KR20100040779A - 프라이버시와 완전한 전방향 안전성을 제공하는 umts 키 동의 프로토콜 - Google Patents

프라이버시와 완전한 전방향 안전성을 제공하는 umts 키 동의 프로토콜 Download PDF

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KR20100040779A
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Abstract

3G 이동 통신 기술 중 하나인 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)에서는 무선 구간의 안전한 통신을 위해 UMTS AKA(Authentication and Key Agreement) 프로토콜을 사용한다. 그러나 이 프로토콜은 SN(ServingNetwork)과 HN(Home Network)의 네트워크 대역폭 소모 문제, SQN(SeQuence Number) 동기화 문제 등 여러 가지 문제점이 제기되었다. 이러한 UMTS AKA 프로토콜의 문제점을 개선한 새로운 타원곡선 기반 UMTS AKA 프로토콜을 제안한다. 제안하는 프로토콜은 IMSI(International Mobile Subscriber Identity)의 노출로 인한 문제점으로부터 프라이버시 보호를 강화하고, ECDH(Elliptic Curve Diffie Hellman) 기법을 통해 완전한 전방향 안전성을 제공한다.
UMTS, 키 동의 프로토콜, Perfect Forward Securicy, Privacy

Description

프라이버시와 완전한 전방향 안전성을 제공하는 UMTS 키 동의 프로토콜 {A UMTS key agreement protocol providing privacy and perfect forward secrecy}
UMTS 무선 구간에서 완전한 전방향안전성을 제공하고 IMSI 노출 때문에 발생하는 프라이버시 문제점을 극복한 타원 곡선 기반의 새로운 UMTS AKA 프로토콜
UMTS의 표준화 기구인 3GPP에서 무선 구간에서의 안전한 통신을 위한 UMTS AKA프로토콜을 제안하였으나 UMTS AKA 프로토콜은 SN과 HN 사이의 대역폭 소모 문제, SQN 동기화 문제 등의 여러 가지 문제점이 있으며, 이를 개선하기 위해 기존의 프로토콜에서 동기화를 제거한 AP-AKA 프로토콜, 해시 체인을 이용한 Harn/Hsin 프로토콜, 임시키를 사용한 UMTS X-AKA 프로토콜 등이 제안됨.
UMTS 무선 구간에서의 안전한 통신을 위해 UMTS 표준화 기구인 3GPP에서 제안된 UMTS AKA 프로토콜이 갖는 SN과 HN 사이의 대역폭 소모 문제, SQN 동기화 문제, IMSI 노출 때문에 발생하는 프라이버시 문제, 전방향안전성 문제의 해결.
이 프로토콜은 타원 곡선 암호방식을 기반으로 완전한 전방
향 안전성을 보장한다.
이전에 제안된 프로토콜들은 공통적으로 장기간 비밀키인 K가 노출되면 이전의 통신 내용이 모두 노출된다. 또한 프로토콜마다 차이는 있지만 통신 시 사용되는 일부 정보가 노출되면 전방향안전성을 보장하지 못하는 문제가 있다. 그러나 제안하는 프로토콜에서는 이러한 약점을 보완한 완전한 전방향안전성을 제공한다.
연구 배경
. IMSI(International Mobile Subscriber Identity):
IMSI는 가입자 식별 값으로 USIM(Universal Subscriber Identity Module)과 AuC(Authentication Center)에 저장되어 있다. IMSI 는 초기에 가입자를 식별할 때 사용되어 진다.
. USIM : UMTS-AKA 프로토콜을 수행하기 위해 필요한 가입자의 비밀키 K 와 IMSI 등의 사용자정보와 암호 알고리즘 등을 저장하는 모듈이다.
.MS(Mobile Station): USIM이 삽입되는 단말기로써, 암.복호화와 무결성을 검증하는 기능이 있다.
.Node B(or Base station): MS와 RNC사이에 통신 연결을 담당하는 역할을 한다.
.RNC(Radio Network Controller): Node B를 제어하고, SGSN(Serving GPRS Support Node)이나 MSC/VLR(Mobile Switching Center/Visitor Location Register)와 연결되며 암.복호화와 무결성 검증을 수행한다.
.SGSN: GPRS(General Packet Radio Service) 서비스 지역 내에서 MS와의 데이터 패킷 전달을 담당하는 노드이다.
.MSC/VLR: MSC는 CS(Circuit Switch) 서비스를 제공하고 VLR은 방문 가입자에 대한 정보를 저장하는 역할을 한다.
.HLR(Home Location Register): 가입자에 대한 정보가 저장되며, SGSN이나 MSC/VLR에게 전달하게 된다.
.AuC: 가입자의 인증과 무선구간에서 암호화를 지원을 위한 시스템으로 가입자 정보 IMSI 와 비밀키 K를 저장하고 있다.
표기법
Figure 112008070926219-PAT00001
1. 프로토콜의 가정
- MS는 자신의 HN사이에 비밀키 K, 임시 ID인 TID MS, 암호알고리즘을 공유하고 있다.
- SN과 HN의 통신 구간은 MAPsec이나 IPsec과 같은 Network Domain Security 메커니즘을 통해 안전한 채널을 이룬다고 가정한다.
- MS는 현재 자신이 속해 있는 SN의 ID인 ID SN를 알 수 있다.
- HN과 SN은 신뢰 기관이라 하고, 공격자가 HN이나 SN의 제어권을 획득하여 생기는 문제는 고려하지 않는다.
- 암호알고리즘의 문제점으로 생기는 프로토콜의 문제점이나 GSM과 UMTS가 공존하여 생기는 문제점은 고려하지 않는다.
제안하는 프로토콜
초기프로토콜
Figure 112008070926219-PAT00002
Figure 112008070926219-PAT00003
Figure 112008070926219-PAT00004
Figure 112008070926219-PAT00005
Figure 112008070926219-PAT00006
초기화 프로토콜-1(MS-SN)
Figure 112008070926219-PAT00007
초기화 프로토콜-2(SN-HN)
Figure 112008070926219-PAT00008
초기화 프로토콜-3(MS-SN)
Figure 112008070926219-PAT00009
초기화 프로토콜 이후에 진행되는 프로토콜
Figure 112008070926219-PAT00010
Figure 112008070926219-PAT00011

Claims (1)

  1. 프로토콜은 이러한 UMTS AKA 프로토콜의 문제점을 개선한 새로운 타원곡선 기반 UMTS AKA 프로토콜을 제안하고 IMSI(International Mobile Subscriber Identity)의 노출로 인한 문제점으로부터 프라이버시 보호를 강화하며, ECDH(Elliptic Curve Diffie Hellman) 기법을 통해 완전한 전방향 안전성을 제공한다.
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