KR20090045339A - 거짓 동기 버스트 검출 - Google Patents

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KR20090045339A
KR20090045339A KR1020097005240A KR20097005240A KR20090045339A KR 20090045339 A KR20090045339 A KR 20090045339A KR 1020097005240 A KR1020097005240 A KR 1020097005240A KR 20097005240 A KR20097005240 A KR 20097005240A KR 20090045339 A KR20090045339 A KR 20090045339A
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파울 이. 고르데이
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모토로라 인코포레이티드
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Abstract

2차 통신 시스템(100)의 동작 동안, 장래 동기 버스트에 대한 무작위 지수 백 오프(random exponential back off)는 비인증 비컨의 검출에 따라서 실행될 것이다. 좀더 구체적으로, 어떠한 비컨도 수신되지 않거나 비인증 비컨이 수신되는 결과를 가져올 때까지 인지 라디오(104)는 수신된 매 동기 버스트 상에서 작동한다. 이후 인지 라디오는 무작위 지수 백 오프 절차를 개시하며, 비컨을 수신할 시간을 스케줄링하기 전에 난수의 동기 버스트를 수신해야 한다. 수신된 각 비인증 비컨에 대해서, 백 오프 지수는 증분됨으로써, 비컨을 다시 수신할 시간을 스케줄링하기 전에 수신되어야만 하는 동기 버스트의 수를 증가시킨다.
동기 버스트, 비컨, 카운터, 논리 회로

Description

거짓 동기 버스트 검출{FRAUDULENT SYNCHRONIZATION BURST DETECTION}
본 발명은 일반적으로 거짓 동기 버스트 검출에 관한 것이며, 구체적으로 거짓 동기 버스트가 검출되는 경우 보안 백오프(security back off)를 실행하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
IEEE 802.22가 사용하는 것으로 고려되는 타입의 인지 라디오 시스템(cognitive radio system)에서, 2차 인지 라디오 시스템(cognitive secondary radio system)은 기회주의적(opportunistic) 접근을 이용하는 1차 시스템에 할당된 스펙트럼을 이용할 것이다. 이러한 접근으로, 2차 무선 시스템은 1차 인컴벤트(incumbent)와 스펙트럼을 공유할 뿐만 아니라 2차 기반의 인증 하에 동작하는 것들과 공유할 것이다. 이러한 조건하에서는, 인지 라디오 시스템 내의 어떠한 사용자도 1차 사용자에 간섭하지 않을 것이 필수적이다.
2차 통신 시스템이 사용하기 위한 이용가능한 채널을 식별하기 위해 제안된 기술은 비컨(beacon)의 사용을 측정하여 스펙트럼의 1차 사용자의 존재를 알리는 것과 관련된다. 비컨은 완전한(full), 16-바이트 암호의 MIC(message integrity code)가 비컨에 부가될 수 있는 충분한 시간을 가지므로, 수신된 비컨이 인지 라디오(cognitive radio)(또는 비컨을 수신하는 다른 인증된 디바이스)에 의해서 인증 될 수 있다.
비컨으로 보내질 것이 요구되는 데이터는 일반적으로 이용가능한 수신 창(window of reception) 동안 보내질 수 있는 것보다 크기 때문에 비컨을 이용하는 데에는 문제가 있다. 이것을 해결하기 위해서, 일련의 짧은 "동기 버스트(synchronization bursts)"로서, 비컨이 보내질 때를 식별하는 각 동기 버스트가 제안된다. 이후 인지 라디오는 비컨이 보내질 때를 알기 위해서 이러한 짧은 버스트들 중의 하나만을 수신해야 한다. 비컨을 수신하고 디코드하는 동안, 인지 라디오는 이후 비컨 송신 시간 동안 비교적 긴 침묵기를 스케줄링(scheduling)한다.
이러한 접근의 문제는, 일반적으로 단지 3 바이트 길이인 동기 버스트가 어떠한 암호 보호(cryptographic protection)도 가질 수 없으므로, 속을 수 있다는데 있다. 따라서, 인지 라디오가 거짓 비컨, 또는 절대 보내지지 않을 비컨을 위한 채널을 모니터하도록 유도하면서, 사용자가 거짓(false) 동기 버스트를 보낼 수 있는 서비스 거부 보안 홀(denial-of-service security hole)이 존재한다. 이에 의해서 인지 라디오의 쓰루풋은 수용불가능한 정도로 감소될 수 있다. 따라서, 거짓 동기 버스트를 검출하고 감소시키는 방법 및 장치에 대한 요구가 있다.
도 1은 통신 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1의 노드의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 대한 도 2의 노드의 동작을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 대한 도 2의 노드의 동작을 도시하는 흐름도이다.
상술한 필요를 해결하기 위해서, 거짓 동기 버스트를 검출하고 감소시키는 방법 및 장치가 본 명세서에 제공된다. 2차 통신 시스템의 동작중에, 장래 동기 버스트(sync burst)에 대한 무작위 백 오프(random back off)가 인증되지 않은 비컨의 검출에 이어서 실행될 것이다. 좀더 구체적으로, 인지 라디오(cognitive radio)는, 비컨을 수신하지 않거나 인증되지 않은 비컨을 수신하는 결과를 초래하도록 동작할 때까지 수신되는 동기 버스트마다 동작한다. 이후 인지 라디오는 무작위 백 오프 절차를 개시하며, 비컨을 수신할 시간을 스케줄링하기 전에 난수(random number)의 동기 버스트를 수신해야 한다. 본 발명의 제1 실시예에서는 지수 백 오프가 사용된다. 수신된 각각의 비인증 비컨에 대해서, 백 오프를 증분함으로써, 비컨을 다시 수신할 시간을 스케줄링하기 전에 수신되어야 하는 동기 버스트의 수를 증가시킨다.
악의적인(malevolent) 동기 버스트 송신기가 인지 라디오를 방해하는데 초기에 성공하는 반면, 그 효과는 지수 백 오프의 효과에 의해서 뉴슨스 레벨(nuisance level)로 재빨리 감소될 것이다. 또한, 악의적인 동기 버스트 송신기는 (백 오프의 무작위 특성에 기인하여) 인지 라디오에 영향을 주기 위해 어느 때에 얼마나 많은 동기 버스트들이 요구될지를 예측하는 것이 불가능할 것이므로, 계속 동기 버스트를 송신해서 뉴슨스를 생성할 것이라는 확신이 들도록 해야 한다.
본 발명은 거짓 동기 버스트 상에서 검출하고 동작하는 방법을 포함한다. 방법은 비컨이 수신될 수 있는 기간을 알리는 동기 버스트를 수신하는 단계, 동기 버스트가 거짓인지 판정하는 단계, 및 비컨을 수신할 때를 스케줄링하기 전에 다수의 동기 버스트가 수신되어야 하는 절차를 개시하는 단계를 포함한다.
본 발명은 비컨이 수신될 수 있는 기간을 알리는 동기 버스트를 수신하는 단계, 카운터(C)가 만료되는지 판정하는 단계, 카운터가 만료될 때에만 비컨을 청취하는 단계, 및 동기 버스트가 거짓인지 판정하는 단계를 더 포함한다. 카운터는 동기 버스트가 거짓일 때 증분되고, 거짓이 아니면 카운터는 감소된다.
본 발명은 비컨이 수신될 수 있는 기간을 알리는 동기 버스트를 청취하는 단계 - 상기 청취하는 단계는 단지 카운터(C)가 만료되는 때에만 발생함 - , 비컨이 수신될 수 있는 기간을 알리는 동기 버스트를 수신하는 단계, 비컨을 청취하는 단계, 및 동기 버스트가 거짓인지 판정하는 단계를 포함하는 방법을 부가적으로 포함한다. 카운터는 동기 버스트가 거짓이면 증분되고, 거짓이 아니면 감소된다.
본 발명은 비컨이 수신될 수 있는 기간을 알리는 동기 버스트를 수신하는 수신기와, 동기 버스트가 거짓인지 판정하고 절차를 개시하는 논리 회로 - 다수의 동기 버스트는 비컨을 수신하는 시간을 스케줄링하기 전에 수신되어야 함 - 를 포함하는 장치를 포함한다.
이제 도면으로 넘어가면, 유사한 참조부호는 유사한 구성요소를 지칭하며, 도 1은 사무실 건물의 인테리어의 내부 및 외부에 배치된 통신 시스템(100)의 블록도이다. 통신 시스템(100)은 바람직하게는 스펙트럼의 주 사용자의 존재를 알리기 위해 비컨의 존재를 판정할 때 수반되는 다수의 무선 디바이스(104)를 포함하는 인지 라디오 시스템이다. 사무실 건물은 복수의 방(103)(하나만 라벨로 표시함)을 둘러싸는 주위 벽(102)을 포함한다.
원형 물체들, 또는 노드들(104)(하나만 라벨로 표시함)은 2차 통신 시스템의 일부로서 동작하는 무선 디바이스를 나타내고, 기회주의적 접근을 이용하여 1차 통신 시스템에 할당된 스펙트럼을 사용한다. 이러한 접근으로, 2차 노드들(104)은 스펙트럼을 1차 노드(105) 외에, 2차 기반(secondary basis) 상의 인증 하에 동작하는 것들과 공유할 것이다.
도 1이 2차원 공간에 존재하는 노드들(104)을 도시하지만 당업자는 노드들(104)이 3차원 공간을 포함하는 다른 환경에 위치할 수 있다는 것을 인식할 것이라는 점에 유의해야 한다. 예를 들면, 노드들(104)은 다층 건물(multi-level building)내에 위치한 치안 제1 응답자 무선 장비(public safety first responder radio equipment), 골프 코스에 위치한 무선 트랜스시버를 장착한 골프 카트, 다층(multi-level) 창고 내에 위치한 재고표(inventory tag) 등을 포함할 수 있다.
직사각형 물체, 105는 비컨을 송신하는 무선 디바이스를 나타낸다. 특히, 물체(105)는 비컨이 송신될 때를 식별하는 일련의 짧은 "동기 버스트"를 송신하고, 바람직하게는 적절한 기간에 비컨을 송신할 것이다. 상술한 바와 같이, 동기 버스트들은 암호 보호(cryptographic protection)를 갖지 않으므로, 속을 수 있다. 따라서, 사용자가 거짓 동기 버스트(false synchronization bursts)를 보내서, 인지 라디오가 거짓 비컨(false beacons), 또는 절대 보내지지 않는 비컨에 대한 채널을 모니터하도록 할 수 있는 서비스 거부 보안 홀이 존재한다.
이 문제를 해결하기 위해서, 인지 라디오(104)는 비컨이 수신될 수 있는 기간을 알리는 동기 버스트를 수신하고, 어느 동기 버스트가 거짓인지를 판정할 것이다. 거짓 동기 버스트가 어느 한 라디오(104)에 의해 검출되는 경우, 라디오(104)는 무작위 백 오프 절차를 개시할 것이며, 비컨을 수신할 시간을 스케줄링하기 전에 다수의 동기 버스트를 수신해야 한다. 비컨이 적절한 시간에 수신되지 않거나 비인증 비컨이 수신되는 경우 동기 버스트는 거짓인 것으로 판정된다. 따라서, 비컨이 수신된 후, 동기 버스트가 거짓이라는 판정은 비컨을 인증하는데 실패한 것에 기초할 것이다. 마찬가지로, 적절한 시간에 비컨 수신에 실패한 후, 동기 버스트가 거짓이라는 판정은 비컨을 수신하는데 실패한 것에 기초한다.
수신된 각각의 비인증 비컨에 대해서, 백 오프 지수(back off exonent)가 증분됨으로써, 비컨을 다시 수신할 시간을 스케줄링하기 전에 수신되어야만 하는 동기 버스트의 수를 증가시킨다.
도 2는 노드(104)의 블록도이다. 도시된 바와 같이, 노드(104)는 논리 회로(203)(마이크로프로세서(203)), 수신 회로(202), 및 송신 회로(201)를 포함한다. 논리 회로(203)는 바람직하게는, Freescale PowerPC 마이크로프로세서와 같은 마이크로프로세서 컨트롤러를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 논리 회로(203)는 노드(104)를 제어하기 위한 수단으로 동작한다. 수신 및 송신 회로는 공지된 통신 프로토콜을 사용하는 통신을 위해 당업계에 잘 알려진 공통 회로이며, 메시지를 송신 및 수신하기 위한 수단으로 동작한다. 예를 들면, 수신기(202) 및 송신기(201)는 IEEE 802.22 통신 시스템 프로토콜을 사용하는 공지된 송신기이다. 가능한 다른 송신기 및 수신기는 블루투스 IEEE 802.11 또는 HyperLAN 프로토콜을 사용하는 트랜스시버를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 대한 도 2의 노드의 동작을 도시하는 흐름도이다. 본 발명의 제1 실시예에서, 노드(104)는 동기 버스트를 청취할 것이지만, 카운터(C)가 만료될 때에는 비컨 만을 청취할 것이다. 다수의(C) 동기 버스트는 비컨을 수신할 시간을 스케줄링하기 전에 수신되어야 한다.
논리 흐름은, 논리 회로(203)가 변수(BE)를 0으로 초기화하고, 카운터(C)가 0과 2BE 사이의 임의의 정수(즉, C=rand(2BE))인 단계(301)에서 시작한다. 단계 303에서, 수신기(202)는 동기 버스트를 청취하고 단계 305에서, 논리 회로(203)는 동기 버스트가 검출되었는지를 판정한다. 단계 305에서, 동기 버스트가 검출되었다고 판정되면, 논리 흐름은 단게 309로 계속되고, 동기 버스트가 검출되었다고 판정되지 않으면 논리 회로는 단계 307로 계속된다. 단계 307에서, BE의 값은 폴리시(policy)에 따라 조정되고, 카운터 C에 대한 새로운 값이 결정된다. 단계 307에서의 폴리시는 단계 307에 도달할 때마다 1씩 BE를 감소시킬 수 있고(즉, BE=BE-1), 또는 좀더 복잡할 수 있는데, 예를 들면, 소정 수의 동기 버스트가 없어진 직후에만 BE의 값이 감소될 것을 요구할 수 있다. 이후 논리 흐름은 단계 303으로 돌아간다.
단계 309에서 논리 회로(203)는 1씩 카운터를 감소시키고, 단계 311에서 논리 회로(203)는 카운터 C가 만료되었는지(C=0) 판정한다. C=0이면, 논리 회로(203)는 수신기(202)가 비컨을 청취할 것을 지시하고(단계 313), C≠0이면, 논리 흐름은 단계 303으로 돌아간다. 단계 317에서, 논리 회로(203)는 유효 비컨이 수신되었는지를 판정한다. 논의된 바와 같이, 무효 비컨은 수신되지 않은 비컨, 또는 적절히 인증되지 않은 비컨으로 가정될 것이다. 따라서, 단계 317에서 논리 회로(203)는 수신된 비컨이면 어느 것이나 인증하도록 시도할 것이다.
유효 비컨이 수신되면, 논리 회로(203)는 유효 비컨 검출 프로세스를 실행한다(단계 315). 좀더 구체적으로, 논리 회로(203)는 비컨에 포함된 정보를 처리하고, 비컨에 의해 보호된 서비스를 간섭하는 것을 피하도록 동작한다.
계속해서, 단계 317에서 논리 회로(203)가 유효 비컨이 수신되지 않았다고(따라서 동기 버스트가 거짓이라고) 판정하면, 단계 319에서 논리 회로(203)는 소정 폴리시에 따른다. 단계 319에서 폴리시는 유효 동기 버스트가 수신되지 않을 때마다 1씩 BE를 증분하여(즉, BE=BE+1), 0과 2BE 사이에서의 카운터 C에 대한 새로운 임의의 정수값을 선택할 수 있다. 또한 좀더 복잡할 수 있으며, 소정 수의 무효 비컨들이 BE를 증분하기 전에 수신될 것을 요구하거나, 수신되지 않은 비컨 및 수신되었으나 적절히 인증되지 않은 비컨에 대해 상이한 폴리시를 가질 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 무효 동기 버스트가 검출될 때마다, 논리 회로(203)는 카운터 C를 증가시키므로, 비컨을 수신할 시간을 스케줄링하기 전에 수 신되어야만 하는 동기 버스트의 수를 증가시킨다. 논리 흐름은 이후 단계 303으로 돌아간다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 대한 도 2의 노드의 동작을 도시하는 흐름도이다. 본 발명의 제2 실시예에서, 노드는 카운터(C)가 만료된 후에만 동기 버스트 및 비컨을 청취할 것이다. 논리 흐름은 논리 회로(203)가 변수(BE)를 0으로 초기화하는 단계 401에서 시작하며, 카운터 C는 0과 2BE-1 사이의 임의의 정수(즉, C=rand(2BE)-1)이다. 단계 403에서, 논리 회로(203)는, 예를 들면 기간 C×Ts와 같은 C의 함수인 기간 동안, 수신기(202)가 동기 버스트 또는 비컨의 청취를 지연하도록 지시하며, 여기서 Ts는 프로토콜 슬롯 시간이다. 백 오프 기간 이후, 수신기(202)는 다음 동기 버스트를 청취하고(단계 405), 논리 회로(203)는 동기 버스트가 검출되었는지 판정한다(단계 407). 동기 버스트가 검출되지 않으면, 논리 흐름은 폴리시에 따라서 BE의 값이 조정되는 단계 409로 계속된다. 단계 409에서 폴리시는 단계 409가 달성될 때마다 1씩 BE를 감소시키거나, 좀더 복잡할 수 있는 것으로서, 예를 들면 소정 수의 동기 버스트가 사라진 후에만 BE의 값이 감소될 것을 요구할 수 있다. 논리 흐름은 단계 403으로 돌아간다.
단계 407에서 동기 버스트가 검출되면, 논리 흐름은 수신기(202)가 적절한 기간에 비컨을 청취하는 단계 411로 계속된다. 유효 비컨이 검출되었는지에 대해 판정한다(단계 415). 논의된 바와 같이, 무효 비컨은 비컨이 없거나, 또는 비인증 비컨을 포함한다. 유효 비컨이 검출되면 논리 회로(203)는 유효 비컨 검출 프로세 스를 실행한다(단계 315). 그러나, 유효 비컨이 검출되지 않으면, 단계 417에서 논리 회로(203)는 소정 폴리시를 따른다. 단계 417에서 유효 비컨이 수신되지 않을 때마다 폴리시는 1씩 BE를 증분할 수 있다(즉, BE=BE+1). 또한, 좀더 복잡할 수 있으며, BE를 증분하기 전에 소정 수의 무효 비컨이 수신될 것을 요구하거나, 또는 수신되지 않은 비컨 및 수신되었으나 적절하게 인증되지 않은 비컨에 대한 상이한 폴리시를 가질 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 무효 동기 버스트가 검출될 때마다, 논리 회로(203)는 카운터 C를 증가시켜서, 동기 버스트와 비컨을 검출하는 시도들 사이의 시간을 증가시킨다. 논리 흐름은 단계 403으로 돌아간다.
본 발명의 일 실시예에서, 단계 319 및 417에서 BE의 값은 최대값 maxBE까지만 증분된다. BE=maxBE인 경우, BE는 단계 319 및 417에서 더 이상 증분되지 않는다. 이 최대값이 없으면, 판정된 공격자(attacker)는 BE에게 실질적으로 어떠한 비컨도 수신되지 않게 하는 큰 값을 강요하여, 인지 라디오(104)의 채널 모니터링 능력을 효율적으로 불가능하게 할 수 있다. 단계 319에서, C의 새로운 값은 BE의 값과 상관없이 선택된다는 점에 유의한다.
본 발명이 부분적으로 도시되고 특정 실시예를 참조하여 기술되었지만, 당업자라면 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항에서의 다양한 변화가 가능함을 이해할 것이다. 이하의 특허청구범위의 범위 내에서 그러한 변경이 의도된다.

Claims (10)

  1. 거짓 동기 버스트(fraudulent synchronization burst) 상에서 검출 및 동작하는(acting) 방법으로서,
    비컨이 수신될 수 있는 기간을 알리는 동기 버스트를 수신하는 단계와,
    상기 동기 버스트가 거짓인지를 판정하는 단계와,
    상기 비컨을 수신할 시간을 스케줄링하기 전에 다수의 동기 버스트가 수신되어야만 하는 절차를 개시하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동기 버스트가 거짓인지를 판정하는 단계는,
    상기 비컨을 수신하는 단계와,
    상기 비컨의 인증에 실패하는 단계와,
    상기 비컨 인증의 실패에 기초하여 상기 동기 버스트가 거짓임을 판정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동기 버스트가 거짓인지를 판정하는 단계는,
    적절한 시간에 상기 비컨의 수신에 실패하는 단계와,
    상기 비컨 수신의 실패에 기초하여 상기 동기 버스트가 거짓이라고 판정하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비컨을 수신할 시간을 스케줄링하기 전에 수신되어야만 하는 동기 버스트의 수는 상기 비컨을 수신할 시간을 스케줄링하기 전에 수신되어야만 하는 동기 버스트의 난수(random number)를 포함하는 방법.
  5. 비컨이 수신될 수 있는 기간을 알리는 동기 버스트를 수신하는 단계와,
    카운터(C)가 만료되었는지를 판정하는 단계와,
    상기 카운터가 만료될 때에만 상기 비컨을 청취하는 단계와,
    상기 동기 버스트가 거짓인지 판정하는 단계와,
    상기 동기 버스트가 거짓인 경우, 상기 카운터를 증분하고, 거짓이 아닌 경우 상기 카운터를 감소시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    C는 0과 2BE 사이의 임의의 정수(random integer)인 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 카운터를 증분하는 단계는 BE를 증분하는 단계를 포함하며, 상기 카운터를 감소시키는 단계는 BE를 감소시키는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 동기 버스트가 거짓인지 판정하는 단계는,
    상기 비컨을 수신하는 단계와,
    상기 비컨의 인증에 실패하는 단계와,
    상기 비컨 인증의 실패에 기초하여 상기 동기 버스트가 거짓이라고 판정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 동기 버스트가 거짓인지 판정하는 단계는,
    적절한 시간에 상기 비컨의 수신에 실패하는 단계와,
    상기 비컨 수신의 실패에 기초하여 상기 동기 버스트가 거짓이라고 판정하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 비컨이 수신될 수 있는 기간을 알리는 동기 버스트를 수신하는 수신기와,
    상기 동기 버스트가 거짓이라고 판정하고, 상기 비컨을 수신할 시간을 스케줄링하기 전에 다수의 동기 버스트가 수신되어야만 하는 절차를 개시하는 논리 회로
    를 포함하는 장치.
    [청구항 20]
    제19항에 있어서,
    상기 동기 버스트가 거짓이라는 판정은 상기 비컨 인증의 실패에 기초하는 장치.
KR1020097005240A 2006-09-15 2007-07-27 거짓 동기 버스트 검출 KR20090045339A (ko)

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