다.
상기 제2 암호화 방법은 미리 지정되는 적어도 하나의 키 스트림 세트 중 선택되는 제1 키 스트림을 이용할 수 있다. 상기 제1 키 스트림을 이용하여 상기 제1 암호화 신호를 다시 암호화 함으로써 상기 제2 암호화 신호를 생성할 수 있다.
이와 같은, 일실시예에 따른 암호화 시스템(120)은 암호화를 위한 적어도 하나의 키 스트림을 저장하는 저장부(210), 상기 적어도 하나의 키 스트림 중 상기 제1 키 스트림을 선택하는 선택부(220) 및 상기 제1 키 스트림을 이용하여 상기 제1 암호화 신호를 암호화함으로써 사익 제2 암호화 신호를 생성하는 암호화부(230)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 암호화 시스템의 선택부(220)는 딥 스위치(dip switch)로 구성될 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 종래의 지상 시스템과 무인기의 비행 탑재 시스템의 데이터 전송의 실시예를 나타내는 도면이다. 일반적인 무인기의 무선 데이터 링크는 지상 시스템(310)에서 안테나(301)를 통해 비행 탑재 시스템으로 명령 또는 제어 정보를 무선으로 전송하는 업 링크(up link) 및 비행 탑재 시스템(340)에서 안테나(302)를 통해 상기 지상 시스템으로 비행체(또는 무인기) 및 탑재 장치의 상태 정보를 무선으로 전송하는 다운 링크(down link)를 포함할 수 있다. 이러한 상기 업 링크 및 다운 링크는 통신 장치를 통해 무선 송수신이 가능하다.
상기 지상 시스템은 상기 비행 탑재 시스템에 전송되어야 하는 상기 제어 정보를 생성하고 암호화를 수행하는 지상 제어 시스템(320)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 지상 시스템은 상기 암호화된 제어 정보를 변조하여 상기 비행 탑재 시스템으로 전송하는 지상 통신 디바이스(330)를 포함할 수 있다.
반대로, 상기 비행 탑재 시스템(340)은 상기 지상 시스템에 전송되어야 하는 상기 무인기 또는 비행체에 연관되는 상태 정보를 생성하고 암호화를 수행하는 비행 제어 컴퓨터(360) 및 상기 암호화된 상태 정보를 변조하여 상기 지상 시스템으로 전송하는 탑재 통신 디바이스(350)를 포함할 수 있다.
상기 지상 통신 디바이스 및 상기 탑재 통신 디바이스는 각각 암호화된 신호를 변조하여 전송할 수 있으며, 이와 반대로 암호화되고 변조된 신호를 수신하여 원하고자 하는 신호로 복조할 수 있다.
경우에 따라 상기 업 링크와 상기 다운 링크의 무선 주파수를 달리 할 수도 있다. 그러나, 일반적으로 소형 무인기와 같은 경우 상기 업 링크 및 상기 다운 링크의 주파수를 동일하게 사용하는 TDD(Time-division duplexing)방식을 사용한다.
위에서 기술된 바와 같은 종래의 무선 데이터 통신 링크에서는 무선 신호에 대한 스푸핑에 취약할 수 있다. 이를 테면, 상기 무인기 또는 비행체가 근거리에서 운용할 경우에는 원래 제어권을 소지하는 사용자의 무선 신호가 강하기 때문에 문제가 되지 않지만, 상기 제어권을 소지하는 사용자와의 이격 거리가 멀어지는 경우에는 무선 신호가 약해질 수 밖에 없다. 이러한 영역에서 외부로부터 강한 무선 신호가 전송된다면, 상기 제어권을 소지하는 사용자의 신호를 강탈당 할 수 있다.
물론, 기존의 CDMA 방식이나 데이터 링크의 보안을 통해 상기 스푸핑과 같은 현상을 예방할 수 있지만, 이러한 데이터 링크나 통신 시스템의 경우에는 외부에 노출될 우려가 발생할 수 있다. 위에서 기술된 스푸핑에 대한 현상은 아래에서 더 상세히 기술된다.
도 4는 일실시예에 따른 무선 데이터 링크에 대한 스푸핑에 대한 개념도이다. 최근 들어, GPS의 활용이 지속적으로 증가하고 있으며 이를 항법시스템으로도 활용되고 있다. 이러한 GPS의 무선 신호는 약하기 때문에 1 와트(Watt)의 재밍 신호만으로도 수십 km 반경에서 GPS 수신 장애가 발생할 수 있다.
그러나, 상기 재밍 신호와는 달리 스푸핑은 전파 교란이 아닌 실제 무선 데이터 링크에서 사용되는 신호를 기존의 신호보다 높은 출력으로 발생시킴으로써 장비로 하여금 잘못된 정보를 획득하도록 한다. 이를 테면, GPS의 경우에는 위성 신호를 스푸핑하여 GPS 수신기를 탐재한 비행체나 무인 장치를 사용자가 원하지 않는 위치로 이동시킬 수 있다.
이와 같은, 재밍과 스푸핑은 GPS 뿐만 아니라 무인기의 제어와 통제에 직접 활용되는 무선 데이터 링크에서도 발생할 수 있다. 상기 지상 시스템에서 사용하는 무선 데이터 링크와 동일한 주파수로 보다 강한 재밍 신호를 전송할 경우, 상기 무인기는 통신 두절 상태가 될 수 있으며, 데이터 링크의 ICD(Interface Control Document)와 통신 장비에 대한 정보가 유출될 경우 스푸핑 공격을 통해 상기 무인기에 대한 제어권을 일게 될 수도 있다.
무인기의 경우 상기 재밍 보다는 상기 스푸핑이 더 치명적일 수 있다. 상기 무인기에는 통신 두절을 대비하여 지정된 위치로 복귀하는 리턴 홈(Return home) 기능이 있다. 이것은 일정 시간 동안 상기 지상 시스템으로부터 명령을 획득하지 못할 경우, 상기 비행 제어 컴퓨터는 통신 두절 상태로 인식하고, 상기 무인기 또는 비행체의 비행 모드를 상기 리턴 홈으로 자동으로 전환할 수 있다. 상기 리턴 홈으로 자동 전환되면, 상기 무인기는 임무를 완수하지 못하더라도 안전하게 회수될 수 있다.
반면, 상기 스푸핑의 공격은 상기 무인기 또는 비행체에 대한 제어권을 탈취당하기 때문에 상기 무인기를 회수할 수 있다.
일실시예에 따라, 지상 시스템의 무선 출력의 커버리지(410)와 스푸핑 신호 발생기의 무선 출력의 커버리지(430)가 존재할 수 있다. 도 4에서 도시된 바와 같이, 상기 무인기 운용 반경의 외곽에서는 상기 지상 시스템의 무선 출력이 상기 스푸핑 신호 발생기의 무선 출력보다 약해질 수 있다. 이와 같은 영역을 스푸핑 발생 가능 영역(420)이라고 할 수 있으며, 상기 스푸핑 발생 가능 영역은 상기 스푸핑 신호 발생기의 출력과 비례하여 증가한다.
현재 상기 무인기의 무선 데이터 링크의 경우에는 이를 테면, 무선 데이터 링크 ICD 및 대역 확산 기법을 통해 재밍이나 스푸핑을 대비하고 있다. 상기 무선 데이터 링크 ICD 기법은 상기 무선 데이터 링크에 대한 정해진 ICD를 인지하지 못하면 상기 비행 제어 컴퓨터를 제어할 수 없게 된다. 상기 대역 확산 기법은 통신 장비에서 사용하는 대역 확산 기법에 대한 정보가 없을 경우 상기 지상 제어 시스템에서 전송하는 신호와 같은 신호를 모사할 수 없는 기법이다.
그러나, 이러한 무선 데이터 링크 ICD 및 대역 확산 기법이 적용된 통신 장치의 경우 외부에 유출될 경우 통신 장치를 쉽게 수정할 수 없는 문제점이 존재한다.
특히, 통신 장치의 경우 여러 무인기가 동일한 시스템으로 구성되기 때문에 하나의 무인기가 적에게 탈취되는 경우 대역 확산 기법에 대한 정보도 공개될 위험이 존재한다. 또한, 소형 무인기의 경우, 시스템이 대형 무인기에 비해 단순하며 상용 통신 장비를 사용하고 있다는 점에서 상기 스푸핑의 위협에 더욱 쉽게 노출된다.
이와 같은 현상들을 대비하기 위해, 상기 지상 시스템 및 상기 비행 탑재 시스템은 본 발명에 일실시예에 따른 상기 암호화 시스템이 적용 가능하다.
일실시예에 따른, 상기 암호화 시스템은 기존의 비행 탑재 시스템, 지상 시스템, 상기 비행 탑재 시스템 및 상기 지상 시스템 내의 통신 장치의 하드웨어 변경 없이 설치가 가능할 수 있다. 또한, 앞에서 언급한 ICD와도 독립적일 수 있으며, 상기 비행 탑재 컴퓨터나 통신 장치와 소프트웨어 적으로 독립적일 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 암호화 시스템은 종래의 시스템 변경을 최소화하는 방식으로 암호화를 수행할 수 있다. 이것은 기존의 장비에 대한 하드웨어적으로 또는 소프트웨어적으로 수정이 많은 경우 많은 예산과 설계 변경에 대한 시간적인 코스트를 감소할 수 있다.
게다가, 여러 기관에서 개발을 위해 공유해야만 하는 데이터 링크 ICD와는 달리 상기 암호화 시스템은 이를 테면, 암호 전담 조직이나 또는 별개의 부서에서 독립적으로 관리할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 지상 시스템(500)과 무인기의 비행 탑재 시스템(540)의 데이터 전송의 실시예를 나타내는 도면이다. 지상 시스템(500)은 도 1에서 설명된 바와 같이, 상기 무인기와 통신하여 상기 무인기를 제어하기 위한 제어 정보를 포함하는 제1 데이터를 교환할 수 있다.
또한, 일실시예에 따른 상기 지상 시스템은 상기 제1 데이터를 제1 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제1 암호화 신호를 제공하는 지상 제어 시스템(510), 상기 지상 제어 시스템에 시리얼로 연결되어 상기 제1 암호화 신호를 제공 받아 제2 암호화 방법에 의해 암호화를 수행하는 암호화 시스템(520) 및 상기 암호화 시스템에 시리얼 연결되어 상기 제2 암호화 방법에 의해 암호화된 제2 암호화 신호를 변조하여 상기 무인기로 전송하는 모뎀을 포함할 수 있다.
일실시예에 다른 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 암호화 시스템은 상기 지상 시스템으로부터 제어 명령을 받아 암호화 함으로써 상기 모뎀(530)에 전달되고, 안테나(501)를 이용하여 상기 무인기로 전달되어야 하는 데이터를 무선으로 전송할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 비행 탑재 시스템은 상기 무인기에 탑재되어 상기 지상 시스템과 상기 무인기의 상태 정보를 포함하는 데이터를 교환할 수 있다. 또한, 상기 비행 탑재 시스템은 상기 무인기의 상태 정보를 제1 암호화 방법으로 암호화 하여 제1 암호화 신호를 생성하는 비행 제어 컴퓨터(570), 상기 비행 제어 컴퓨터에 시리얼 연결되어 상기 제1 암호화 신호를 제공 받아 제2 암호화 방법으로 암호화 하여 제2 암호화 신호를 생성하는 암호화 시스템(560) 및 상기 암호화 시스템에 시리얼 연결되어 상기 제2 암호화 신호를 변조하여 상기 지상 시스템으로 전송하는 모뎀을 포함할 수 있다.
반대로, 상기 비행 탑재 시스템의 모뎀(550)은 상기 지상 시스템에서 전송되는 암호화된 신호를 상기 비행 탑재 시스템의 암호화 시스템(560)으로 전달할 수 있고, 상기 암호화 시스템은 이 신호를 복호하여 상기 지상 시스템에서 전송되는 제어 신호를 상기 비행 제어 컴퓨터로 전송할 수 있다. 일실시예에 따른 상기 암호화 시스템에 적용되는 암호화 알고리즘은 상기 무인기의 사용시간 및 운용 반경에 따라 사용자에 의해 변경이 가능하다.
일실시예에 따른 상기 시리얼 연결로 제공되는 암호화 시스템을 상기 지상 시스템 및 상기 비행 탑재 시스템에 적용시킴으로써 기존의 시스템 변경을 최소화할 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 단순한 키 신호와의 변조를 통해 암호화된 신호를 생성하고, 동일한 키 신호를 이용하여 상기 암호화된 신호를 복조하는 실시예를 나타내는 도면이다. 일실시예에 따른 적어도 하나 이상의 키 스트림은 상기 암호화 시스템의 저장부(640, 680)에 저장되어 있다.
일실시예에 따른 도 6의 (a)는 이를 테면, 상기 지상 시스템의 암호화 시스템에서 원본 데이터(610)가 저장부(640)에 저장되어 있는 적어도 하나의 키 스트림 중 선택되는 상기 제1 키 스트림을 이용하여 암호화부(620)에 의해 상기 원본 데이터(이를 테면, 상기 제1 암호화 신호)를 암호화 하여 암호화 데이터(이를 테면, 제2 암호화 신호)(630)를 생성하는 실시예를 도시한다.
이와 반대로, 일실시예에 따른 도 6의 (b)는 이를 테면, 상기 비행 탑재 시스템의 암호화 시스템에서 암호화 데이터(650)가 저장부(680)에 저장되어 있는 적어도 하나의 키 스트림 중 선택되는 상기 제1 키 스트림을 이용하여 암호화부(660)에 의해 상기 암호화 데이터(이를 테면, 상기 제2 암호화 신호)를 복호화 하여 원본 데이터(670)를 복원하는 실시예를 도시한다.
도 7은 일실시예에 따른 지상 시스템이 무인기와 통신하여 데이터를 교환하는 방법(700)의 흐름도이다.
일실시예에 따른 상기 방법(700)은 상기 지상 시스템 내의 상기 지상 제어 시스템이 상기 무인기를 제어하기 위한 제어 정보를 포함하는 제1 데이터를 제1 암호화 방법으로 암호화하는 단계(710)를 포함한다.
일실시예에 따른 상기 암호화 시스템의 상기 선택부는 상기 저장부에 저장되어 있는 적어도 하나 이상의 키 스트림 중 제1 키 스트림을 선택한다(720). 그런 후, 일실시예에 따른 상기 제어 시스템에 시리얼 연결되어 있는 상기 암호화 시스템의 상기 암호화부가 상기 제1 키 스트림을 이용하는 제2 암호화 방법으로 상기 제1 암호화 신호를 암호화 하여 제2 암호화 신호를 생성할 수 있다(730).
일실시예에 따른 상기 제2 암호화 신호는 상기 지상 시스템의 상기 모뎀에 의해 변조되고 상기 무인기로 전송될 수 있다(740).
이와 반대로, 상기 무인기로부터 변조된 데이터 신호(상기 데이터 신호는 상기 무인기의 상태 정보를 포함하고 있음)가 수신되는 경우, 상기 지상 시스템의 상기 모뎀은 상기 변조된 신호 이를 테면, 제3 암호화 신호를 복조하여 상기 제3 암호화 신호를 상기 암호화 시스템에 제공할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 암호화 시스템은 상기 제3 암호화 신호를 상기 제2 암호화 방법에 의해 복호화 하여 제4 암호화 신호를 생성할 수 있다. 또한, 상기 지상 제어 시스템은 상기 제4 암호화 신호를 복호화 하여 상기 무인기의 상태 정보를 포함하고 있는 제2 데이터를 복원할 수 있다.
도 8은 일실시예에 따른 무인기에 탑재되어 있는 비행 탑재 시스템이 지상 시스템과 데이터를 교환하는 방법(800)의 흐름도이다.
일실시예에 따른 상기 방법(800)은 상기 무인기에 탑재되어 있는 상기 비행 탑재 시스템의 상기 비행 제어 컴퓨터에 의해 상태 정보를 포함하는 데이터를 제1 암호화 방법으로 암호화 한다(810).
일실시예에 따른 상기 암호화 시스템의 상기 선택부는 상기 저장부에 저장되는 적어도 하나의 키 스트림 중 상기 제1 키 스트림을 선택할 수 있다(810). 상기 암호화 시스템의 상기 암호화부는 상기 암호화 시스템의 상기 선택부에 의해 선택된 상기 제1 키 스트림을 이용하여 상기 제1 암호화 방법으로 암호화된 신호를 다시 암호화 하여 제2 암호화 신호를 생성할 수 있다(830).
그런 후에, 상기 비행 탑재 시스템의 상기 모뎀은 상기 제2 암호화 신호를 변조하여 상기 지상 시스템으로 전송할 수 있다(840).
이와 반대로, 상기 지상 시스템으로부터 변조된 제3 암호화 신호(상기 제3 암호화된 신호는 상기 무인기를 제어하기 위한 제어 정보를 포함하고 있음)가 수신되는 경우, 상기 비행 탑재 시스템의 상기 모뎀은 상기 변조된 제3 암호화 신호를 복조하여 제3 암호화 신호를 상기 암호화 시스템에 제공할 수 있다. 또한, 상기 암호화 시스템은 상기 제3 암호화 신호를 상기 제2 암호화 방법에 의해 복호화 하여 제4 암호화 신호를 제공할 수 있으며, 상기 비행 제어 컴퓨터는 상기 제4 암호화 신호를 복호화 하여 상기 지상 시스템으로부터의 제어 정보를 포함하고 있는 제2 데이터를 복원할 수 있다.
이와 같은 방법에서 상기 암호화 시스템이 시리얼로 연결되어 있기 때문에 입력 및 출력이 기존의 시스템에 영향을 주지 않으며, 간단한 동작을 통해 암호방안을 수정할 수 있다.
또한 사용자는 기존의 무인기를 운용하기 전에 상기 암호화 장치를 간단히 조작함으로써 상기 지상 시스템과 상기 비행 탑재 시스템에 적용하여 쉽게 사용할 수 있으며, 이를 통해 외부로부터의 스푸핑을 방지할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 무인기와 통신하여 상기 무인기와 제1 데이터를 교환하는 지상 시스템에 있어서,
    상기 제1 데이터를 제1 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제1 암호화 신호를 제공하는 지상 제어 시스템(GCS);
    상기 지상 제어 시스템에 시리얼 연결되어 상기 제1 암호화 신호를 제공 받아 제2 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제2 암호화 신호를 제공하는 암호화 시스템; 및
    상기 암호화 시스템에 시리얼 연결되어 상기 제2 암호화 신호를 제공받고 변조하여 상기 무인기로 전송하는 모뎀을 포함하고,
    상기 제2 암호화 방법은 미리 지정되는 적어도 하나의 키 스트림 세트 중 선택되는 제1 키 스트림을 이용하여, 상기 제1 암호화 신호를 암호화하고, 상기 제2 암호화 신호를 생성하는 지상 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 암호화 시스템은 상기 적어도 하나의 키 스트림을 저장하는 저장부;
    상기 적어도 하나의 키 스트림 중 상기 제1 키 스트림을 선택할 수 있도록 하는 선택부; 및
    상기 제1 키 스트림을 이용하여 상기 제1 암호화 신호를 암호화 하여 상기 제2 암호화 신호을 생성하는 암호화부
    를 포함하는 지상 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 선택부는 딥 스위치에 의해 구현되는 지상 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 데이터는 상기 무인기를 제어하기 위한 제어 신호를 포함하는 지상 시스템.
  6. 무인기와 통신하여 상기 무인기와 제1 데이터를 교환하는 지상 시스템에 있어서,
    상기 제1 데이터를 제1 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제1 암호화 신호를 제공하는 지상 제어 시스템(GCS);
    상기 지상 제어 시스템에 시리얼 연결되어 상기 제1 암호화 신호를 제공 받아 제2 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제2 암호화 신호를 제공하는 암호화 시스템; 및
    상기 암호화 시스템에 시리얼 연결되어 상기 제2 암호화 신호를 제공받고 변조하여 상기 무인기로 전송하는 모뎀을 포함하고,
    상기 무인기로부터 변조된 제3 암호화 신호가 수신되는 경우, 상기 모뎀은 상기 변조된 제3 암호화 신호를 복조하여 제3 암호화 신호를 상기 암호화 시스템에 제공하고, 상기 암호화 시스템은 미리 지정되는 적어도 하나의 키 스트림 세트 중 선택되는 제1 키 스트림을 이용하여, 상기 제3 암호화 신호를 복호화하여 제4 암호화 신호를 제공하고, 상기 지상 제어 시스템은 상기 제4 암호화 신호를 복호화 하여 제2 데이터를 복원하는 지상 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 데이터는 상기 무인기의 상태 정보를 포함하는 지상 시스템.
  8. 무인기에 탑재되어 지상 시스템과 데이터를 교환하는 비행 탑재 시스템에 있어서,
    상기 무인기의 상태 정보를 제1 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제1 암호화 신호를 제공하는 비행 제어 컴퓨터;
    상기 비행 제어 컴퓨터에 시리얼 연결되어 상기 제1 암호화 신호를 제공 받아 제2 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제2 암호화 신호를 제공하는 암호화 시스템; 및
    상기 암호화 시스템에 시리얼 연결되어 상기 제2 암호화 신호를 제공받고 변조하여 상기 지상 시스템으로 전송하는 모뎀을 포함하고,
    상기 제2 암호화 방법은 미리 지정되는 적어도 하나의 키 스트림 세트 중 선택되는 제1 키 스트림을 이용하여, 상기 제1 암호화 신호를 암호화하고, 상기 제2 암호화 신호를 생성하는 비행 탑재 시스템.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 암호화 시스템은 상기 적어도 하나의 키 스트림을 저장하는 저장부;
    상기 적어도 하나의 키 스트림 중 상기 제1 키 스트림을 선택할 수 있도록 하는 딥 스위치; 및
    상기 제1 키 스트림을 이용하여 상기 제1 암호화 신호를 암호화 하여 상기 제2 암호화 신호을 생성하는 암호화부
    를 포함하는 비행 탑재 시스템.
  11. 무인기에 탑재되어 지상 시스템과 데이터를 교환하는 비행 탑재 시스템에 있어서,
    상기 무인기의 상태 정보를 제1 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제1 암호화 신호를 제공하는 비행 제어 컴퓨터;
    상기 비행 제어 컴퓨터에 시리얼 연결되어 상기 제1 암호화 신호를 제공 받아 제2 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제2 암호화 신호를 제공하는 암호화 시스템; 및
    상기 암호화 시스템에 시리얼 연결되어 상기 제2 암호화 신호를 제공받고 변조하여 상기 지상 시스템으로 전송하는 모뎀을 포함하고,
    상기 지상 시스템으로부터 변조된 제3 암호화 신호가 수신되는 경우, 상기 모뎀은 상기 변조된 제3 암호화 신호를 복조하여 제3 암호화 신호를 상기 암호화 시스템에 제공하고, 상기 암호화 시스템은 미리 지정되는 적어도 하나의 키 스트림 세트 중 선택되는 제1 키 스트림을 이용하여 상기 제3 암호화 신호를 복호화하여 제4 암호화 신호를 제공하고, 상기 비행 제어 컴퓨터는 상기 제4 암호화 신호를 복호화 하여 제2 데이터를 복원하는 비행 탑재 시스템.
  12. 지상 시스템이 무인기와 통신하여 상기 무인기와 제1 데이터를 교환하는 방법에 있어서,
    지상 제어 시스템이 상기 제1 데이터를 제1 암호화 방법에 의해 암호화 하는 단계;
    상기 지상 제어 시스템에 시리얼 연결되어 있는 암호화 시스템이 상기 제1 암호화 신호를 제공 받아 제2 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제2 암호화 신호를 제공하는 단계; 및
    상기 암호화 시스템에 시리얼 연결되어 있는 모뎀이 상기 제2 암호화 신호를 제공받고 변조하여 상기 무인기로 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 암호화 방법은 미리 지정되는 적어도 하나의 키 스트림 세트 중 선택되는 제1 키 스트림을 이용하여 상기 제1 암호화 신호를 암호화하고, 상기 제2 암호화 신호를 생성하는 데이터 교환 방법.
  13. 지상 시스템이 무인기와 통신하여 상기 무인기와 제1 데이터를 교환하는 방법에 있어서,
    지상 제어 시스템이 상기 제1 데이터를 제1 암호화 방법에 의해 암호화 하는 단계;
    상기 지상 제어 시스템에 시리얼 연결되어 있는 암호화 시스템이 상기 제1 암호화 신호를 제공 받아 제2 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제2 암호화 신호를 제공하는 단계; 및
    상기 암호화 시스템에 시리얼 연결되어 있는 모뎀이 상기 제2 암호화 신호를 제공받고 변조하여 상기 무인기로 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 암호화 시스템은 적어도 하나의 키 스트림을 저장하고,
    상기 암호화 시스템에 의해 상기 제2 암호화 신호를 제공하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 키 스트림 중 제1 키 스트림을 선택하는 단계; 및
    상기 제1 키 스트림을 이용하여 상기 제1 암호화 신호를 암호화 하여 상기 제2 암호화 신호을 생성하는 단계
    를 포함하는 데이터 교환 방법.
  14. 무인기에 탑재되어 있는 비행 탑재 시스템이 지상 시스템과 데이터를 교환하는 방법에 있어서,
    비행 제어 컴퓨터가 상기 무인기의 상태 정보를 제1 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제1 암호화 신호를 암호화 시스템에 제공하는 단계;
    상기 비행 제어 컴퓨터에 시리얼 연결되어 있는 상기 암호화 시스템이 상기 제1 암호화 신호를 제공 받아 제2 암호화 방법에 의해 암호화 하여 제2 암호화 신호를 제공하는 단계; 및
    상기 암호화 시스템에 시리얼 연결되어 있는 모뎀이 상기 제2 암호화 신호를 제공받고 변조하여 상기 지상 시스템으로 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 암호화 방법은 미리 지정되는 적어도 하나의 키 스트림 세트 중 선택되는 제1 키 스트림을 이용하여 상기 제1 암호화 신호를 암호화하고, 상기 제2 암호화 신호를 생성하는 데이터 교환 방법.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항의 데이터 교환 방법을 수행하는 프로그램을 수록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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