KR20190106303A - 블루투스 le 통신을 위한 보안 방법 - Google Patents

블루투스 le 통신을 위한 보안 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 장시간 사용에 장점을 가지고 있는 블루투스 LE 통신에 적합한 암호화와 복호화 방법을 제공하는 블루투스 LE 통신을 위한 보안 방법에 관한 것으로서, BLE 암호화데이터를 생성하는 BLE 클라이언트에 설치된 BLE 태그와 상기 BLE 태그로부터 암호화 데이터를 수신하여 BLE 통신하는 블루투스 LE 통신을 위한 보안 방법에 있어서, 상술한 목적을 달성하기 위한 블루투스 LE(BLE) 통신을 위한 보안 시스템은 BLE 태그(Tag)의 MAC 주소를 읽는 제1 판독단계; BLE 태그가 시간에 따라 부여된 시퀀스 넘버(Sequency Number)를 읽는 제2 판독단계; BLE 태그 생산 시에 부여된 키 관리를 위한 고유 번호 중에 6 byte를 읽는 제3 판독단계; 상기 제1 판독단계, 제2 판독단계 및 제3 판독단계에서 획득한 각각의 MAC 주소, 시퀀스 넘버 및 고유 번호를 이용하여 AES(Advanced Encryption Standard) 암호화키를 생성하는 제1 생성단계; 및 상기 생성단계에서 획득한 AES키를 이용하여 센서 데이터를 암호화하는 단계;를 포함하여 구성되어 보안에 취약한 블루투스 LE 통신의 보안기능을 강화시킨 효과가 있다.

Description

블루투스 LE 통신을 위한 보안 방법{SECURITY METHOD FOR BLUETOOTH LOW ENERGY COMMUNICATION}
본 발명은 블루투스 LE 통신(Bluetooth Low Energy Communication)을 위한 보안 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 장시간 사용에 장점을 가지고 있는 블루투스 LE 통신에 적합한 암호화와 복호화 방법을 제공하는 블루투스 LE 통신을 위한 보안 방법에 관한 것이다.
사물 인터넷(internet of thing, IoT) 환경에서 데이터를 수집하기 위한 무선 통신 기술 중에 블루투스 LE(Bluetooth LE(low energy))가 가장 일반적으로 사용되고 있다. 블루투스 LE는 배터리의 장시간 사용에 장점을 갖고 있어 데이터를 무선으로 송수신하는데 적합한 기술로 알려져 있다. Bluetooth 는 SIG(Special Interest Group)에서 핵심 사양(core specification)과 서비스(service)를 관리, 정의하는 무선 통신 기술이다.
BLE를 지원하는 디바이스들은 기본적으로 어드버타이즈(Advertise ; Broadcast) 모드와 연결(Connection) 모드로 구분되며 이 두가지 모드를 통해 외부와 통신한다.
먼저, 어드버타이즈 모드는 방송(Broadcast)과 병기하여 표현한 바와 같이 특정 디바이스를 지정하지 않고 주변의 모든 디바이스에게 신호를 보내는 브로드캐스팅 방식을 사용하는 것을 나타낸다. 즉, 어드버타이즈 모드는 어드버타이징 형태(Advertising type)의 신호를 일정 주기로 무작위로 외부로 보내게 된다.
어드버타이즈 모드는 한 번에 한 개 이상의 디바이스와 통신할 수 있는 방식이다. 주로 디바이스가 자신의 존재를 알리거나 적은 양(31Bytes 이하)의 유저 데이터(User data)를 보낼 때도 사용된다. 한 번에 보내야 하는 데이터 크기가 작다면, 굳이 오버헤드가 큰 연결 과정을 거쳐서 데이터롤 보내기 보다는, 어드버타이즈를 이용하는 것이 더 효율적이기 때문이다. 게다가 전송할 수 있는 데이터 크기 제한을 보완하기 위해 스캔 요구(Scan Request), 스캔 응답(Scan Response)을 이용해서 추가적인 데이터를 주고받을 수 있다
따라서, 어드버타이즈 모드에서는 신호를 일방적으로 뿌리는 것이기 때문에, 보안에 취약하다라는 문제점이 있다.
한국 특허 등록 공보 제10-1805838호(발명의 명칭 : BLE를 이용한 실시간 정보 제공 시스템 및 방법)
따라서 본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리 장시간 사용에 장점을 가지고 있는 블루투스 LE 통신에 적합한 암호화와 복호화 방법을 제공하여 보안에 취약한 블루투스 LE 통신의 보안기능을 강화시킨 블루투스 LE 통신을 위한 보안 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 BLE 태그들과 이들 태그로부터 어드버타이징 패킷을 수신하는 BLE AP(Access Point)간의 무선 통신에 BLE 프로토콜 규약내의 BLE 태그(Tag)의 MAC주소(Media Access Control Address)를 이용함으로서 암호화을 위한 키의 기본 소스의 일부로 쓰여 BLE 태그(Tag)와 BLE AP와 공유할 수 있어 암호화 또는 복호화를 위한 키를 서버 등에 조회할 필요가 없는 블루투스 LE 통신을 위한 보안 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 암호화에 있어서 시퀀스 넘버(Sequency Number)를 암호화 또는 복호화하기 위한 키의 일부로 쓰기 때문에 암호화 및 복호화의 키가 실 시간으로 변하는 블루투스 LE 통신을 위한 보안 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 BLE 태그(Tag)의 MAC주소와 시퀀스 넘버와 함께 서버에서 일정한 주기 별로 부여되며 펌웨어 바이너리로 알 수 없이 보호되는 고유번호를 암호화 또는 복호화의 일부로 쓰기 때문에 고도화된 암호화를 제공할 수 있는 블루투스 LE 통신을 위한 보안 방법을 제공하기 위한 것이다.
BLE 암호화데이터를 생성하는 BLE 클라이언트에 설치된 BLE 태그와 상기 BLE 태그로부터 암호화 데이터를 수신하여 BLE 통신하는 블루투스 LE 통신을 위한 보안 방법에 있어서,
상술한 목적을 달성하기 위한 블루투스 LE(BLE) 통신을 위한 보안 시스템은 BLE 태그(Tag)의 MAC 주소를 읽는 제1 판독단계;
BLE 태그가 시간에 따라 부여된 시퀀스 넘버(Sequency Number)를 읽는 제2 판독단계;
BLE 태그 생산 시에 부여된 키 관리를 위한 고유 번호 중에 6 byte를 읽는 제3 판독단계;
상기 제1 판독단계, 제2 판독단계 및 제3 판독단계에서 획득한 각각의 MAC 주소, 시퀀스 넘버 및 고유 번호를 이용하여 AES(Advanced Encryption Standard key) 암호화키를 생성하는 제1 생성단계; 및
상기 생성단계에서 획득한 AES 암호화키를 이용하여 센서 데이터를 암호화하는 단계;를 포함하여 구성된다.
BLE 태그(Tag로부터 상기 암호화된 센서데이터를 수신하는 단계;
상기 수신된 센서데이터의 BLE MAC 주소를 획득하는 제1 획득단계;
상기 센서데이터에 포함된 시퀀스 넘버를 추출하는 제2 획득단계;
상기 센서데이터를 사용하는 키관리를 위한 고유번호 중 6바이트를 BLE AP에 저장된 곳에서 읽는 제3 획득단계;
상기 제1 획득단계, 제2 획득단계 및 제3 획득단계에서 획득한 각각의 BLE MAC 주소, 시퀀스 넘버 및 고유번호를 이용하여 AES 복호화키를 생성하는 제2 생성단계; 및
상기 센서데이터를 상기 제2 생성단계에서 생성된 AES 복호화키를 이용하여 복호화하는 단계;를 포함하여 구성된다.
BLE AP는 설정된 시간이 초과되었는 지의 여부를 감지하는 감지 단계;
BLE AP는 설정된 시간이 초과된 경우면 소정의 BLE 태그에 고유 번호 업데이트 명령을 전송하여 고유 번호를 업데이트하도록 하는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
따라서 본 발명의 블루투스 LE 통신을 위한 보안 방법은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리 장시간 사용에 장점을 가지고 있는 블루투스 LE 통신에 적합한 암호화와 복호화 방법을 제공하여 보안에 취약한 블루투스 LE 통신의 보안기능을 강화시킨 효과가 있다.
또한, 본 발명의 블루투스 LE 통신을 위한 보안 방법은 BLE 태그들과 이들 태그로부터 어드버타이징 패킷을 수신하는 BLE AP(Access Point)간의 무선 통신에 BLE 프로토콜 규약내의 BLE 태그(Tag)의 MAC주소(Media Access Control Address)를 이용함으로서 암호화을 위한 키의 기본 소스의 일부로 쓰여 BLE 태그(Tag)와 BLE AP와 공유할 수 있어 암호화 또는 복호화를 위한 키를 서버 등에 조회할 필요가 없으므로 편리한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 블루투스 LE 통신을 위한 보안 방법은 암호화에 있어서 시퀀스 넘버(Sequency Number)를 암호화 또는 복호화하기 위한 키의 일부로 쓰기 때문에 암호화 및 복호화의 키가 실 시간으로 변하는 블루투스 LE 통신을 위한 보안 방법을 제공하므로 보안이 강화된 효과가 있다.
또한, 본 발명의 블루투스 LE 통신을 위한 보안 방법은 BLE 태그(Tag)의 MAC주소와 시퀀스 넘버와 함께 서버에서 일정한 주기 별로 부여되며 펌웨어 바이너리로 알 수 없이 보호되는 고유번호를 암호화 또는 복호화의 일부로 쓰기 때문에 고도화된 암호화를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 블루투스 LE 통신을 위한 보안 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블루투스 LE 통신하기 위한 데이터 패킷 구조를 나타낸 패킷 포맷도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 블루투스 LE 통신을 위한 보안 시스템에서 암호화하는 단계를 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 블루투스 LE 통신을 위한 보안 시스템에서 복호화하는 단계를 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 블루투스 LE 통신을 위한 보안 시스템에 있어서 관리키를 업데이트 하는 과정을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블루투스 LE 통신을 위한 보안 시스템에 있어서 관리키를 업데이트 하는 과정을 나타낸 순서도.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 블루투스 LE 통신을 위한 보안 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 먼저 본 발명의 블루투스 LE 통신을 위한 보안 방법을 구현하기 위한 시스템은 BLE 통신하는 BLE AP(Access Point)(100)와 AP에 접속하는 다수의 BLE 클라이언트(200) 및 BLE AP(100)에 연결된 데이터수신서버(300)를 포함하여 구성된다.
BLE 클라이언트(200, 210, 220))에는 각각 BLE 태그(201, 211, 221)가 부착되어 있다. 주지하는 바와 같이 BLE AP(100)와 BLE 태그(201, 211, 221)는 페어링의 과정을 거쳐서 상호 채널을 형성한 상태로 접속하게 되며 이 페어링 과정 중에 암호화 및 복호화 과정을 발생시킨다.
데이터수신서버(300)는 자동 키 생성 및 관리자의 필요에 의한 수동 업데이트 서버에서 설정한 시간이 지나면 BLE AP(100)별 고유 번호를 생성한다. 필요에 의해 관리자가 수동으로 고유 번호를 업데이트 명령을 내릴 수 있도록 구성한다. 생성된 고유키를 BLE AP에 특별한 명령을 이용하여 업데이트 한다. 만약 BLE AP(100)가 고유 번호 업데이트 명령을 수신하면 BLE AP는 고유 번호를 업데이트 하고 주변에서 송신하고 있는 BLE 태그(201, 211, 221)에 고유 번호 업데이트 명령을 전송하여 고유 번호를 업데이트하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블루투스 LE 통신하기 위한 데이터 패킷 구조를 나타낸 패킷 포맷도이다.
도 2를 참조하면, 패킷의 포맷은 AD 헤더(Advertising header)(400)와 유저 데이터(User data)(500)로 구성되며, 도시되지 않은 MAC주소(Media Access Control Address)와 BLE 태그(Tag)의 고유번호가 포함된다. 고유번호는 시퀀스 넘버와 함께 서버에서 일정한 주기 별로 부여되며 펌웨어 바이너리로 알 수 없이 보호된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 블루투스 LE 통신을 위한 보안 시스템에서 암호화하는 단계를 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명의 MAC일 실시예에 따른 블루투스 LE 통신을 위한 보안 시스템에서 복호화하는 단계를 나타낸 순서도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 먼저 설명의 편의를 위하여 BLE 태그(201, 211, 221) 중 제1 BLE 태그(201)에서 암호화하는 과정에 대하여 설명하기로 한다. 제2 BLE 태그(211), 제3 BLE 태그(221) 및 그 이외의 BLE 태그들도 유사한 과정에 의해 암호화를 진행하므로 동일한 설명이 반복되므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
S202단계에서 제1 BLE 태그(201)는 자신의 MAC 주소를 읽는다.
S204단계에서 제1 BLE 태그(201)는 시간에 따라 부여된 시퀀스 넘버(Sequency Number)를 읽는다.
S206단계에서 제1 BLE 태그(201) 생산 시에 부여된 키 관리를 위하여 생성된 고유 번호 중에 6 byte를 읽는다.
상기 S202, S204 및 S206단계에서 획득한 각각의 MAC 주소, 시퀀스 넘버 및 고유 번호를 이용하여 AES(Advanced Encryption Standard) 암호화키를 생성한다(S208단계) .
S210단계 상기 생성단계에서 획득한 AES 암호화키를 이용하여 센서 데이터를 암호화한다. 여기서 암호화시키는 센서데이터는 환경 감지 센서가 내장된 BLE 태그들이 획득한 데이터로 BLE 태그(201, 211, 221)의 각각의 특성에 따라 센서데이터들은 차이가 있을 수 있다.
도 4를 참조하면, S302단계에서 먼저 BLE AP(100)는 S302단계에서 소정의 BLE 태그(201, 211, 221)로부터 센서데이터를 수신한다. 한편, 설명의 편의를 위하여 BLE AP(100)가 수신하는 BLE 태그(201, 211, 221)는 제1 BLE 태그(201)라고 가정하여 설명하기로 한다.
S304단계에서 BLE AP(100)는 상기 수신된 센서데이터에서 제1 BLE 태그(201)의 BLE MAC 주소를 획득한다.
S306단계에서 BLE AP(100)는 상기 센서데이터에 포함된 제1 BLE 태그(201)의 시퀀스 넘버를 추출한다.
S308단계에서 BLE AP(100)는 상기 센서데이터를 사용하는 키관리를 위한 제1 BLE 태그(201)의 고유번호 중 6바이트를 BLE AP(100)에 저장된 곳에서 읽는다.
S310단계에서 BLE AP(100)는 상기 제1 획득단계, 제2 획득단계 및 제3 획득단계에서 획득한 각각의 BLE MAC 주소, 시퀀스 넘버 및 고유번호를 이용하여 AES 복호화키를 생성한다.
S312단계에서 BLE AP(100)는 상기 센서데이터를 상기 제2 생성단계에서 생성된 AES 복호화키를 이용하여 센서데이터를 복호화시킨다.
한편, 전술한 실시예에서는 고유번호를 이용하여 암호화시키는 방법에 대하여 설명하였지만, 후술하는 바와 같이 고유번호를 포함시키지 않은 상태로 MAC주소와 시퀀스넘버만을 이용하여 암호화 및 복호화할 수 있으며, 이는 전술한 S206단계가 없고 이후의 단계에서 고유번호를 포함하지 않고 암호화 작업을 수행하는 정도의 차이가 있다. 마찬가지로 복호화 과정에서도 S308과정이 없고 이후의 단계에서 고유번호를 포함하지 않고 복호화 작업을 수행하는 정도의 차이가 있다.
이 중 고유번호를 사용하지 않는 암호화 과정을 간략하게 설명하면 다음과 같다.
제1 BLE 태그(201)는 BLE 태그(Tag)의 MAC 주소를 읽는다.
제1 BLE 태그(201)는 BLE 태그에 시간에 따라 부여되는 시퀀스넘버(Sequency Number)를 읽는다.
제1 BLE 태그(201)는 상기 판독한 각각의 MAC 주소 및 시퀀스넘버를 이용하여 AES(Advanced Encryption Standard) 암호화키를 생성한다.
상기 생성단계에서 획득한 AES 암호화키를 이용하여 센서 데이터를 암호화시킨다.
고유번호를 사용하지 않는 복호화 과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.
BLE AP(100)는 제1 BLE 태그(201)로부터 센서데이터를 수신한다.
BLE AP(100)는 상기 수신된 센서데이터의 BLE MAC 주소를 획득한다.
BLE AP(100)는 상기 센서데이터에 포함된 시퀀스 넘버를 추출한다.
BLE AP(100)는 획득한 각각의 BLE MAC 주소 및 시퀀스 넘버를 이용하여 AES 복호화키를 생성한다.
상기 센서데이터를 생성된 AES 복호화키를 이용하여 복호화한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 블루투스 LE 통신을 위한 보안 시스템에 있어서 관리키를 업데이트 하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, S402단계에서 BLE AP(100)는 설정된 시간이 초과되었는 지의 여부를 감지한다.
S404단계에서 BLE AP(100)는 설정된 시간이 초과된 경우면 소정의 BLE 태그(201, 211, 221)에 고유 번호 업데이트 명령을 전송하여 고유 번호를 업데이트하도록 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블루투스 LE 통신을 위한 보안 시스템에 있어서 관리키를 업데이트 하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, S502단계에서 BLE AP(100)는 데이터수신서버(300)를 통하여 관리자로부터 고유 번호 업데이트 명령을 수신 대기한다.
S504단계에서 하면 BLE AP(100)는 데이터수신서버(300)를 통하여 관리자로부터 고유 번호 업데이트 명령을 수신하면 소정의 BLE 태그(201, 211, 221)에 고유 번호 업데이트 명령을 전송하여 고유 번호를 업데이트하도록 한다.
상기 본 발명의 내용은 도면에 도식된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : BLE AP 200, 210, 220 : 클라이언트
201, 202, 203 : BLE 태그 300 : 데이서수신서버

Claims (1)

  1. BLE 암호화데이터를 생성하는 BLE 클라이언트에 설치된 BLE 태그와 상기 BLE 태그로부터 암호화 데이터를 수신하여 BLE 통신하는 블루투스 LE 통신을 위한 보안 방법에 있어서,
    상술한 목적을 달성하기 위한 블루투스 LE(BLE) 통신을 위한 보안 시스템은 BLE 태그(Tag)의 MAC 주소를 읽는 제1 판독단계;
    BLE 태그가 시간에 따라 부여된 시퀀스 넘버(Sequency Number)를 읽는 제2 판독단계;
    BLE 태그 생산 시에 부여된 키 관리를 위한 고유 번호 중에 6 byte를 읽는 제3 판독단계;
    상기 제1 판독단계, 제2 판독단계 및 제3 판독단계에서 획득한 각각의 MAC 주소, 시퀀스 넘버 및 고유 번호를 이용하여 AES(Advanced Encryption Standard) 암호화키를 생성하는 제1 생성단계; 및
    상기 생성단계에서 획득한 AES 암호화키를 이용하여 센서 데이터를 암호화하는 단계;를 포함하는 블루투스 LE 통신을 위한 보안 방법.
KR1020180027578A 2018-03-08 2018-03-08 블루투스 le 통신을 위한 보안 방법 KR20190106303A (ko)

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CN113038458A (zh) * 2019-12-25 2021-06-25 中移智行网络科技有限公司 一种数据传输方法和系统

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