KR102613632B1 - 스마트팜용 통신 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스마트팜 시스템에 사용되는 암호화/복호화 방식에 관한 것으로, 본 발명에 따른 스마트팜 시스템용 암호화/복호화 방법은 암호화를 수행한 시간 정보를 데이터에 포함시킴으로써 암호화 데이터의 보안을 강화하는 것을 특징으로 한다.

Description

스마트팜용 통신 제어 장치 및 그 방법{COMMUNICATION CONTROL DEVICE FOR SMART FARM, AND METHOD THEREOF}

본 발명은 스마트팜을 위한 통신 프로토콜에 관한 것으로, 특히 통신 프로토콜의 보안 기술에 관한 것이다.

스마트팜이란 비닐하우스, 유리온실, 축사 등에 사물인터넷(IoT: Internet of Thing), 빅데이터(Big data), 인공지능(AI: Artificial Intelligence), 로봇 기술 등 4차 산업혁명 기술을 적용하여 작물과 가축의 생육 환경을 원격 및 자동으로 적정하게 유지/관리할 수 있는 농장을 의미한다.

이러한 스마트팜 환경에서 스마트팜 내의 수많은 기기들을 제어하기 위해서는 공통된 통신 프로토콜이 필수적이다. 수많은 기기마다 저마다의 프로토콜을 사용한다면 각 기기별로 제어를 따로 해야하는 곤란함이 있기 때문이다.

이를 위해 스마트팜용 기기 혹은 센서들을 제조하는 회사들은 자신의 기기가 더 많이 판매되도록 하기 위해 프로토콜을 공개하는 방식을 사용해 왔다.

그런데 이렇게 공개된 프로토콜을 사용하는 경우 보안 프로토콜의 알려진 문제들 때문에 해킹의 위험이 높고, 그에 따라 스마트 팜 내의 센서나 기기들의 해킹에 의해 큰 피해를 입을 우려가 늘 존재해 왔다.

본 발명의 발명자는 이러한 스마트팜 환경에서의 통신 프로토콜의 보안 문제를 해결하기 위해 오랫동안 연구하고 시행착오를 거친 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 스마트팜 환경에서 각종 센서 및 기기간 통신 프로토콜의 보안 문제를 해결할 수 있는 새로운 보안 프로토콜을 이용하는 통신 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

본 발명에 따른 스마트팜용 통신 제어 장치는,

하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하는 제어부; 및 암호화 데이터 송수신을 위한 통신부;를 포함하되,

상기 제어부는, 송신할 데이터에 암호화를 수행한 시간 정보를 포함시켜 암호화하는 것을 특징으로 한다.

상기 암호화 알고리즘은 LEA(Lightweight Encryption Algorithm)인 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는, 송신할 데이터와 암호화를 수행한 시간 정보를 각각 암호화하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는, 송신할 데이터를 암호화한 다음 암호화를 수행한 시간 정보를 포함시켜 한 번 더 암호화하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는, 상기 송신할 데이터에 암호화를 수행한 시간 정보를 포함시켜 암호화한 암호화 데이터를 상기 통신부를 통해 송신하거나 수신하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는, 상기 수신한 암호화 데이터를 복호화한 다음, 상기 암호화를 수행한 시간 정보 데이터를 복호화하여 상기 암호화된 데이터의 진위여부를 확인하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 스마트팜용 통신 제어 방법은 하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하는 제어부에 의해 수행되고,

송신할 데이터에 암호화를 수행할 시간 정보를 포함시키는 단계; 및 상기 시간 정보가 포함된 데이터를 암호화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 암호화하는 단계에 사용되는 암호화 알고리즘은 LEA 인 것을 특징으로 한다.

상기 시간 정보를 포함시키는 단계 이전에, 상기 데이터를 먼저 암호화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 시간 정보를 포함시키는 단계 이전에, 상기 송신할 데이터와 암호화를 수행한 시간 정보를 각각 암호화하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 스마트팜용 통신 제어 방법은 하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하는 제어부에 의해 수행되고,

암호화 수행 시간 정보가 포함된 암호화 데이터를 수신하는 단계; 상기 암호화 데이터를 복호화하는 단계; 및 복호화된 암호화 수행 시간 정보에 의해 상기 복호화된 암호화 데이터의 진위여부를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 복호화하는 단계에 사용되는 암호화 알고리즘은 LEA 인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 스마트팜용 통신 제어 장치 및 그 방법에 따르면 보안을 향상시킨 새로운 통신 프로토콜을 제공함으로써 스마트팜의 환경을 해킹 등으로부터 보호할 수 있는 효과가 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1은 스마트팜 시스템의 전체적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 스마트팜용 제어 장치의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 스마트팜용 통신 제어 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 스마트팜용 통신 제어 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 스마트팜용 통신 제어 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 스마트팜용 통신 제어 방법의 흐름도이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 스마트팜용 통신 제어 장치 및 그 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 스마트팜 시스템의 전체적인 구조도이다.

스마트팜 시스템(1)은 중앙 제어장치(100)와 각종 스마트팜용 센서들 및 스마트팜용 기기들로 구성될 수 있다.

제어장치(100)는 각종 센서들(센서 #1 내지 #4)로부터 센싱 데이터들을 입력 받아 스마트팜 시스템(1)의 각종 기기들(기기 #1 내지 #4)을 제어하게 된다.

센서들의 종류로는 스마트팜 내부 온도, 습도 센서, CO2, 토양 수분 센서, 양액 농도, 산도 센서, 외부 온도, 습도 센서, 풍향/풍속 센서, 강우량, 일사량 센서 등이 있을 수 있다.

스마트팜용 기기들의 종류로는, 미세 살수기, 스프링클러, 환기, 난방용 기기, 차광 커튼, 온수/난방수 조절기 등이 있을 수 있다.

이렇게 제어장치(100)와 각종 기기간의 통신을 위해서는 데이터의 암호화가 필수적이다.

암호화는 대칭키 방식과 비대칭키(공개키) 방식이 존재한다.

대칭키 암호화 방식은, 암호화/복호화에 사용하는 키가 동일한 암호화 방식이다. 따라서 해당 키를 아는 사람이 암호화된 데이터를 복호화할 수 있다.

반면, 비대칭키(공개키) 방식은 암호화에 사용하는 키와 복호화에 사용하는 키가 다른 암호화 방식이다.

암호화에 사용하는 키는 모든 사람에게 공개되어 있기 때문에 공개키이고, 복호화에 사용하는 키는 각 사용자 고유의 개인키이다.

비대칭키 방식에 비해 대칭키 방식은 하나의 키만 유출되면 암호화와 복호화가 모두 가능하기 때문에 보안상 취약한 점이 있다.

하지만, 비대칭키 암호화 방식에 비해 속도가 빠르고 비교적 알고리즘이 간단하기 때문에 스마트팜용 보안 알고리즘으로 대칭키 방식이 널리 사용되고 있다.

이러한 대칭키 방식 알고리즘 중 LEA(Lightweight Encryption Algorithm, 리아) 암호화 방식은 IoT나 모바일 기기등의 경량 환경에서 사용할 수 있는 대한민국 국가 표준(KS X 3246) 알고리즘이다.

LEA 방식은 범용 컴퓨팅 환경에서 우수한 성능을 보여주는데, AES 블록 암호화 대비 1.5~2배 빠른 암호화가 가능하기 때문에 스마트팜 환경에서도 널리 사용되고 있다.

스마트팜용 기기들 사이의 프로토콜은 다음 표 1과 같이 구성될 수 있다.

데이터	1	2	3	4	5
용도	시작	장치	Slave ID	목적	끝

이러한 프로토콜은 암호화 없이 사용하는 경우 보안 문제가 있기 때문에, LEA 알고리즘 등을 사용하여 암호화한 후 사용 가능하다.그런데 LEA 알고리즘을 사용하는 경우, 다음 표 2와 같은 문제점이 있다.

원본	1	2	3	4	5
암호화	11	12	13	14	15

예를 들어 LEA를 통해 원본 데이터 1, 2, 3, 4, 5가 11, 12, 13, 14, 15로 암호화 되었다고 가정하면(실제로 LEA를 통해 이렇게 암호화 되지는 않음), 키를 가지고 있지 않은 해커는 암호화된 11, 12, 13, 14, 15를 통해 원본 데이터인 1, 2, 3, 4, 5를 유추할 수는 없다.하지만 해커가 암호화된 11, 12, 13, 14, 15에 의해 스마트팜 내의 어떤 기기가 동작하는 것을 알아내면, 예를 들어 11, 12, 13, 14, 15에 의해 온도 조절기 등이 동작한다는 것을 알아내면, 대칭키를 통해 원본 데이터를 알아내지 못하더라도 11, 12, 13, 14, 15 데이터를 전송함으로써 온도 조절기를 동작시킬 수 있는 문제가 있는 것이다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 스마트팜용 제어 장치는 LEA 알고리즘을 보완한 통신 프로토콜을 사용한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 스마트팜용 제어 장치의 개략적인 구조도이다.

본 발명에 따른 스마트팜용 제어 장치(100)는 제어부(110) 및 통신부(120)를 포함할 수 있다.

제어부(110)는 하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하여 데이터를 암호화/복호화하게 된다.

통신부(120)를 통해서는 암호화 데이터를 송/수신하게 된다.

제어부(100)는 원본 데이터에 시간 정보를 추가한 후 이를 LEA 방식으로 암호화하여 송수신함으로써 보안 문제를 해결한다. 또한 LEA 방식이 아니라 다른 대칭키 또는 비대칭키 알고리즘 역시 사용될 수 있다.

즉, 원본 데이터에 시간 정보를 포함하여 암호화 함으로써, 암호화된 데이터는 암호화 시점에 따라 항상 달라지게 되고, 해커는 암호화 키를 알아내지 못하는 이상 어떤 데이터에 의해 스마트팜 내의 어떤 기기가 동작하는 지 알아낼 수 없는 것이다.

따라서, 본 발명에 따르면, 원본 데이터만을 암호화하는 것이 아니라, 원본 데이터에 시간 정보를 추가한 후 암호화를 진행함으로써 LEA 암호화의 문제점을 해결할 수 있다.

제어부(100)는 또한, 다양한 방식으로 원본 데이터를 암호화할 수 있다.

예를 들면, 제어부(100)는 송신할 데이터와 암호화를 수행한 시간 정보를 각각 암호화하여 이들을 송신할 수 있다.

또는, 제어부(100)는 송신할 데이터를 암호화한 다음, 암호화를 수행한 시간 정보를 포함시키고, 시간 정보가 포함된 암호화된 데이터를 한 번 더 암호화할 수 있다. 즉, 중복 암호화를 수행하는 것이다.

이처럼, 제어부(100)는 송신할 데이터와 암호화를 수행한 시간 정보를 다양하게 암호화한 다음, 통신부를 통해 송신할 수 있다.

제어부(100)는, 수신한 암호화 데이터를 복호화하여 암호화를 수행한 시간 정보를 확인할 수 있다. 제어부(100)는 이 복호화된 시간 정보를 확인하여 수신한 데이터의 진위 여부를 확인할 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 스마트팜용 통신 제어 방법의 흐름도이다.

본 발명의 실시예에 따른 스마트팜용 통신 제어 방법은 하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하는 제어부에 수행될 수 있다.

먼저 암호화할 데이터에 시간 정보를 포함시킨다(S210).

단순히 데이터만을 암호화한다면 대칭키가 유출되거나 탈취된 경우 암호화한 데이터라도 쉽게 복호화가 가능하기 때문이다.

그 다음 암호화할 데이터와 시간 정보를 함께 암호화할 수 있다(S220).

도 4는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 스마트팜용 통신 제어 방법의 흐름도이다.

도 3의 스마트팜용 통신 제어 방법과는 달리, 송신할 데이터를 우선 암호화하고 암호화를 수행한 시간을 추가하여 한번 더 암호화하는 차이가 있다.

구체적으로, 우선 데이터에 대한 암호화를 수행한다(S310).

그런 다음 시간 정보를 암호화된 데이터에 추가할 수 있다(S320).

암호화된 데이터에 시간 정보를 포함시킨 후 전체를 다시 한 번 암호화한다(S330).

즉, 암호화를 중복으로 수행하여 보안을 더욱 강화시킨 것이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 스마트팜용 통신 제어 방법의 흐름도이다.

도 4의 실시예와는 달리 데이터와 시간 정보를 암호화한 후 이 둘을 합하는 차이가 있다.

우선 데이터를 암호화하고(S410), 시간 정보를 암호화한 다음(S420),

암호화된 데이터와, 암호화된 시간 정보를 더하여 다른 스마트팜용 기기에 송신할 수 있다.

도 6은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 스마트팜용 통신 제어 방법의 흐름도이다.

도 6에 따른 제어방법은 암호화 데이터를 수신하는 방법에 관한 것이다.

우선 암호화된 데이터를 수신하고(S510). 암호화된 데이터를 복호화한다(S520).

이 때 복호화에 사용하는 알고리즘은 LEA일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

그런 다음 복호화된 시간 정보 데이터에 의해 수신한 데이터의 진위여부를 확인한다(S530)

이렇게 송/수신 데이터에 시간 정보를 포함시켜 암호화함으로써 본 발명에 따른 스마트팜용 통신 제어 장치 및 그 방법은 보안 알고리즘의 알려진 위험을 피할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명의 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (12)

1. 스마트팜용 통신 제어 장치로서:
   스마트팜 내부 온도, 습도 센서, CO2, 토양 수분 센서, 양액 농도, 산도 센서, 외부 온도, 습도 센서, 풍향/풍속 센서, 강우량, 일사량 센서로 이루어지는 센서로부터 센싱 데이터를 입력 받아, 미세 살수기, 스프링클러, 환기, 난방용 기기, 차광 커튼, 온수/난방수 조절기로 이루어지는 기기를 제어하고,
   하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하는 제어부; 및
   상기 기기와 암호화 데이터를 송수신하는 통신부;
   를 포함하되,
   상기 제어부는, 송신할 데이터를 암호화한 다음, 암호화를 수행한 시간 정보를 포함시킨 후, 한 번 더 암호화하고,
   상기 제어부는, LEA(Lightweight Encryption Algorithm)의 알고리즘으로 암호화를 수행하고,
   상기 제어부는, 상기 수신한 암호화 데이터를 복호화한 다음, 상기 암호화를 수행한 시간 정보 데이터를 복호화하여 상기 암호화된 데이터의 진위여부를 확인하는 것을 특징으로 하는, 스마트팜용 통신 제어 장치.
   
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7. 제1항에 따른 스마트팜용 통신 제어 장치의 상기 제어부에 의해 수행되는 스마트팜용 통신 제어 방법으로서:
   송신할 데이터를 암호화하는 단계;
   상기 암호화를 수행한 시간 정보를 암호화하는 단계;
   암호화된 상기 송신할 데이터에, 암호화된 상기 시간 정보를 포함시키는 단계;
   상기 시간 정보가 포함된 송신할 데이터를 암호화하는 단계; 및
   암호화된 최종 데이터를 상기 기기로 송신하는 단계를 포함하고,
   상기 기기로부터, 암호화 수행 시간 정보가 포함된 암호화 데이터를 수신하는 단계;
   수신한 상기 암호화 데이터를 복호화하는 단계; 및
   복호화된 암호화 수행 시간 정보에 의해 상기 복호화된 암호화 데이터의 진위여부를 확인하는 단계;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 스마트팜용 통신 제어 방법.
   
   
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