KR101993885B1 - 양자 보안칩 탑재 누수-원격검침 lpwan 서비스 제공 양자보안 통신시스템 - Google Patents

양자 보안칩 탑재 누수-원격검침 lpwan 서비스 제공 양자보안 통신시스템 Download PDF

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Abstract

LPWAN 단말기는 측정부, 단말 PUF, LPWAN 통신모듈, 단말제어부로 구성되어, 측정부는 누수검지센서, 수도 미터기, 전기 미터기, 열 미터기, 가스 미터기 중 어느 하나 이상으로 구성되어, 측정 데이터를 LPWAN 통신모듈로 전송한다.
단말제어부는 단말 PUF를 통해 하드웨어 PIN 데이터를 추출하여 LPWAN 단말기에 ID Address(IDentity Address)를 부여하여 LPWAN 통신모듈로 전송 하고, 상기 단말제어부는 측정부로부터 측정된 측정데이터를 LPWAN 통신모듈로 전송한다.
LPWAN 통신모듈은 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 LPWAN 중계기로 전송하고, LPWAN 중계기는 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 수신하여, 로컬 서버로 전송한다.
로컬서버는 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob 주제어부(MCU)로 전송하고, Bob 주제어부(MCU) LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Alice 비대칭키로 암호화하여 Bob VPN을 통해 Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice VPN으로 전송한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice 주제어부(MCU)는 Alice VPN를 통해 수신한 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Alice 대칭키로 복호화하여 통합제어서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 양자 보안칩 탑재 누수-원격검침 LPWAN 서비스 제공 양자보안 통신시스템이다.

Description

양자 보안칩 탑재 누수-원격검침 LPWAN 서비스 제공 양자보안 통신시스템{The PUF-QRANG quantum system with security chips}
양자통신(QUANTUM Communication)을 기반으로 하는 양자보안 시스템으로, 광케이블 전용선으로 통신하는 양자통신과 ISP(Internet Service Provider) 사업자(고정 IP, 유동 IP) 하이브리드 임대망을 운용하는 양자보안 시스템 관련이다.
LPWAN(Low Power Wide Area Network) 기반 LTE-M, NB-IoT, LoRA, Sigfox 네트워크망에 접속한 IoT(Internet of Things) 단말기에 서비스를 제공하기 위한 보안관련 기술이다.
초소형의 PUF(Phisycally Unclonable Function) Chip 및 TRNG(True Random Number Generator) Chip을 이용한 순수난수생성기(True Random Number Generator, TRNG) 보안키 생성 및 분배 관련으로 반도체 제조공정상 발생하는 공정편차를 통해 PUF Chip으로부터 하드웨어 PIN(Personal Identification Number) 연결상태 데이터를 추출하여 대칭키(복호키)를 생성하고, QRNG(Quantum Random Number Generator) 등을 이용한 순수난수생성기(True Random Number Generator, TRNG)를 통해 발생하는 무작위 난수로 대칭키를 암호화하여 비대칭키(암호키)를 생성/또는 역 방법을 적용한다.
LPWAN Modem을 탑재한 단말기와 네트워크망을 연결하는 LPWAN 중계기를 연결하여 LPWAN 단말기를 운영하는 양자통신을 기반으로 하는 보안 시스템 관련이다.
안전한 통신을 위해 양자 역학적 특성을 이용한 양자 암호(quantum cryptography) 및 양자 암호 키 분배(QKD: Quantum Key Distribution) 기술로 물리적 입자의 전달이 아닌 큐비트(qubit)를 전송(quantum teleportation)하는 기술로 양자 상태(quantum states)에 정보를 기록해 전송하여 공격자가 도청을 위해 양자 상태를 측정하는 순간 양자 상태 자체가 변화되어 도청이 불가능한 기술관련이다.
따라서 수신자는 데이터에 대한 도청 시도를 파악하고 수신된 정보를 폐기할 수 있고, 이에 따라 양자 상태에 기록된 정보는 근본적으로 도청이 불가능하다.
하드웨어 보안을 위해 식별키를 생성하는 장치 및 방법에 있어서, 반도체 제조중 공정 편차를 이용하여 PUF(Physically Unclonable Function)를 구현하여 식별키를 생성하는 장치 및 방법을 적용하여 물리적 개체인증을 수행하는 기술을 적용하여 보안성을 강화한다.
일반적으로 IP카메라도 소프트웨어적 보안이 가능하지만 소프트웨어적 방법은 하드웨어가 이미 형성된 이후에 부가하는 것이므로 변조될 가능성이 상존하였다.
그래서, 데이터 보안의 근본적인 해결을 위해서는 데이터를 처리할 하드웨어의 설계 시작시부터 데이터 보안을 고려한 설계가 되어야 한다.
본 발명은 하드웨어로 구현된 물리적 보안으로 메모리 부담이 없고 처리속도가 빠르다.
IC(Integrated Circuit) 칩의 생산 공정에서 발생하는 하드웨어 핀(PIN) 편차를 이용한 상기 PUF를 통해 PIN(Personal Identification Number)값을 생성한 후 공인인증 플랫폼에서 보관 후 단말기에 설치된 PUF의 PIN 값을 포함하는 인증요청 키가 공인인증 플랫폼에서 수신하여 PIN 값이 일치할 경우 인증절차를 수행한다.
상기 PUF가 물리적인 단말기를 하드웨어적으로 인증한다면, 상기 PUF의 PIN 값을 1회성 양자난수 OTP(One Time Password)를 생성한 인증요청 키(암호키/복호키)를 생성하는 것은 양자난수생성기를 통해서 생성하는 것을 특징으로 한다.
순수난수생성기는 난수소스발생기, 의사난수생성기를 포함하여 구성되어, 난수소스발생기는 예측 불가한 자연현상을 이용하여 발생한 무작위 난수소스로 암호키를 생성한다.
상기 예측불가 자연현상으로는 자연광, LED(Light Emitting Diode), LD(Laser Diode), 방사선, 열잡음, 노이즈 등을 이용해 양자난수(Quantum Random Number, QRN)를 발생한다.
상기 암호키를 한 쌍의 암호키로 상호 암호통신을 위한 대칭암호키를 생성한다.
상기와 같은 양자난수와 달리 의사난수생성기(pseudorandom number generator, PRNG)를 통해 OTP(One Time Password) 비대칭암호키를 암호화 생성한다.
본 발명의 순수난수생성기(True Random Number Generator, TRNG)는 양자난수(Quantum Random Number, QRN) 대칭암호키와 의사난수(pseudorandom number, PRN) 비대칭암호키를 생성하는 것으로, 한 쌍의 대칭암호키를 통해 양방향 통신 및 인증이 가능하다.
상기 양자난수 대칭암호키에 의사난수생성기를 통해 다시 암호화한 비대칭암호키를 생성하는 것으로, 대칭암호키를 통해 비대칭암호키를 복호화할 수 있는 것을 특징으로 한다.
생활 속 사물들을 유무선 네트워크로 연결해 정보를 공유하는 시스템인 사물인터넷(Internet of Thing)이 보편화 되고 있다.
사물인터넷이란, 인간과 사물, 서비스 세 가지 분산된 환경 요소에 대해 인간의 명시적 개입 없이 상호 협력적으로 센싱, 네트워킹, 정보 처리 등 지능적 관계를 형성하는 사물 공간 연결망이다.
사물인터넷의 보편화에 따라 보안위협도 높아지고 있으며, 사물인터넷 보안을 위해서는 사물인터넷 기기에서부터 시스템까지 전 구간에 대한 단절 없는 보안이 필요하다.
특히 다양한 기능과 프로토콜을 가진 기기들과 통신해야 하기 때문에 개방형 표준기술을 사용해야 하므로 보안 위협에 훨씬 노출되고 있다.
한편, 소프트웨어 기반의 난수 생성 기술은 리소스를 많이 사용할 뿐 아니라 고도화된 해킹 기술을 이용하면 난수 발생 패턴을 파악할 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 사물인터넷 기기간의 보안을 위해 자연현상의 무작위성에서 난수를 추출하는 자연 난수 또는 진정 난수가 요청되고 있으며, 이는 특정한 패턴이 없고 예측이 불가능한 장점이 있지만, 크기가 크고 매우 비싸며 추출장치가 필요해 소형화 장치에 적용하기 어려운 문제가 있다.
인터넷 보안 프로토콜(IP Security Protocol : IPSec)은 네트워크 통신의 패킷 처리 계층에서의 보안을 위해 개발된 프로토콜로서, 가상 사설망(Virtual Private Network : VPN)을 통하여 송수신되는 데이터를 공중망 사용자들로부터 보호하기 위하여 이용되는 프로토콜이다.
로컬 기반의 IPSec VPN 서비스는, 다양한 통신 로컬들이 별도의 VPN 설정 없이, 공중망에 연결된 VPN 로컬에 접속하여 원격지의 사설망에 접속해 VPN 트래픽을 주고 받을 수 있는 가상 사설망 서비스이다.
상술한 바와 같은 가상 사설망 서비스를 이용하기 위해 VPN 로컬은, 공중망을 통해 가상사설망게이트웨이(VPN GateWay : VPN G/W)와 IPSec 터널 생성을 위한 인증 단계를 수행하며, IPSec에서는 상기 인증을 위한 키 교환 절차로 IKE 방식을 1단계(Main Mode or Aggressive Mode)와 2단계(Quick Mode)로 나누어 진행한다.
상기 IKE의 1단계는 보안성이 없는 공중망에서 암호화된 데이터를 주고받기 위한 ISAKMP(Internet Security Association and Key Management Protocol) 단계로서, VPN 로컬과 가상 사설망 게이트웨이(VPN G/W)가 서로 사전에 공유하여 가지고 있는 사전 공유키(Pre-Shared Key)와, ISAKMP의 암호화 방법 및 해시 함수 등에 대해 서로 협상하는 단계이다.
그리고, 2단계는 실제 IPSec 터널(Tunnel)을 통해 주고 받을 데이터의 암호화 방법 및 IPSec 터널을 통해 주고 받을 트래픽의 유형 등을 협상하는 단계이다.
이러한 로컬 기반의 IPsec VPN 서비스는 유선 기반과 무선 기반으로 나눌 수 있다.
유선 기반은 상술한 VPN 로컬이 유선 네트워크를 통해 가상 사설망 게이트(VPN G/W)에 접속하는 것이고, 무선 기반은 상술한 VPN 로컬이 무선 네트워크를 통해 가상 사설망 게이트웨이(VPN G/W)에 접속하는 것이다.
유선 기반의 VPN 서비스에서, VPN 로컬과 가상 사설망 게이트웨이(VPN G/W) 사이에서 IKE 1단계 인증을 위해, VPN 로컬에 고정 IP 주소를 할당하고, VPN 로컬과 가상 사설망 게이트웨이(VPN G/W)에 미리 설정된 사전 공유키(Pre-Shared Key)를 저장한 후, 가상 사설망 게이트웨이(VPN G/W)에서 해당 사전 공유키를 가지고 있는 VPN 로컬의 IP 주소가 상기 고정으로 할당된 IP 주소인지 여부를 확인하는 방식으로 인증을 수행한다.
이 경우, 가입자의 VPN 로컬 하위에 위치하는 실제 사용자 로컬은 별도의 인증 절차 없이 VPN 로컬을 통해 원격지의 사설망에 접속할 수 있다.
인터넷을 비롯한 유무선 통신의 사용이 급속히 확대됨에 따라 통신네트워크의 보안문제는 국가, 기업, 금융상의 중요기밀 보호 및 개인의 사생활 보호 측면에서 그 중요성이 점점 더 증대되고 있다.
1970년대에 개발되어 현재 인터넷 등 통신시스템에 널리 사용되고 있는 비대칭 공개키 암호체계는 해결하기 매우 어려운 수학적인 문제를 공개키로 사용하여 정보를 암호화하고 그 해를 비밀키로 사용하여 해독하는 방식으로서 원리적으로 수학적인 “계산 복잡성”에 기초하고 있다.
대표적으로 Rivest, Shamir, Adleman 등 세 사람이 개발한 RSA 공개키 암호체계는 매우 큰 수를 소인수분해하기가 매우 난해하다는 점을 이용한다.
즉, 수학적으로 소인수분해 문제는 문제의 크기가 증가함에 따라 계산시간이 지수함수적으로 증가하게 되며 따라서 송신자와 수신자가 충분히 큰 숫자의 소인수분해 문제를 공개키로 사용하면 도청자가 암호문을 해독하기는 현실적으로 불가능 할 것이라는 점을 이용한다.
그러나, 이러한 수학적인 계산복잡성에 기초한 암호체계는 보다 정교한 알고리즘의 발전에 따라 그 안전성에 의문이 제기되고 있으며, 또한 1994년 AT&T의 Peter Shor가 양자컴퓨터를 이용한 소인수분해 알고리즘을 개발함으로써 양자컴퓨터가 개발되면 RSA 암호체계는 근본적으로 해독이 가능한 것으로 판명되고 있다.
이러한 보안문제를 해결할 대안으로 등장한 양자암호통신(quantum cryptography) 기술은 그 안전성이 수학적인 계산 복잡성이 아닌 자연의 근본 법칙인 양자역학의 원리에 기초하므로 도청 및 감청이 매우 어려워, 최근 크게 주목 받고 있다.
즉, 양자암호통신 기술은 “양자 복제불가능성”과 같은 양자물리학의 법칙에 기초해서 송신자와 수신자 사이에 암호 키(일회용 난수표)를 절대적으로 안전하게 실시간으로 분배하는 기술로서 "양자 키 분배 기술(QKD)"로도 알려져 있다.
최초의 양자 암호 프로토콜은 1984년 IBM의 C.H. Bennett과 몬트리올 대학의 G. Brassard에 의해 발표되었다.
고안자들의 이름을 따서 BB84 프로토콜로 명명된 이 프로토콜은 두 개의 기저(basis)를 이루는 네 개의 양자 상태(예를 들면, 단일광자의 편광상태)를 이용한다.
그러나 위의 선행기술에 따르면 양자암호를 송수신하기 위해서는 통신용 영상로컬기와 서버간의 송수신 장치가 필요하며, 통신용 영상로컬기와 서버간의 송수신 장치에 대한 비용 부담이 커지는 한계가 있다.
사물지능통신 분야에서 PUF라는 새로운 기술에 의해 장치(Device)가 스스로 패스워드를 생성하여 이를 인증에 이용함으로써, 장치들 간에 서로 식별하고 정당한 개체인지 확인하기 위한 보안 인증을 신뢰할 수 있는 수준으로 수행하는 장치 및 방법이 제공된다.
LPWAN 단말기는 누수검지센서, 수도 미터기, 전기 미터기, 열 미터기, 가스 미터기 중 어느 하나 이상으로 구성되어 누수발생 및 측정 데이터를 LPWAN 중계기를 통해 전송한다.
특히, 광케이블로 연결된 전용선 상에서 양자 결맞음과 펄스 도착시간을 랜덤 선택 측정, Non empty 펄스 위치로 큐비트 구성되며 미끼펄스(decoi-PULSE DEBUGGER)로 결맞음 공격을 방어하는 특징의 양자통신과 양자통신 채널을 형성하지 않는 ISP(Internet Service Provider) 사업자 임대망에서 데이터의 양자인증을 통해 보안을 강화하는 양자통신 시스템이다.
암호화 복호화를 이용한 보안 통신이 사물지능통신을 수행하는 장치나 시스템들에 적용됨에 있어서, 장치의 보안 인증 시스템에 대한 물리적 공격이나 인가되지 않은 접근(access)에 강인한 보안 인증 장치 및 방법이 제공된다.
단순히 키(Key)를 공유하여 양방향 통신을 하거나, 로그인(Log-in) 하는 방식이 아닌 한방향으로만 데이터를 전송할 수 있는 특징을 갖는다.
LPWAN 중계기를 탑재한 자치단체 방범용 CCTV 자가망을 활용하여 LPWAN 자가망을 구축한다.
상기 LPWAN 자가망에 접속하는 LPWAN 단말기는 PUF Chip, QRANG Chip을 탑재하여 양자보안 플랫폼의 양자 인증과 QKD(Quantum Key Distribution) 보안플랫폼을 통해 양자키 보안제어를 받는다.
PUF(Phisycally Unclonable Function) Chip과 QRNG(Quantum Random Number Generator) Chip을 이용한 보안키 생성 및 분배 관련으로 반도체 제조공정상 발생하는 공정편차를 통해 PUF Chip으로 부터 PIN(Personal Identification Number) 데이터를 추출하여 대칭키(복호키)를 생성하고, QRNG를 통해 발생하는 무작위 양자난수를 통해 상기 대칭키(복호키)를 암호화하여 비대칭키(암호키)를 생성 및 반대의 과정도 가능한 키생성 및 분배기술을 바탕으로 PUF Chip를 탑재한 단말기의 통합 관리 운영하는 시스템으로 아래와 같은 특징을 갖는다.
1. 물리적 고유 상수(常數)키 : 복제 불가능한 물리적 유니크 칩인 PUF(Phisycally Unclonable Function) Chip에 의한 유니크 키(Unique Key)
2. 순수난수생성기 OTP 변수(變數)키 : 순수난수생성기 TRNG(True Random Number Generator)을 통해 생성한 OTP KEY(One Time Password Key)
3. LPWAN 모뎀 : LPWAN(Low Power Wide Area Network) 모뎀 칩을 탑재한 단말기
4. LPWAN 단말기 : 자치단체 방범용 CCTV 자가망에 접속한 LPWAN 중계기를 통하여 하나 이상의 PUF Chip를 탑재한 LPWAN 단말기 보안관리
5. SSL VPN : AES 256, AES 512, ARIA 등 SSL VPN 기반의 단말기
6. 양자 보안플랫폼 : 양자난수생성기 QRNG(Quantum Random Number Generator)와 양자 키분배기 QKD(Quantum Key Distribution)를 이용한 양자보안플랫폼(Quantum-Platform)
7. Security-PUF : 반도체 칩 생산 공정에서 발생하는 하드웨어 핀의 공정 편차를 통해 물리적으로 유니크한 PIN 데이터 추출 후 재추출이 물리적으로 불가능한 e-FUSE를 통해 고유의 유니크 ID 생성
8. USB-PUF : 3CH QRNG / 2CH QRNG
9. 양자통신 채널과 비양자통신 채널간의 상호인증 절차를 통한 양자보안 인증
광케이블로 연결된 양자통신 채널을 형성하기 위해서는 약 2억원 상당의 QKD 및 1억원 이상의 주변기기와 광케이블 전용선을 필요로하여, 현재 한 세트의 양자통신망을 구현하기 위해서는 수 억원의 비용이 발생한다.
본 발명은 양자인증 센터와 원격의 양자인증 서버간의 양자통신 채널을 기반으로 최소한의 비용으로 양자보안 시스템을 구현하기 위해 ISP(Internet Service Provider) 사업자 임대망(고정 IP, 유동 IP)과 결합한 하이브리드 양자통신망을 구축하여 효율성과 경제성을 높인 보안 시스템이다.
자치단체 방범용 CCTV 자가망에 접속한 LPWAN 중계기를 기지국으로 형성된 Low Power Wide Area Network 내부의 LPWAN 단말기는 PUF Chip, TRNG Chip, LPWAN Modem Chip를 탑재하여 IoT 단말기의 LPWAN 통신보안을 극대화 한다.
보안플랫폼은 QRNG과 QKD를 기반으로 하는 양자보안 시스템을 통해 최고의 보안성을 갖는다.
고유의 유니크 키를 갖는 PUF Chip 탑재 단말기는 자치단체에서 운영하는 CCTV, AMI, 배전반, 태양광 발전기, 방송장치, 자동제어반, 센서, 스마트 그리드 제어서버, 비상발전기, 누수탐지기, 위치추적 단말기 등에 적용 운영한다.
본 발명은 단순히 키를 생성하는 것이 아닌 단방향 전송키를 생성하여 보안성 있게 분배하여 운영하는 것으로, PUF의 복제불가 물리적 고유성(상수)과 양자난수생성기를 통한 1회용 양자난수로 해킹이 불가능한 OTP(변수)를 결합한 PUF Chip를 운영하는 시스템 온 칩(SoC Chip)으로 디버거 인터페이스, 네트워크망 스위치를 제어한다. / PUF(상수) + QRNG(변수)
특히, 운영서버의 PUF-TRNG 3채널 인증을 통해 IP를 교환하여 전세계 어디에서든 PUF-QRNG Chip 기반의 인터넷망 접속이 발생할 경우, 서로 고유의 PUF 단방향키를 통해 양방향 Quantum 보안통신이 가능한 것은 차별화된 신기술이다. / PUF(단방향) + Quantum(양방향)
전 세계 어느 곳에서도 인터넷에 접속하여 운영서버를 통해 상호 인증된 서버 또는 USB가 탑재된 서버의 경우 PUF 인증을 통해 양방향 통신이 가능하게 하는 시스템을 특징으로 한다.
한 쌍의 VPN을 통한 종래의 보안대책에 비해 복제 불가능한 물리적 PUF Chip의 단일 PIN 데이터와 양자난수생성기의 무작위 자연난수를 이용한 1회용 OTP 양자암호키를 통하여 단방향으로만 데이터를 전송하는 단방향 암호키 적용을 통해 보안대책을 강화하여 양자단말기와 통합제어서버 사이에만 양방향 터널링 데이터통신을 개통하는 것으로, 물리적 객체인증 PUF Chip과 자연난수를 발생하는 QRNG를 통해 생성한 OTP(One Time Password) 인증 보안은 양자컴퓨터로도 해킹이 불가능한 최고의 보안성을 갖는다.
최초 공장에서 생산한 PUF Chip의 PIN 데이터로 생성한 암호키가 유출되더라도 사용자가 양자난수생성기(QRNG) 단계를 거칠 경우, 최초 생산자도 암호키를 알 수 없으며, 의사난수생성기(PRNG)로 생성한 복수의 암호키는 해킹이 가능하나, 양자난수생성기 전단계의 암호키는 해킹이 불가능한 것을 특징으로 한다.
특히, 인터넷에 연결된 전 세계 어느 PC에서도 Alice PUF-QRNG TIWIN USB와 Bob PUF-QRNG TIWIN USB가 꽂힌 PC 사이에는 양자보안과 PUF 보안이 적용된 양방향 통신이 가능하다.
또한, 종래의 SSL VPN이 적용된 영상감시 시스템은 처리속도의 한계로 끊김 현상이 발생하며, IP 카메라의 특성상 보안에 취약하였다.
본 발명을 통하여 하드웨어(물리)적인 보안과 양자난수 암호를 통해 상기 문제를 해결한다.
도 1 ~ 도4는 본 발명의 이해를 위한 블록도
공지된 방범용 CCTV를 탑재 운영하는 CPTED TOWER와 CPTED 환경 시스템에 있어서,
자치단체 통합방범센터 내부에 OPEN API(Application Programmer Interface) 서버, 센터내부망서버 및 센터외부망서버를 포함하는 센터망분리서버, 다국어 통역 단말기가 설치된다.
통합방범센터 외부에는 ISP(Internet Service Provider)사업자 네트워크망과 연결된 민간사업자의 사설서버가 설치된다.
또한, 통합방범센터 외부에 설치된 CPTED TOWER는 박스형 함체 내부에 로컬내부망서버 및 로컬외부망서버를 포함하는 로컬망분리서버, 비상벨, DID(Digital Information Display) 모니터, IP 방송장치, 심장제세동기, CPTED NFC칩, Yi-Fi 중계기, LPWAN 중계기, 상태감시기, 제1투광기, 제2투광기 및 경광등을 탑재하고 추가로 박스형 함체 외부에 암(Arm)으로 감시카메라가 연결된 구조의 CPTED TOWER이며, 상기 CPTED TOWER는 LPWAN 중계기를 통해 외부에 LPWAN 모듈을 탑재한 LPWAN 단말기에 LPWAN(Low Power Wide Area Network) 데이터통신 서비스를 제공 및 Yi-Fi 중계기를 통해 스마트폰에 Wi-Fi 서비스를 제공하는 CPTED 환경시스템을 기본 구성요소로 한다.
상기 기본 구성요소는 다음과 같은 세부적인 결합관계를 갖는다.
CPTED TOWER 내부의 로컬내부망서버는 제어부(Control board), 패턴인식모듈(Pattern recognitiono Module), 보안전송모듈(Transponder Module), 비상모듈(Emergency Module), 방재모듈(Defens Module)로 구성되어 TOWER 내부에 설치된다.
상기 로컬내부망서버 제어부의 제어를 받는 감시카메라는 데이나잇(Day & Night) 기능을 탑재한 적외선 투광기 일체형 10메가픽셀(Mega pixel) 이상의 4K UHD급 카메라로 주간에 적외선필터(IR cut filter)를 거쳐 촬영된 주간 원본 영상데이터 및 야간에 촬영된 야간 원본 영상데이터를 상기 로컬내부망서버 제어부 메모리에 저장한다.
상기 제어부는 주간 또는 야간 원본 영상데이터에서 화소 변화가 발생하는 영역을 사각형 객체로 체인코딩하여 디지털 줌 확대한 사각형 객체영상을 패턴인식모듈로 전송한다.
상기 패턴인식모듈은 객체영상을 사람, 얼굴, 차량, 차량번호판으로 분류한 객체분류 영상이 사람일 경우 사람 이벤트 및 얼굴 영역을 사각형 객체로 체인코딩하여 상기 로컬내부망서버 내부의 제어부로 전송한다.
상기 제어부는 사람이벤트 입력시 출입 허가 안면인식좌표와 비교하여 불일치 또는 안면인식좌표 미입력시 보안전송모듈로 외부인 침입이벤트를 발송한다.
상기 패턴인식모듈은 객체분류 영상이 차량일 경우 차량이벤트 및 차량번호판 영역을 사각형 객체로 체인코딩하여 디지털 줌 확대 후 번호인식프로그램으로 차량번호를 텍스트문자로 변환하여 상기 제어부로 전송한다.
상기 제어부는 차량이벤트 입력시 출입 허가 차량번호를 비교하여 불일치 또는 차량번호 텍스트 미입력시 보안전송모듈로 외부차량 침입이벤트를 발송한다.
상기 제어부는 상기 감시카메라에서 야간에 촬영된 야간 원본 영상데이터가 입력되면 제1투광기를 점등하고 동시에 사람이벤트 및 차량이벤트 입력시 제2투광기를 추가 점등 후 야간 원본 영상데이터에서 화소 변화가 발생하지 않을 경우 제2투광기를 소등한다.
상기 비상벨은 하나 이상의 다국어 비상벨로 구성되어 비상벨이 작동되면 상기 제어부는 보안전송모듈로 다국어 비상벨 작동이벤트를 발송한다.
상기 제어부는 패턴인식모듈로부터 전송받은 객체분류 영상의 행동패턴에 따라 위험행동 우선순위 특징값을 부여하여 주/야간 촬영 원본 영상데이터 대비 저화질 저용량으로 압축한 영상압축파일을 보안전송모듈로 전송한다.
상기 제어부는 CPTED TOWER 내부의 심장제세동기의 자가고장진단 데이터를 수신하여 보안전송모듈로 전송한다.
상태감시기는 전원제어, 과전류, 누전, 충격, 침수, 네트워크상태, 쿨링팬 상태, 도어개폐검지 센서로부터 상태감시데이터를 수신하여 보안전송모듈로 전송한다.
상기 보안전송모듈은 외부인 침입이벤트, 상태감시데이터, 외부차량 침입이벤트, 다국어 비상벨 작동이벤트, 자가고장진단 데이터 및 영상압축파일을 통합방범센터 센터내부망서버로 전송한다.
통합방범센터 센터망분리서버는 센터내부망서버와 센터외부망서버로 구성되어 센터내부망서버에서 센터외부망서버 한방향으로만 데이터가 전송되는 센터망분리서버이다.
센터내부망서버는 CPTED TOWER 내부의 보안전송모듈로부터 외부인 침입이벤트, 상태감시데이터, 자가고장진단 데이터, 영상압축파일, 외부차량 침입이벤트, 다국어 비상벨 작동이벤트를 수신하여 모니터에 표출한다.
상기 센터내부망서버는 다국어 비상벨의 작동에 따라 통합방범센터 내부의 다국어 통역 단말기와 CPTED TOWER 내부의 IP 방송장치 사이에 양방향 통화로를 개통한다.
상기 센터내부망서버는 CPTED TOWER 내부의 도어개폐검지 센서로부터 도어개방 상태감시데이터를 수신할 경우 CPTED TOWER 내부의 IP 방송장치를 통해 양방향 통화로를 개통 및 경광등을 제어한다.
CPTED TOWER 내부의 IP 방송장치는 앰프, 스피커, 수음마이크, 수음마이크 스위치, 상용마이크, 상용마이크 스위치로 구성되어 상기 센터내부망서버의 제어를 받으며, IP 방송장치의 고장자가진단시 상용마이크 스위치를 OFF접점 및 수음마이크 스위치 ON접점 연결하고 로컬내부망서버 내부의 고장자가진단 음성파일(예, 고장 자가진단 방송 멘트)을 앰프 및 스피커를 통해 방송하여 센터내부망서버에서 음성을 수신만하여 하울링 없이 고장자가진단을 하는 것으로, 종래에 방송과 수음을 동시에 할 경우 방송 멘트가 되돌아 수음마이크로 돌아와 하울링이 발생하는 종래의 문제점을 해결하기 위해 로컬내부망서버 내부에 미리 저장된 고장자가진단 음성파일을 수음만하여 하울링 없이 고장자가진단을 하는 것을 특징으로 한다.
상기 센터내부망서버는 메모리에 저장된 VOD 동영상을 CPTED TOWER 내부의 DID 모니터에 표출 및 센터내부망서버는 CPTED TOWER 보안전송모듈로부터 전송받은 위험행동 우선순위 특징값이 부여된 영상압축파일을 압축해제하여 모니터에 팝업한다.
센터내부망서버는 CPTED TOWER 보안전송모듈로부터 전송받은 외부차량 침입이벤트, 비상벨 작동이벤트를 센터외부망서버로 전송한다.
센터외부망서버는 CPTED TOER 내부의 Yi-Fi 중계기를 원격제어하여 상기 Yi-Fi 중계기는 외부망을 통해 스마트폰에 Yi-Fi 써비스를 제공 및 센터외부망서버는 CPTED TOER 내부의 LPWAN 중계기를 원격제어하여 LPWAN(Low Power Wide Area Network)을 통하여 IoT 사물인터넷(IoT; Internet of Things) 데이터통신을 중계한다.
CPTED 스마트폰은 CPTED NFC 태그에 최초 페어링을 통해 CPTED OS(Operating System) 어플이 업로드된 스마트폰으로 사용자 정보가 통합방범센터 내부의 센터외부망서버에 등록된 스마트폰으로 CPTED TOWER 내부의 CPTED NFC칩과 페어링되어 Wi-Fi Direct 또는 Miracast 또는 NFC 또는 Bluetooth 또는 RFID 또는 LTEWAN 또는 LPWAN 통신 중 어느 하나 이상의 통신을 통하여 M2M 기계간 데이터 통신(M2M; Machine To Machine)을 한다.
상기 센터외부망서버는 외부차량 침입이벤트 또는 비상벨 작동 이벤트 수신시 담당자(센터외부망서버에 등록된) CPTED 스마트폰으로 상기 이벤트 데이터를 전송한다.
내부망에 접속되어 공개 내부망 데이터를 외부망에 접속된 서버에 공개 내부망 데이터를 제공하는 OPEN API 서버는 상기 공개 내부망 데이터를 센터내부망서버로 전송한다.
센터내부망서버는 공개 내부망 데이터를 로컬내부망서버 또는 센터외부망서버로 전송한다.
본 발명의 주요한 네트워크망 및 보안시스템 구성에 대해 상세히 설명한다.
CPTED TOWER 내부의 로컬내부망서버와 통합방범센터 내부의 센터내부망서버는 VPN(Virtual Private Network), 고정IP, 전용선 또는 자가망 중 어느 하나 이상의 네트워크망과 연결된 내부망이다.
CPTED TOWER 내부의 로컬외부망서버, Yi-Fi 중계기는 민간사업자 사설서버와 ISP(Internet Service Provider)사업자 네트워크망과 연결된 외부망이다.
위치정보전송 단말기는 LPWAN 통신모듈, GPS수신기, 비상버튼, 단말제어부로 구성되어, 단말제어부는 MAC Address, IP Address가 저장된 메모리를 포함하는 마이크로프로세서로 구성된다.
상기 비상버튼 작동시 GPS수신기를 통해 위치정보 데이터를 수신하여 LPWAN 통신모듈로 전송하면 LPWAN 통신모듈은 수신 IP address 및 LPWAN 통신모듈 MAC Address를 포함 암호화하여 위치정보전송 데이터를 LPWAN 중계기로 전송한다.
로컬내부망서버는 상기 LPWAN 중계기 위치정보전송 데이터의 MAC Address를 복호화여 로컬내부망서버에 인가된 MAC Address일 경우 위치정보전송 데이터를 센터내부망서버로 전송하고 비인가 MAC Address일 경우 차단한다.
로컬외부망서버는 상기 LPWAN 중계기 위치정보전송 데이터의 MAC Address를 복호화여 로컬내부망서버에 인가된 MAC Address가 아닐 경우 수신 IP Address를 복호화여 ISP(Internet Service Provider)사업자 네트워크망과 연결된 수신 IP Address의 외부망 민간사업자 사설서버로 위치정보전송 데이터를 전송하는 LPWAN(Low Power Wide Area Network)을 특징으로 한다.
종래의 양자보안 통신에 있어서, Quantum Key 전송방식은 전용선과 전송거리의 한계가 있는 문제점을 해결하는 기술로, 물리적으로 유일한 PUF를 상호 인증하는 TRNG(QRNG)이 적용된 TIWIN USB를 통해 양자역학이 적용 인증된 발명이다.
특히, 양자통신 채널이 형성되지 않은 ISP 사업자 네트워크망 상에서 Alice VPN과 Bob VPN이 암호화 통신을 할 경우 양자컴퓨터로 해킹이 가능한 종래의 문제점을 해결하기 위해 PUF의 Unique, TRNG(QRNG)의 One Time Password, 양자통신 양자결맞음을 이용하는 decoy-Quantum Certificate 기술이 적용된다.
또한, PUF 자체는 변형 복제가 불가능하지만 PUF Chip 자체를 타 단말기(보드)에 탑재 변조할 경우 위변조가 가능한 문제점을 e-FUSE SOC(Syste On Chip)로 해결한다.
상세히 설명하면,
Alice 양자보안 USB 내부의 Alice 주제어부(MCU)는 Alice VPN을 통해 수신한 Bob 비대칭키로 (Alice PUF 메모리( PUF M/M)에 저장된 Bob PIN 데이터에 Alice e-FUSE ID( IDentity Address)와 결합하여) 암호화한 Alice KEY를 Alice VPN을 통해 Bob 양자보안 USB 내부의 Bob VPN으로 전송한다.
Bob 양자보안 USB 내부의 Bob 주제어부(MCU)는 Bob VPN을 통해 수신한 Alice 비대칭키로 (Bob PUF 메모리( PUF M/M)에 저장된 Alice PIN 데이터에 Bob e-FUSE ID( IDentity Address)와 결합하여) 암호화한 Bob KEY를 Bob VPN을 통해 Alice 양자보안 USB 내부의 Alice VPN으로 전송한다.
Alice 양자보안 USB 내부의 Alice 주제어부(MCU)는 Alice 비대칭키로 암호화된 Bob KEY를 Alice 대칭키로 복호화함에 있어서,
Alice 보안 CPU(Security CPU)는 Alice PIN 데이터에 Bob e-FUSE ID와 결합한 Alice 대칭키를 생성하였기 때문에 복호화가 가능한 것으로, Alice PIN 데이터 및 SOC 자체 Bob e-FUSE ID 중 어느 하나라도 일치하지 않을 경우 복호화가 불가능해 진다.
일 실시 예로, 반도체 제조 공정상에서 발생하는 물리적으로 유일한 고유의 하드웨어 핀(PIN)을 추출한 PIN 데이터를 e-FUSE가 추출하여 프로그램하여 ID를 부여하고 재추출이 불가능하게 e-FUSE 핀을 차단(short circuit)하여 반도체 칩(System On Chip)의 유니크 ID를 부여한다.
PUF Chip은 반도체 제조 공정상에서 발생하는 물리적으로 유일한 고유의 하드웨어 핀(PIN)을 추출한 PIN 데이터를 추출할 수 있으며, PUF Chip을 복제할 경우 PUF 하드웨어 핀을 차단(short circuit)하는 것으로 정상적인 PIN 데이터의 재추출이 가능하다.
데이터의 암호화/복호화에 있어서,
Alice PUF 메모리에 저장된 Bob PIN 데이터에 Alice e-FUSE ID와 결합하여 암호화한 Alice KEY로 암호화된 데이터는 Bob 보안 CPU가 상기 Bob PIN 데이터에 Alice e-FUSE ID와 결합한 Bob 대칭키를 생성하여 Bob 보안 OTP 메모리에 저장된 Bob 대칭키로 복호화된다.
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본 발명의 물리적 객체인증 PUF(Phisycally Unclonable Function) Chip과 자연난수를 발생하는 QRNG(Quantum Random Number Generator)를 통해 생성한 OTP(One Time Password) 인증 보안은 양자컴퓨터로도 해킹이 불가능한 최고의 보안성을 갖는다.
초소형의 PUF(Phisycally Unclonable Function) Chip과 QRNG(Quantum Random Number Generator) Chip을 이용한 보안키 생성 및 분배 관련으로 반도체 제조공정상 발생하는 공정편차를 통해 PUF Chip으로 부터 PIN(Personal Identification Number) 데이터를 추출하여 대칭키(복호키)를 생성하고, QRNG를 통해 발생하는 무작위 양자난수를 통해 상기 대칭키(복호키)를 암호화하여 비대칭키(암호키)를 생성한다.
Sensor에서 측정되는 데이터를 비대칭키(암호키)로 암호화 할 경우 대칭키(복호키)를 통해서 원래의 Sensor에서 측정되는 데이터를 복원할 수 있다.
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일 실시 예로, PUF는 지식 기반 인증을 위한 인증 키로 사용될 수 있는 PIN을 생성한다. 이 PIN은 PUF 제조 공정 중 발생하는 공정 편차에 의해 생성되는 무작위의 디지털 값일 수 있다.
또한, 이 PIN은 한 번 생성된 이후 그 값이 주변 환경에 따라 변경되지 않는 시불변(Time-invariant)의 디지털 값일 수 있다. 이러한 PIN은 외부로 노출되지 않으므로, 일 실시 예에 따르면 장치의 인증 체계에 대한 보안 위협에 대한 방지가 가능하다.
장치가 통신 인터페이스를 통해 다른 장치와 사물지능통신을 수행하는 경우, 인증부는 PUF에 의해 자체적으로 생성되는 상기 PIN을 수신하여 지식 기반 인증을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따른 보안 인증에 있어서, 장치는 비밀키 모듈과 개인키 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 비밀키 모듈 및 개인키 모듈 중 적어도 하나는 PUF를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 비밀키 모듈 및 개인키 모듈 각각은 자신의 고유한 PUF를 가지며, 각각의 PUF는 물리적 특성 자체로부터 비밀키(secret key)와 개인키(private key)를 갖는다. 이하에서는 이러한 비밀키 및/또는 개인키를 PIN으로 표현하기도 하므로, PIN은 장치의 보안 인증을 위해 사용되는 비밀키, 개인키 등 어느 것도 배제하지 않고 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
PUF는 공정변이로 발생하는 특성 편차를 이용하여 동일 설계 도면으로 제작하더라도 서로 다른 함수 값을 발생하는 회로로서, 일부 실시 예들에서는 사물지능통신 장치의 PIN을 생성하여 제공한다. 엄밀히는 PUF의 물리적 특성에 의해 생성된 디지털 값 자체가 아니라 이를 이용하여 PIN이 생성되는 것으로 볼 수도 있다.
이를 테면, 외부의 신뢰할 수 있는 소스로부터 주어지는 값을 시드(Seed)로 하여, 상기 PUF가 생성한 오리지널 디지털 값을 암호화한 결과 값을 상기 PIN으로 할 수도 있다.
이러한 과정에서 일 실시 예에 따르면, PUF가 제공하는 디지털 값 VPUF를 상기 시드(Seed)와 해시 함수에 넣는 방식을 이용한다. 따라서, 최종적으로 사용되는 PIN 값은 Hash (VPUF|| Seed)일 수 있다.
이러한 실시 예에 따르면, 어떤 경로로든 개인키가 유출되는 경우 상기 시드 값만을 변경함으로써 PIN을 쉽게 변경할 수 있으므로, 안전성과 편의성이 개선될 수 있다.
다만, 이러한 PIN 값 생성은 일부 실시 예에 불과하며, 실시 예들은 PUF가 생성한 디지털 값 자체를 PIN으로 사용하는 경우와 상기 PUF를 별도로 처리한 값을 PIN으로 사용하는 경우를 모두 포함한다. 이하에서는 PUF가 생성한 디지털 값을 처리하여 새로운 PIN을 만들어 내는 과정에 대해서 일일이 언급하지 않더라도 이러한 실시 예들을 모두 포함하여 내용이 이해되어야 한다.
한편, PUF는 예측 불가능한 랜덤한 값을 갖기 때문에 장치의 PIN을 결정하는데 사용될 수 있으며, 이를 이용하면 외부에서 생성 주입하여 메모리에 저장할 때 발생할 수 있는 PIN의 사전 누출 문제를 방지할 수 있다.
또한, PUF는 물리적으로 복제가 불가능하다는 특징을 가지고 있기 때문에 장치의 PIN 번호가 사후적으로 유출 또는 복제될 가능성도 제거할 수 있다.
또한, PUF가 생성하는 PIN 값은 랜덤성이 뛰어나고 실시 예들에서는 한 번 생성한 값이 시간에 따라 변하지 않는 신뢰할 수 있는 것이다.
일 실시 예에 따르면, 시리얼번호 저장부에는 장치의 제조 공정에서 공장(Factory)가 제공하는 기기의 고유 값이 시리얼번호(Serial number)가 저장되며, 공장으로부터 장치의 고유한 시리얼번호가 I/O 인터페이스를 통해 장치에 입력되고, 최초 1회 - 정책에 따라 꼭 한 번일 필요는 없으나 보안 유지 상 한 번으로 지정될 수 있다 - 에 한해 비밀키 모듈로부터 비밀키가 공장 또는 관리 권한을 갖는 외부로 추출될 수 있다.
그리고, 일 실시 예에 따르면, PUF Chip은 SOC(System On Chip) 제조과정에서 발생하는 ENABLE 회로의 하드웨어핀 설정에 따른 단절신호를 추출하는 e-FUSE로 퓨즈부(e-FUSE)로 대체될 수 있다. 이러한 실시 예에서는, 상기한 최초 1회의 비밀키 추출 이후 퓨즈부가 비밀키 모듈과 I/O 인터페이스 사이의 연결을 물리적으로 차단하며, 이는 비가역적이다.
그러면 이제는 최초 1회 추출된 비밀키만 관리 권한이 있는 주체가 안전하게 관리하면 되고, 퓨즈부의 상기 차단 이후에 새롭게 장치의 비밀키가 추출되는 것은 불가능하다. 비밀키 모듈은 PUF에 의해 구현되어 물리적으로 복제 불가능하고, 전력분석 공격 등을 비롯한 다양한 역공학(Reverse engineering)에 의한 비밀키 추출이 불가능하거나 매우 어렵기 때문이다.
일 실시 예에 따르면 장치는 공개키 암호화/복호화 통신 방식에 사용될 개인키를 생성하는 개인키 모듈을 포함하며, 개인키 모듈은 상기 비밀키 모듈과는 별개의 PUF에 의해 개인키를 제공할 수 있다.
이 개인키 모듈이 생성 및 제공하는 개인키는 외부와는 물리적으로 고립되어 있으며, 장치 제조에서부터 유통 및 사용에 이르기까지 외부로 추출되지 않는다. 물론, 앞서 설명한 비밀키 모듈과 같은 이유에서 물리적 공격에 의한 인위적인 개인키 유출도 불가능하다.
따라서, 개인키 모듈이 제공한 개인키의 외부 유출은 발생하지 않아 사물지능통신(M2M)에서 장치 스스로 생성한 PIN을 통한 기기 인증이 가능하다.
일 실시 예에 따르면, 개인키 모듈이 생성한 개인키를 이용하여 공개키 생성부는 상기 공개키 암호/복호화 통신 방식에서 장치가 사용할 공개키(public key)를 생성하고, 이는 공개키 저장부에 저장된다. 공개키 저장부는 생성된 공개키를 저장하는 수단으로서 일 실시 예에 따르면 비휘발성(non volatile) 메모리일 수 있다.
물론, 공개키 저장부는 선택적으로 채용 가능한(employed optionally) 구성으로, 다른 실시 예에서는 공개키 저장부 없이 인증이 필요한 경우마다 공개키 생성부가 생성한 공개키를 읽는 것도 가능하다.
암복호화 프로세서는 통상적인 데이터 암호화와 복호화를 수행하는 Crypto-coprocessor 등으로 이해될 수 있으며, 실제 암호화된 데이터를 통신 네트워크에서 외부와 주고 받는 구성은 통신 인터페이스이다.
실시 예에 따르면, 상기 최초 1회 추출된 비밀키는 장치와 보안 통신을 수행할 정당한 권한이 있는 관리 주체인 인증 기관(Certification Authority, CA)과 공개키를 주고 받는 경우에 서로가 정당한 개체임을 확인하는 수단으로만 사용된다.
즉, 최초 1회이기는 하지만 이미 추출된 바 있는 비밀키가 직접 암복호화에 사용되는 것이 아니라, 비밀키는 비밀키 암호화 방식으로 공개키를 외부에 보내는 과정에서만 사용되어, 이중의 보안이 보장된다. 따라서 실제 기기 인증에 사용되는 개인키는 외부로 절대 노출되지 않는다.
이하에서는 공장에서 장치를 제조하는 과정, 장치가 유통 또는 배포되는 과정, 실제로 사용되면서 비밀키 통신 방식으로 공개키를 교환하는 과정, 실제로 장치가 CA나 다른 장치들과 서로의 정당성을 확인하여 통신을 수행하게 되는 과정에 대해 이하 구체적으로 설명한다.
먼저 PUF 구현에 대해 실시 예들에서 채택되는 차이점을 종래의 PUF 구현들과 비교하여 설명한 다음 구체적 구현의 일 예로 설명한다.
PUF(Physically Unclonable Function)는 예측 불가능한 (Unpredictable) 디지털 값을 제공할 수 있다. 개개의 PUF들은 정확한 제조 공정이 주어지고, 동일한 공정에서 제조되더라도, 상기 개개의 PUF들이 제공하는 디지털 값은 다르다.
따라서, PUF는 복제가 불가능한 POWF(Physical One-Way Function practically impossible to be duplicated)로 지칭될 수도 있고, 또한 PRF(Physical Random Function)으로 지칭될 수도 있다.
이러한 PUF는 보안 및/또는 인증을 위한 암호 키의 생성에 이용될 수 있다. 이를테면, 디바이스를 다른 디바이스와 구별하기 위한 유니크 키(Unique key to distinguish devices from one another)를 제공하기 위해 PUF가 이용될 수 있다.
종래에는 이러한 PUF를 구현하기 위해 IC의 최 상위 레이어(top layer)에 랜덤하게 도핑(doping)된 입자를 이용하여 코팅(Coating) PUF를 구현하기도 하였고, 래치(latch)와 같은 하드웨어 칩에 일반적으로 쓰이는 CMOS 소자 내부의 공정 변이를 이용하여 FPGA에서도 구현 가능한 최근의 버터플라이(butterfly) PUF 등이 구현되기도 하였다.
그런데, PUF를 PIN 생성에 활용하는 응용이 상용화될 수 있도록 신뢰 가능하려면 PUF 회로 자체의 물리적 복제 불가능성, 생성된 PIN 값의 랜덤성 및 한 번 생성된 PIN의 값이 시간의 흐름에 따라 변화하지 않는 시불변성이 모두 보장되어야 한다.
그러나 종래의 대부분의 PUF 회로들은 PUF 또는 PRF로서 충족시켜야 하는 랜덤성과 값의 시불변성 중 적어도 하나를 높은 수준으로 보장하지 못했기 때문에 상용화에 어려움이 있었다.
실시 예들에서 사용되는 PUF는 이러한 종래의 문제점을 해결하여 시불변성과 랜덤성을 굉장히 신뢰할 수 있는 수준으로 보장하면서도 반도체 제작 과정에서 매우 낮은 단가로 생성 가능하다.
일 실시 예에 따르면, PUF가 생성한 PIN의 랜덤성과 시불변성을 동시에 만족하기 위해 반도체 공정에서 존재하는 노드들 사이의 단락 여부 등에 의한 무작위성을 이용하여 랜덤값을 만들어 낸다.
일 실시 예에 따른 PUF는 반도체 칩 내의 전도성 레이어(metal) 사이를 전기적으로 연결하기 위해 사용되는 콘택(contact) 또는 비아(via)의 크기를 공정에서 연결 여부가 확실한 크기, 즉 디자인 룰 보다 작은 형태로 구현하여, 그 단락 여부가 랜덤하게 결정되게 한다. 즉, 의도적으로 디자인 룰을 위반하여 랜덤한 PIN 값을 생성하는 것이다.
이러한 새로운 PUF 회로는 매우 간단한 단락 회로로 구성되기 때문에 별도의 추가적인 회로나 공정 중의 과정이 없고, 특별한 측정 장치도 필요 없기 때문에, 쉽게 구현이 가능하다. 그리고 공정의 특성을 이용하기 때문에 값의 랜덤성을 유지하면서 안정성을 충족시킬 수 있다.
반도체 칩의 제조과정 특히, 본 발명의 SOC(System On Chip) 제조 과정에서 발생하는 비아(또는 이네이블(Enable)회로)는 e-FUSE의 하드웨어 핀 설정을 PIN 데이터로 추출하여 대칭키를 생성하고, 상기 대칭키를 무작위 난수(QRNG)로 암호화한 비대칭키는 대칭키(PIN 데이터)로 복호화가 된다.
본 발명의 SOC(System On Chip)을 특징으로 SOC 내의 하드웨어 핀 설정(via)에 따라서 생성하는 단절신호를 PIN 데이터로 추출하되 e-FUSE(electrical-FUSE)에 고유 ID를 부여하여 추출하는 것을 특징으로 한다.
PUF 자체는 위변조가 불가능하지만 PUF Chip을 분리한 후 타 보드(단말기)에 장착하여 PUF가 탑재된 단말기(보드)가 변조될 수 있어, e-FUSE와 PUF를 일체형으로 탑재한 Security ENABLE 회로부를 포함하는 SOC Chip 형태로 개발한 최초의 기술을 특징으로 한다.
특히, e-FUSE 탑재 SOC을 통해 부팅하는 SOC와 PUF가 분리되어 있어도, 서로 유일하게 PUF의 물리적 유니크한 인증이 위변조 되어도 e-FUSE 탑재 SOC의 부트롬(Boot-ROM) 프로그램 인증이 상호 인증되어야 시스템 부팅이 가능한 Security ENABLE 회로부를 특징으로 하는 보안 CPU(Security CPU) 및 OTP(One-Time Programmable) e-FUSE를 특징으로 한다.
도 3에서 도시된 바를 참조하여 실시 예에 따른 PUF 생성을 구체적으로 설명한다.
반도체 제조 공정에서 메탈 1 레이어(302)와 메탈 2 레이어(301) 사이에 비아들이 형성된 모습의 도시되었다.
비아 사이즈를 디자인 룰에 따라 충분히 크게 한 그룹(310)에서는 모든 비아가 메탈 1 레이어(302)와 메탈 2 레이어(301)을 단락시키고 있으며, 단락 여부를 디지털 값으로 표현하면 모두 0이 된다.
한편, 비아 사이즈를 너무 작게 한 그룹(330)에서는 모든 비아가 메탈 1 레이어(302)와 메탈 2 레이어(301)을 단락시키지 못하고 있다. 따라서 단락 여부를 디지털 값으로 표현하면 모두 1이 된다.
그리고, 비아 사이즈를 그룹(310)과 그룹(330) 사이로 한 그룹(320)에서는, 일부의 비아는 메탈 1 레이어(302)와 메탈 2 레이어(301)을 단락시키고, 다른 일부의 비아는 메탈 1 레이어(302)와 메탈 2 레이어(301)을 단락시키지 못하고 있다.
일 실시 예에 따른 식별키 생성부는, 그룹(320)와 같이, 일부의 비아는 메탈 1 레이어(302)와 메탈 2 레이어(301)을 단락시키고, 다른 일부의 비아는 메탈 1 레이어(302)와 메탈 2 레이어(301)을 단락시키지 못하도록 비아 사이즈를 설정하여 구성된다.
비아 사이즈에 대한 디자인 룰은 반도체 제조 공정에 따라 상이한데, 이를테면 0.18 미크론(um)의 CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 공정에서 비아의 디자인 룰이 0.25 미크론으로 설정된다고 하면, 상기 일 실시 예에 따른 식별키 생성부에서 비아 사이즈를 0.19 미크론으로 설정하여, 메탈 레이어들 사이의 단락 여부가 확률적으로 분포하도록 한다.
이러한 단락 여부의 확률 분포는 50%의 단락 확률을 갖도록 하는 것이 이상적이며, 일 실시 예에 따른 비밀키 모듈과 개인키 모듈은 상기 확률 분포가 최대한 50%에 가깝게 비아 사이즈를 설정하여 구성된다. 이러한 비아 사이즈 설정은, 구체적인 특정 반도체 공정에 따라 실험에 의하여 이루어질 수 있다.
이러한 실시 예에 의해 PUF가 비밀키 또는 개인키를 랜덤성과 시불변성이 보장되게 제공함으로써 물리적 공격에 대응하기 위한 탬퍼 저항(tamper-resistance)는 필요로 하지 않는다.
디패키징, 레이아웃 분석, 메모리 공격 등의 물리적 공격에 대응하기 위해 암호화 모듈에 주로 사용되는 tamper-resistance는 장치에 대한 해제 시도 시 기억 장치의 내용 소거 등을 통해 장치의 기능을 정상적으로 동작할 수 없도록 하여 내부의 내용을 보호한다. 그러나, 부가적인 보호 장치를 필요로 하거나 구현 수단이 복잡해지므로 비용이 증가할 뿐만 아니라 사용자의 실수 또는 고장에 의해 데이터 소거 등의 의도치 않은 장비 손상의 가능성을 가지고 있다. 그런데, 상기와 같이 도 3에서 설명된 원리에 의해 PUF를 구현하면 이러한 문제점이 없다.
또한, 실시 예에 의한 PUF는 내부의 각 셀을 분리하여 관찰하기가 매우 어렵기 때문에 수 만개 내지 수십 만개 게이트의 칩 내부에서 PUF 셀을 골라 그 값을 관찰한다는 것은 거의 불가능에 가깝다.
또한, 일부 PUF는 전원이 들어온 상태에서 동작할 때에만 값이 정해지기 때문에 물리적 공격을 위한 디패키징 등의 과정에서 칩의 일부가 손상될 경우 평소의 값과 다른 값을 갖게 되어 본래 값을 추측하기가 매우 어렵다.
따라서, 본 발명이 PUF를 사용하면 탬퍼 저항과 같은 추가 비용도 요구되지 않으면서, 물리적 공격에 강인한 구성을 가지면서 랜덤성과 시불변성이 유지되는 비밀키와 개인키를 제공할 수 있다.
본 발명은 보안 인증을 위한 인증 키로 사용될 수 있는 PIN을 생성하고, 이 PIN은 한 번 생성된 이후 그 값이 주변 환경에 따라 변경되지 않는 시불변(Time-invariant)의 디지털 값으로 이러한 PIN은 외부로 노출되지 않으므로, 장치(단말기)의 인증 체계에 대한 보안 위협에 대한 방지가 가능한 PUF를 기반으로 하는 보안에 양자보안 기술을 적용하여보다 안전한 로그(Log) 보안인증 및 3채널 양자보안 인증 기술을 적용한 차별성을 갖는다.
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일 실시 예로,
Alice 양자보안 단말기가 연결된 통합제어서버와 Bob 양자보안 단말기가 연결된 로컬서버는 네트워크망에 연결된다.
양자보안 단말기는 MCU, TRNG, PUF, VPN, 메모리, 네트워크망 차단기로 구성되어 Alice 양자보안 단말기, Bob 양자보안 단말기로 구별된다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice PUF로부터 Alice PIN 데이터를 추출하여 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob 메모리에 저장한다.
Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob PUF로부터 Bob PIN 데이터를 추출하여 Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice 메모리에 저장한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice PUF에서 Alice PIN 데이터를 추출하여 Alice 대칭키를 생성한다.
Alice TRNG은 무작위 자연난수를 발생하여 Alice MCU로 전송한다.
Alice MCU는 상기 무작위 자연난수로 Alice 대칭키를 암호화하여 Alice 비대칭키를 생성한다.
Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob PUF에서 Bob PIN 데이터를 추출하여 Bob 대칭키를 생성한다.
Bob TRNG은 무작위 자연난수를 발생하여 Bob MCU로 전송한다.
Bob MCU는 상기 무작위 자연난수로 Bob 대칭키를 암호화하여 Bob 비대칭키를 생성한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice 비대칭키를 Alice VPN을 통해 Bob VPN으로 전송하면, Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob VPN으로부터 Alice 비대칭키를 수신한다.
Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob 비대칭키를 Bob VPN을 통해 Alice VPN으로 전송하면, Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice VPN으로부터 Bob 비대칭키를 수신한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice VPN을 통해 수신한 Bob 비대칭키로 Alice 메모리에 저장된 Bob PIN 데이터를 암호화하여 Alice VPN을 통해 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob VPN으로 전송한다.
Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob VPN을 통해 수신한 Alice 비대칭키로 Bob 메모리에 저장된 Alice PIN 데이터를 암호화하여 Bob VPN을 통해 Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice VPN으로 전송한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice 비대칭키로 암호화된 Alice PIN 데이터를 Alice 대칭키로 복호화한 Alice PIN 데이터와 Alice PUF에서 Alice PIN 데이터를 추출한 Alice PIN 데이터가 일치 및 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob 비대칭키로 암호화된 Bob PIN 데이터를 Bob 대칭키로 복호화한 Bob PIN 데이터와 Bob PUF에서 추출한 Bob PIN 데이터가 일치 할 경우, Alice 양자보안 단말기에 연결된 통합제어서버와 Bob 양자보안 단말기에 연결된 로컬서버 사이에 로그인(LOG In) 네트워크망 연결한다.
통합제어서버는 로그인(LOG In) 네트워크망 연결 상태에서 CPTED TOWER 내부 감시카메라의 촬영 영상을 로컬서버를 통해 수신한다.
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(CPTED TOWER)
ISP(Internet Service Provider) 사업자 네트워크망에 연결된 통합제어서버와 CPTED TOWER 내부의 로컬서버에 있어서, CPTED TOWER는 감시카메라, LPWAN(Low Power Wide Area Network) 중계기, 로컬서버를 포함하여 구성된다.
LPWAN 단말기는 측정부, 단말 e-FUSE, LPWAN 통신모듈, 단말제어부로 구성된다.
단말제어부는 단말 e-FUSE를 통해 하드웨어 PIN 데이터를 추출하여 LPWAN 단말기에 ID Address(IDentity Address)를 부여하여 LPWAN 통신모듈로 전송한다.
상기 단말제어부는 측정부로부터 측정된 측정데이터를 LPWAN 통신모듈로 전송한다.
LPWAN 통신모듈은 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 LPWAN 중계기로 전송한다.
LPWAN 중계기는 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 수신하여, 로컬 서버로 전송한다.
로컬서버는 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob 주제어부(MCU)로 전송한다.
Bob 주제어부(MCU) LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Alice 비대칭키로 암호화하여 Bob VPN을 통해 Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice VPN으로 전송한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice 주제어부(MCU)는 Alice VPN를 통해 수신한 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Alice 대칭키로 복호화하여 통합제어서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 양자 보안칩 탑재 누수-원격검침 LPWAN 서비스 제공 양자보안 통신시스템이다.
일 실시 예로,
Alice 양자보안 단말기가 연결된 통합제어서버와 Bob 양자보안 단말기가 연결된 로컬서버는 네트워크망에 연결된다.
양자보안 단말기는 MCU, TRNG, e-FUSE, VPN, 메모리, 네트워크망 차단기로 구성되어 Alice 양자보안 단말기, Bob 양자보안 단말기로 구별된다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice e-FUSE로부터 Alice PIN 데이터를 추출하여 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob 메모리에 저장한다.
Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob e-FUSE로부터 Bob PIN 데이터를 추출하여 Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice 메모리에 저장한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice e-FUSE에서 Alice PIN 데이터를 추출하여 Alice 대칭키를 생성한다.
Alice TRNG은 무작위 자연난수를 발생하여 Alice MCU로 전송한다.
Alice MCU는 상기 무작위 자연난수로 Alice 대칭키를 암호화하여 Alice 비대칭키를 생성한다.
Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob e-FUSE에서 Bob PIN 데이터를 추출하여 Bob 대칭키를 생성한다.
Bob TRNG은 무작위 자연난수를 발생하여 Bob MCU로 전송한다.
Bob MCU는 상기 무작위 자연난수로 Bob 대칭키를 암호화하여 Bob 비대칭키를 생성한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice 비대칭키를 Alice VPN을 통해 Bob VPN으로 전송하면, Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob VPN으로부터 Alice 비대칭키를 수신한다.
Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob 비대칭키를 Bob VPN을 통해 Alice VPN으로 전송하면, Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice VPN으로부터 Bob 비대칭키를 수신한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice VPN을 통해 수신한 Bob 비대칭키로 Alice 메모리에 저장된 Bob PIN 데이터를 암호화하여 Alice VPN을 통해 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob VPN으로 전송한다.
Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob VPN을 통해 수신한 Alice 비대칭키로 Bob 메모리에 저장된 Alice PIN 데이터를 암호화하여 Bob VPN을 통해 Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice VPN으로 전송한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice 비대칭키로 암호화된 Alice PIN 데이터를 Alice 대칭키로 복호화한 Alice PIN 데이터와 Alice e-FUSE에서 Alice PIN 데이터를 추출한 Alice PIN 데이터가 일치 및 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob 비대칭키로 암호화된 Bob PIN 데이터를 Bob 대칭키로 복호화한 Bob PIN 데이터와 Bob e-FUSE에서 추출한 Bob PIN 데이터가 일치 할 경우, Alice 양자보안 단말기에 연결된 통합제어서버와 Bob 양자보안 단말기에 연결된 로컬서버 사이에 로그인(LOG In) 네트워크망 연결하여 통합제어서버는 CPTED TOWER 내부의 감시카메라의 촬영 영상을 로컬서버를 통해 수신한다.
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(CPTED TOWER)
ISP(Internet Service Provider) 사업자 네트워크망에 연결된 통합제어서버와 CPTED TOWER 내부의 로컬서버에 있어서, CPTED TOWER는 감시카메라, LPWAN(Low Power Wide Area Network) 중계기, 로컬서버를 포함하여 구성된다.
LPWAN 단말기는 측정부, 단말 e-FUSE, LPWAN 통신모듈, 단말제어부로 구성된다.
단말제어부는 단말 e-FUSE를 통해 하드웨어 PIN 데이터를 추출하여 LPWAN 단말기에 ID Address(IDentity Address)를 부여하여 LPWAN 통신모듈로 전송한다.
상기 단말제어부는 측정부로부터 측정된 측정데이터를 LPWAN 통신모듈로 전송한다.
LPWAN 통신모듈은 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 LPWAN 중계기로 전송한다.
LPWAN 중계기는 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 수신하여, 로컬 서버로 전송한다.
로컬서버는 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob 주제어부(MCU)로 전송한다.
Bob 주제어부(MCU) LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Alice 비대칭키로 암호화하여 Bob VPN을 통해 Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice VPN으로 전송한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice 주제어부(MCU)는 Alice VPN를 통해 수신한 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Alice 대칭키로 복호화하여 통합제어서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 양자 보안칩 탑재 누수-원격검침 LPWAN 서비스 제공 양자보안 통신시스템이다.

일 예로,
양자보안 단말기 내부의 VPN(Virtual Private Network)은 보안 소켓 계층(SSL: Secure Sockets Layer) 프로토콜 기반으로 한 소프트웨어 기반의 SSL VPN으로 MCU에 업로드 된다.

일 예로,
양자보안 단말기 내부의 VPN(Virtual Private Network)은 SSL VPN에 한정하지 않고, IPSec VPN으로 도 1과 같이 단말기 내부에 하드웨어 형태로 칩셋화 되어 SYSTEM BUS로 MCU 및 Security CPU와 연결된다.

일 실시 예로,
양자보안 단말기는 MCU, TRNG, e-FUSE, VPN, 메모리, 네트워크망 차단기로 구성되어 Alice 양자보안 단말기, Bob 양자보안 단말기로 구별된다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice e-FUSE로부터 Alice PIN 데이터를 추출하여 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob 메모리에 저장한다.
Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob e-FUSE로부터 Bob PIN 데이터를 추출하여 Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice 메모리에 저장한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice e-FUSE에서 Alice PIN 데이터를 추출하여 Alice 대칭키를 생성한다.
Alice TRNG은 무작위 자연난수를 발생하여 Alice MCU로 전송한다.
Alice MCU는 상기 무작위 자연난수로 Alice 대칭키를 암호화하여 Alice 비대칭키를 생성한다.
Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob e-FUSE에서 Bob PIN 데이터를 추출하여 Bob 대칭키를 생성한다.
Bob TRNG은 무작위 자연난수를 발생하여 Bob MCU로 전송한다.
Bob MCU는 상기 무작위 자연난수로 Bob 대칭키를 암호화하여 Bob 비대칭키를 생성한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice 비대칭키를 Alice VPN을 통해 Bob VPN으로 전송하면, Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob VPN으로부터 Alice 비대칭키를 수신한다.
Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob 비대칭키를 Bob VPN을 통해 Alice VPN으로 전송하면, Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice VPN으로부터 Bob 비대칭키를 수신한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice VPN을 통해 수신한 Bob 비대칭키로 Alice 메모리에 저장된 Bob PIN 데이터를 암호화하여 Alice VPN을 통해 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob VPN으로 전송한다.
Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob VPN을 통해 수신한 Alice 비대칭키로 Bob 메모리에 저장된 Alice PIN 데이터를 암호화하여 Bob VPN을 통해 Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice VPN으로 전송한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice 비대칭키로 암호화된 Alice PIN 데이터를 Alice 대칭키로 복호화한 Alice PIN 데이터와 Alice e-FUSE에서 Alice PIN 데이터를 추출한 Alice PIN 데이터가 일치하고, Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob 비대칭키로 암호화된 Bob PIN 데이터를 Bob 대칭키로 복호화한 Bob PIN 데이터와 Bob e-FUSE에서 추출한 Bob PIN 데이터가 일치 할 경우에 Alice 양자보안 단말기에 연결된 통합제어서버와 Bob 양자보안 단말기에 연결된 로컬서버 사이에 로그인(LOG In) 네트워크망 연결한다.
LPWAN 단말기는 측정부, 단말 e-FUSE, LPWAN 통신모듈, 단말제어부로 구성된다.
측정부는 누수검지센서, 수도 미터기, 전기 미터기, 열 미터기, 가스 미터기 중 어느 하나 이상으로 구성되어, 측정 데이터를 단말제어부로 전송한다.
단말제어부는 단말 e-FUSE를 통해 하드웨어 PIN 데이터를 추출하여 LPWAN 단말기에 ID Address(IDentity Address)를 부여하여 LPWAN 통신모듈로 전송한다.
상기 단말제어부는 측정부로부터 측정된 측정데이터를 LPWAN 통신모듈로 전송한다.
LPWAN 통신모듈은 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 LPWAN 중계기로 전송한다.
LPWAN 중계기는 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 수신하여, 로컬 서버로 전송한다.
로컬서버는 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob 주제어부(MCU)로 전송한다.
Bob 주제어부(MCU) LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Alice 비대칭키로 암호화하여 Bob VPN을 통해 Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice VPN으로 전송한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice 주제어부(MCU)는 Alice VPN를 통해 수신한 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Alice 대칭키로 복호화하여 통합제어서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 양자 보안칩 탑재 누수-원격검침 LPWAN 서비스 제공 양자보안 통신시스템이다.

일 실시 예로,
양자보안 단말기는 MCU, TRNG, PUF, VPN, 메모리, 네트워크망 차단기로 구성되어 Alice 양자보안 단말기, Bob 양자보안 단말기로 구별된다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice PUF로부터 Alice PIN 데이터를 추출하여 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob 메모리에 저장한다.
Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob PUF로부터 Bob PIN 데이터를 추출하여 Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice 메모리에 저장한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice PUF에서 Alice PIN 데이터를 추출하여 Alice 대칭키를 생성한다.
Alice TRNG은 무작위 자연난수를 발생하여 Alice MCU로 전송한다.
Alice MCU는 상기 무작위 자연난수로 Alice 대칭키를 암호화하여 Alice 비대칭키를 생성한다.
Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob PUF에서 Bob PIN 데이터를 추출하여 Bob 대칭키를 생성한다.
Bob TRNG은 무작위 자연난수를 발생하여 Bob MCU로 전송한다.
Bob MCU는 상기 무작위 자연난수로 Bob 대칭키를 암호화하여 Bob 비대칭키를 생성한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice 비대칭키를 Alice VPN을 통해 Bob VPN으로 전송하면, Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob VPN으로부터 Alice 비대칭키를 수신한다.
Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob 비대칭키를 Bob VPN을 통해 Alice VPN으로 전송하면, Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice VPN으로부터 Bob 비대칭키를 수신한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice VPN을 통해 수신한 Bob 비대칭키로 Alice 메모리에 저장된 Bob PIN 데이터를 암호화하여 Alice VPN을 통해 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob VPN으로 전송한다.
Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob VPN을 통해 수신한 Alice 비대칭키로 Bob 메모리에 저장된 Alice PIN 데이터를 암호화하여 Bob VPN을 통해 Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice VPN으로 전송한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice 비대칭키로 암호화된 Alice PIN 데이터를 Alice 대칭키로 복호화한 Alice PIN 데이터와 Alice PUF에서 Alice PIN 데이터를 추출한 Alice PIN 데이터가 일치하고, Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob 비대칭키로 암호화된 Bob PIN 데이터를 Bob 대칭키로 복호화한 Bob PIN 데이터와 Bob PUF에서 추출한 Bob PIN 데이터가 일치 할 경우, Alice 양자보안 단말기에 연결된 통합제어서버와 Bob 양자보안 단말기에 연결된 로컬서버 사이에 로그인(LOG In) 네트워크망 연결한다.

LPWAN 단말기는 측정부, 단말 PUF, LPWAN 통신모듈, 단말제어부로 구성되어,
측정부는 누수검지센서, 수도 미터기, 전기 미터기, 열 미터기, 가스 미터기 중 어느 하나 이상으로 구성되어, 측정 데이터를 LPWAN 통신모듈로 전송한다.
단말제어부는 단말 PUF를 통해 하드웨어 PIN 데이터를 추출하여 LPWAN 단말기에 ID Address(IDentity Address)를 부여하여 LPWAN 통신모듈로 전송한다.
상기 단말제어부는 측정부로부터 측정된 측정데이터를 LPWAN 통신모듈로 전송한다.
LPWAN 통신모듈은 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 LPWAN 중계기로 전송한다.
LPWAN 중계기는 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 수신하여, 로컬 서버로 전송한다.
로컬서버는 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob 주제어부(MCU)로 전송한다.
Bob 주제어부(MCU) LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Alice 비대칭키로 암호화하여 Bob VPN을 통해 Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice VPN으로 전송한다.
Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice 주제어부(MCU)는 Alice VPN를 통해 수신한 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Alice 대칭키로 복호화하여 통합제어서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 양자 보안칩 탑재 누수-원격검침 LPWAN 서비스 제공 양자보안 통신시스템이다.

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 양자보안 단말기는 MCU, TRNG, e-FUSE, VPN, 메모리, 네트워크망 차단기로 구성되어 Alice 양자보안 단말기, Bob 양자보안 단말기로 구별되며;

    양자보안 단말기 내부의 VPN(Virtual Private Network)은 IPSec VPN으로 양자보안 단말기 내부에 하드웨어 형태로 칩셋화 되어 SYSTEM BUS로 MCU 및 Security CPU와 연결된 IPSec VPN 또는 보안 소켓 계층(SSL: Secure Sockets Layer) 프로토콜 기반으로 한 소프트웨어 기반의 SSL VPN으로 MCU에 업로드된 SSL VPN 중 어느 하나이며;

    Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice e-FUSE로부터 Alice PIN 데이터를 추출하여 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob 메모리에 저장하며;
    Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob e-FUSE로부터 Bob PIN 데이터를 추출하여 Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice 메모리에 저장하며;

    Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice e-FUSE에서 Alice PIN 데이터를 추출하여 Alice 대칭키를 생성하며;
    Alice TRNG은 무작위 자연난수를 발생하여 Alice MCU로 전송하며;
    Alice MCU는 상기 무작위 자연난수로 Alice 대칭키를 암호화하여 Alice 비대칭키를 생성하며;

    Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob e-FUSE에서 Bob PIN 데이터를 추출하여 Bob 대칭키를 생성하며;
    Bob TRNG은 무작위 자연난수를 발생하여 Bob MCU로 전송하며;
    Bob MCU는 상기 무작위 자연난수로 Bob 대칭키를 암호화하여 Bob 비대칭키를 생성하며;

    Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice 비대칭키를 Alice VPN을 통해 Bob VPN으로 전송하면, Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob VPN으로부터 Alice 비대칭키를 수신하며;
    Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob 비대칭키를 Bob VPN을 통해 Alice VPN으로 전송하면, Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice VPN으로부터 Bob 비대칭키를 수신하며;

    Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice VPN을 통해 수신한 Bob 비대칭키로 Alice 메모리에 저장된 Bob PIN 데이터를 암호화하여 Alice VPN을 통해 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob VPN으로 전송하며;
    Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob VPN을 통해 수신한 Alice 비대칭키로 Bob 메모리에 저장된 Alice PIN 데이터를 암호화하여 Bob VPN을 통해 Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice VPN으로 전송하며;

    Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice 비대칭키로 암호화된 Alice PIN 데이터를 Alice 대칭키로 복호화한 Alice PIN 데이터와 Alice e-FUSE에서 Alice PIN 데이터를 추출한 Alice PIN 데이터가 일치;및
    Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob 비대칭키로 암호화된 Bob PIN 데이터를 Bob 대칭키로 복호화한 Bob PIN 데이터와 Bob e-FUSE에서 추출한 Bob PIN 데이터;가 일치 할 경우,
    Alice 양자보안 단말기에 연결된 통합제어서버와 Bob 양자보안 단말기에 연결된 로컬서버 사이에 로그인(LOG In) 네트워크망 연결하며;

    LPWAN 단말기는 측정부, 단말 e-FUSE, LPWAN 통신모듈, 단말제어부로 구성되어,
    측정부는 누수검지센서, 수도 미터기, 전기 미터기, 열 미터기, 가스 미터기 중 어느 하나 이상으로 구성되어, 측정 데이터를 단말제어부로 전송하며;
    단말제어부는 단말 e-FUSE를 통해 하드웨어 PIN 데이터를 추출하여 LPWAN 단말기에 ID Address(IDentity Address)를 부여하여 LPWAN 통신모듈로 전송하며;
    상기 단말제어부는 측정부로부터 측정된 측정데이터를 LPWAN 통신모듈로 전송하며;
    LPWAN 통신모듈은 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 LPWAN 중계기로 전송하며;
    LPWAN 중계기는 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 수신하여, 로컬 서버로 전송하며;
    로컬서버는 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob 주제어부(MCU)로 전송하며;
    Bob 주제어부(MCU) LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Alice 비대칭키로 암호화하여 Bob VPN을 통해 Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice VPN으로 전송하며;
    Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice 주제어부(MCU)는 Alice VPN를 통해 수신한 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Alice 대칭키로 복호화하여 통합제어서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 양자 보안칩 탑재 누수-원격검침 LPWAN 서비스 제공 양자보안 통신시스템.
  12. 양자보안 단말기는 MCU, TRNG, PUF, VPN, 메모리, 네트워크망 차단기로 구성되어 Alice 양자보안 단말기, Bob 양자보안 단말기로 구별되며;

    양자보안 단말기 내부의 VPN(Virtual Private Network)은 보안 소켓 계층(SSL: Secure Sockets Layer) 프로토콜 기반으로 한 소프트웨어 기반의 SSL VPN으로 MCU에 업로드되며;

    Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice PUF로부터 Alice PIN 데이터를 추출하여 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob 메모리에 저장하며;
    Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob PUF로부터 Bob PIN 데이터를 추출하여 Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice 메모리에 저장하며;

    Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice PUF에서 Alice PIN 데이터를 추출하여 Alice 대칭키를 생성하며;
    Alice TRNG은 무작위 자연난수를 발생하여 Alice MCU로 전송하며;
    Alice MCU는 상기 무작위 자연난수로 Alice 대칭키를 암호화하여 Alice 비대칭키를 생성하며;

    Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob PUF에서 Bob PIN 데이터를 추출하여 Bob 대칭키를 생성하며;
    Bob TRNG은 무작위 자연난수를 발생하여 Bob MCU로 전송하며;
    Bob MCU는 상기 무작위 자연난수로 Bob 대칭키를 암호화하여 Bob 비대칭키를 생성하며;

    Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice 비대칭키를 Alice VPN을 통해 Bob VPN으로 전송하면, Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob VPN으로부터 Alice 비대칭키를 수신하며;
    Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob 비대칭키를 Bob VPN을 통해 Alice VPN으로 전송하면, Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice VPN으로부터 Bob 비대칭키를 수신하며;

    Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice VPN을 통해 수신한 Bob 비대칭키로 Alice 메모리에 저장된 Bob PIN 데이터를 암호화하여 Alice VPN을 통해 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob VPN으로 전송하며;
    Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob VPN을 통해 수신한 Alice 비대칭키로 Bob 메모리에 저장된 Alice PIN 데이터를 암호화하여 Bob VPN을 통해 Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice VPN으로 전송하며;

    Alice 양자보안 단말기 내부의 Alice MCU는 Alice 비대칭키로 암호화된 Alice PIN 데이터를 Alice 대칭키로 복호화한 Alice PIN 데이터와 Alice PUF에서 Alice PIN 데이터를 추출한 Alice PIN 데이터가 일치;및
    Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob MCU는 Bob 비대칭키로 암호화된 Bob PIN 데이터를 Bob 대칭키로 복호화한 Bob PIN 데이터와 Bob PUF에서 추출한 Bob PIN 데이터;가 일치 할 경우,
    Alice 양자보안 단말기에 연결된 통합제어서버와 Bob 양자보안 단말기에 연결된 로컬서버 사이에 로그인(LOG In) 네트워크망 연결하며;

    LPWAN 단말기는 측정부, 단말 PUF, LPWAN 통신모듈, 단말제어부로 구성되어,
    측정부는 누수검지센서, 수도 미터기, 전기 미터기, 열 미터기, 가스 미터기 중 어느 하나 이상으로 구성되어, 측정 데이터를 LPWAN 통신모듈로 전송하며;
    단말제어부는 단말 PUF를 통해 하드웨어 PIN 데이터를 추출하여 LPWAN 단말기에 ID Address(IDentity Address)를 부여하여 LPWAN 통신모듈로 전송하며;
    상기 단말제어부는 측정부로부터 측정된 측정데이터를 LPWAN 통신모듈로 전송하며;
    LPWAN 통신모듈은 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 LPWAN 중계기로 전송하며;
    LPWAN 중계기는 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 수신하여, 로컬 서버로 전송하며;
    로컬서버는 LPWAN 단말기 ID Address 및 측정데이터를 Bob 양자보안 단말기 내부의 Bob 주제어부(MCU)로 전송하며;
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