KR20210054334A - 블록체인 기반 홈 관리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블록체인 기반 홈 관리 시스템에 관한 것으로, 자세하게는 블록체인 네트워크를 형성하는 집안 사물들을 같은 네트워크 상의 사용자단말기로 제어할 수 있는 블록체인 기반 홈 관리 시스템에 관한 것으로, 블록체인으로 운용되는 홈네트워크 상에 마련되는 노드 중의 하나로, 복수 개의 노드들에 공개키와 개인키를 생성하여 제공하는 서버와, 상기 홈네트워크 상에 마련되는 노드로서, 각각의 고유한 기능을 수행하는 복수 개의 사물과, 상기 홈네트워크 상에 마련되는 노드로서, 상기 사물에 제어신호를 인가할 수 있는 사용자단말기를 포함하고, 상기 서버는 상기 사용자단말기로부터 제어신호을 수신 받아 상기 사물을 제어하는 것을 포함한다.

Description

블록체인 기반 홈 관리 시스템{Home management system based on block chain}

본 발명은 블록체인 기반 홈 관리 시스템에 관한 것으로, 자세하게는 블록체인 네트워크를 형성하는 집안 사물들을 같은 네트워크 상의 사용자단말기로 제어할 수 있는 블록체인 기반 홈 관리 시스템에 관한 것이다.

IoT 분야의 응용이 확대되면서 사물간, 또는 사물 기기간 통신의 보안문제가 중요한 과제로 되두되고 있다. IoT 분야의 기기간 통신에 있어서, 기기 상호간에 서로를 인식하기 위한 상호인증은 무선주파스 암호화 싱크/제어 방식과 블루투스 방식이 주류를 이루고 있다. 양자 모두 특정 무선 주파수 대역을 사용하고 있다는 점에서 다음과 같은 문제점이 존재한다.

IoT 분야 및 기기간 상호 인증 뿐만 아니라, 특정 사물, 통신 등의 분야에서 상호 장비, 기기, 또는 사용자와 사용자를 특정지어 인식하고, 인식된 후에 통신상황에서 보안상태를 유지해야 하는 경우, 그 통신 수단은 유, 무선 통신, 또는 유, 무선 네트워크 방식을 사용해야 하지만, 일반적으로 해킹, 권한이탈과 같은 현상이나 문제점은 근본적으로 해소할 수 없다.

또한, 특정 주파수 대역을 이용하는 방식의 경우, 일시적 또는 기기 자체에 할당 받아 이 주파수 대역 안에서 기기간 통신이 이루어지며 상호 기기간 특성에 따라 제어 데이터 자체를 암·복호화해서 사용하기도 한다. 결과적으로 이런 과정 때문에 제어 속도에 미세한 타임러그(시간손실)가 발생하여 오작동할 수 있으며, 송·수신거리가 멀어질수록 이런 오류가 쉽게 발생할 수 있다.

또한, 주파수 대역을 사용하기 때문에 근본적으로 주파수를 통한 해킹이 가능하다. 즉, 특정 주파수 대역을 악의를 가진 사용자가 다른 기기를 통해 간섭하여 캐치되는 경우 제어권이 그 사용자에게 넘어가는 것을 막을 수 없다. 또한 악의가 없더라도 주파수 간섭에 의한 오작동 오류를 완전히 배제 할 수 없다.

한편, 블루투스를 이용하는 무선방식의 경우, 첫째, 블루투스 페어링 방식의 IoT 상호인증도 무선 채널 방식과 유사한 문제점을 갖고 있다. 특히, 블루투스 신호는 송·수신 거리가 무선 방식에 비해 상대적으로 매우 짧고, 직진성이 강해서 넓은 공간이나, 10 미터 이상 떨어지는 경우 상호 인식이 불가능하며, 블루투스 2.0에 비해 많이 개선되었다고는 하나, 아직도 블루투스는 동일 장비들이 같은 공간에 복수 이상 존재하는 경우 신호간섭이 쉽게 발생한다. 둘째, 블루투스는 기존 무선 주파수 대역을 이용하는 것 보다 간섭이 적고 보안성능이 높은 것으로 알려져 있으나 실제로는 무선 주파수 대역을 이용하는 것과 비슷한 수준의 문제점을 갖고 있다. 특히, 블루투스가 단락현상이 일어났을 때 권한을 가로채는 패턴의 해킹이 매우 손쉽고, 페어링 코드 자체를 원격 조작하는 방법으로 권한을 획득하는 방법도 그리 어렵지 않게 찾아볼 수 있다. 따라서, 어떤 부분에 있어서는 무선 주파수 대역을 이용하는 것 보다 훨씬 더 보안에 취약하다. 셋째, 블루투스 방식의 기기 상호인증은 무선 주파수 대역을 이용하는 것 보다 보다 많은 다량의 데이터를 신속히 전송할 수 있다는데 이점이 있어서 이제까지는 주로 소형 음향기긱나 디지털 장비간 상호인증, 인식 방안으로 많이 사용되었다. 그러나, 기존의 사용되던 전자인증 및 전자보안의 경우, 최대 256Byte를 기준으로 하는 중앙집중식 보안체계를 유지하고 있어 해킹에 취약하며, 시스템 운영과 관리에 막대한 비용이 소모되고 있다. 위에서 언급한 기존 보안 인증체계의 문제로 인하여 새로운 방식의 전자인증 및 보안구현 대체기술이 급격하게 대두되고 있으며, 이는 특히 핀테크를 중심으로 하는 차세대 금융산업분야에서 해결해야 할 기초과제이다.

한편, IoT 기반 사물간 통신에 관여하는 저전력 통신망(LPWAN: Low power Wide Area Network)에서는 통신비를 경감하기 위해 주로 비면허 주파수 대역(License-Free Frequency Band)인 ISM(Industrial, Scientific, Medical)을 사용한다. 이 경우에도 역시 통신 보안이 취약하다는 점에서 응용분야를 넓히는데 크게 제약이 있는 실정이다.

또한, 종래의 사물간 통신 관리 시스템은 기본적으로 중앙 서버 중심으로 운영되기 때문에 서버 관리 비용이 커져서 소비자에게 큰 부담을 주고, 중앙 서버는 해킹의 확실한 목표지점이 되기 때문에 해킹의 위험이 항상 내재될 뿐만 아니라 해킹을 방어하기 위한 부담과 비용도 커질 수 밖에 없으며, 이 부분에서도 소비자나 서비스 제공자 입장에서는 큰 부담이 된다.

종래의 기술 대한민국 등록특허 제10-1570463호는 ‘휴대용 단말기와 연동되는 도어락’을 개시하고 있으며, 출입문에 설치되어 자동으로 잠금장치를 개폐할 수 있는 디지털 도어락에 관한 것으로, 더 구체적으로 도어락은 사용자가 소지한 휴대용 단말기의 블루투스모듈에 부여된 맥 어드레스 값을 통해 출입을 인증하여, 인증된 휴대용 단말기를 소지하는 것만으로 잠금장치가 자동으로 해제되는 휴대용 단말기와 연동되는 도어락에 대한 것이다.

본 선행문헌에서 제안하는 휴대용 단말기와 연동되는 도어락은 출입문에 설치되며, 잠금장치와 상기 잠금장치를 개폐되도록 하는 컨트롤러를 포함하여 이루어지는 통상의 디지털 도어락과, 상기 도어락의 내부에 설치되며, 검색범위 내에 존재하는 사용자 휴대용 단말기의 블루투스와 연결되는 블루투스모듈과, 상기 도어락의 내부에 설치되며, 검색범위 내에 존재하는 블루투스의 연결에 따라 해당 블루투스모듈에 대한 맥 어드레스 값을 인식할 수 있는 맥어드레스인식모듈과, 상기 도어락의 내부에 설치되며, 인증된 맥 어드레스 값을 가진 사용자의 블루투스에 대한 수신감도 측정하여 잠금장치의 작동에 대한 거리를 제한할 수 있는 감지거리제한모듈과, 상기 도어락의 내부에 설치되자 휴대용 단말기의 블루투스에 대한 맥 어드레스 값을 통해 사용자, 관리자, 외부인의 권한을 부여, 등록, 인증, 판별, 감시하며, 인증된 사용자에 한하여 제한거리의 범위 내에 위치될 때 잠금장치를 자동으로 개폐할 수 있도록 하는 마이크로프로세서로 이루어지는 것을 특징으로 하나, 주요 인증수단을 블루투스 모듈을 사용함으로써 상술한 문제점을 해결하기에는 어려움이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1570463호

본 발명의 목적은 사물간, 기기간 유무선 통신 시스템에서 통신보안 및 해킹 문제를 근본적으로 해소할 수 있고, 사물간, 기기간 통신중에 발생하는 통신장애를 경감할 수 있고, 다양하게 응용분야를 확대할 수 있는 블록체인 인증을 이용하는 블록체인 기반 홈 관리 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 블록체인 기반 홈 관리 시스템은, 블록체인으로 운용되는 홈네트워크 상에 마련되는 노드 중의 하나로, 복수 개의 노드들에 공개키와 개인키를 생성하여 제공하는 서버와, 상기 홈네트워크 상에 마련되는 노드로서, 각각의 고유한 기능을 수행하는 복수 개의 사물과, 상기 홈네트워크 상에 마련되는 노드로서, 상기 사물에 제어신호를 인가할 수 있는 사용자단말기를 포함하고, 상기 서버는 상기 사용자단말기로부터 제어신호을 수신 받아 상기 사물을 제어하는 것을 포함한다.

바람직하게는, 상기 서버는 상기 사물의 고유 공개키를 가지고 있고, 상기 사물에 자신의 개인키를 결합한 제어신호를 전달하여 동작을 제어하고, 상기 사물은 제어신호에 응답하는 반응신호를 자신의 개인키와 결합하여 상기 서버에 전송하는 것을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 사물은 도어락, 전등, 정수기, TV, 컴퓨터, 이동단말기, 보일러 등 제어칩을 내장한 독립모듈이고, 유선 또는 무선으로 상기 홈네트워크에 연결되는 것을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 블록체인 기반 홈 관리 시스템은, 블록체인으로 이루어진 홈네트워크에 연결되는 노드인 서버와 사물, 사용자단말기를 통해서 사물간, 기기간 유무선 통신 시스템에서 통신보안 및 해킹 문제를 근본적으로 해소할 수 있고, 사물간, 기기간 통신중에 발생하는 통신장애를 경감할 수 있고, 다양하게 응용분야를 확대할 수 있는 블록체인 인증을 이용하는 블록체인 기반 홈 관리 시스템을 제공하는 효과가 있다.

도 1은, 본 발명에 따른 블록체인 기반 홈 관리 시스템의 일 실시예에 따른 구성도를 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명에 따른 블록체인 기반 홈 관리 시스템의 일 실시예에 따른 홈네트워크의 형성부터 각 사물의 제어 과정을 흐름도로 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명에 따른 블록체인 기반 홈 관리 시스템의 일 실시예에 따라 노드 중의 하나로 구성되는 스마트 도어락을 예시로 잠금 해제 과정을 흐름도로 나타낸 것이다.

이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

본 발명에 따른 블록체인 기반 홈 관리 시스템은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 블록체인으로 운용되는 홈네트워크(1) 상에 마련되는 노드 중의 하나로, 복수 개의 노드들에 공개키와 개인키를 생성하여 제공하는 서버(2)와, 상기 홈네트워크(1) 상에 마련되는 노드로서, 각각의 고유한 기능을 수행하는 복수 개의 사물(3)과, 상기 홈네트워크(1) 상에 마련되는 노드로서, 상기 사물(3)에 제어신호를 인가할 수 있는 사용자단말기(4)를 포함하고, 상기 서버(2)는 상기 사용자단말기(4)로부터 제어신호을 수신 받아 상기 사물(3)을 제어하는 것을 포함할 수 있다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 홈네트워크(1)는 블록체인으로 운용되는 블록체인 네트워크로서, 유선 또는 무선을 통해 복수 개의 노드가 연결되어 상호인증이 가능하다. 이를 통해 노드 내에서 상기 사물(3)들의 동작을 위한 명령의 정당성을 복수 개의 노드들 간의 상호 인증확인이 가능하다.

다음으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 서버(2)는 블록체인으로 운용되는 홈네트워크(1) 상에 마련되는 노드 중의 하나로, 복수 개의 노드들에 공개키와 개인키를 생성하여 제공할 수 있다.

또한, 상기 서버(2)는 상기 사용자단말기(4)로부터 제어신호를 수신 받아 상기 사물(3)을 제어할 수 있다.

또한, 상기 서버(2)는 상기 사물(3)의 고유 공개키를 가지고 있고, 상기 사물(3)에 자신의 개인키를 결합한 제어신호를 전달하여 동작을 제어하고, 상기 사물(3)은 제어신호에 응답하는 반응신호를 자신의 개인키와 결합하여 상기 서버(2)에 전송할 수 있다.

다음으로, 상기 사물(3)은 상기 홈네트워크(1) 상에 마련되는 노드로서, 각각의 고유한 기능을 수행할 수 있으며, 복수 개 마련될 수 있다.

구체적으로, 상기 사물(3)은 도어락, 전등, 정수기, TV, 컴퓨터, 이동단말기, 보일러 등 제어칩을 내장한 독립모듈로 마련될 수 있다.

또한, 상기 사물(3)은 유선 또는 무선으로 상기 홈네트워크(1)에 연결되며, 상기 홈네트워크(1)를 이루는 블록체인 네트워크 상에서 각각의 단위 노드가 될 수 있다.

또한, 상기 서버(2)는 상기 사물(3)의 동작 이력을 기록한 n(n=자연수)개의 개별블록을 체인형태로 연계한 n 블록체인을 포함하는 한편 상기 n 블록체인을 기반으로 상기 사물(3)들 각각에 대해 고유의 공개키와 개인키를 생성하여 제공할 수 있다.

다음으로, 상기 홈네트워크(1) 상에 마련되는 노드로서, 상기 사물(3)에 제어신호를 인가할 수 있는 사용자단말기(4)가 마련될 수 있다.

구체적으로, 상기 사용자단말기(4)와 상기 서버(2)에는 GPS모듈이 더 마련될 수 있다.

만약 상기 사용자단말기(4)에서 감지되는 GPS 정보가 상기 서버(2)의 GPS 정보와 일정거리 내에 있지 않으면, 상기 사용자단말기(4)에는 생체인식, 암호입력 등 추가적인 인증 절차가 이루어질 수 있다.

이는, 상기 사용자단말기(4)의 분실 또는 도난 등의 문제가 발생했을 때, 상기 사용자단말기(4)를 이용하여 본 발명에 따른 블록체인 기반 홈 관리 시스템을 조작하는 것을 방지하기 위한 구성으로, 홈 관리 시스템과 기설정된 거리 이상에서 원격으로 시스템을 제어하는 것에 대한 보안을 강화하는 효과가 있다.

구체적인 실시예로, 스마트 도어락(5)이 노드 중 하나로 마련되는 경우, 일정 거리 이하에서는 간편하게 블록체인 인증을 하며 도어락의 해제가 가능하게 하지만, 악의를 가진 누군가가 기설정된 거리 이상에서 원격으로 도어락을 해제하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 개인키를 결합한 제어신호 및 응답신호 중 적어도 하나는 n+1 번째 블록으로서 유효 n번째 블록의 암호화 해쉬를 포함하는 블록해쉬로 노드들에 전파되고, 상기 유효 n번째 블록은 복수의 노드에 의해 사전 승인 확인될 수 있다.

이하, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 블록체인 기반 홈 관리 시스템의 적용 예를 스마트 도어락(5)을 노드 중의 하나로 선정하여 설명하도록 한다.

먼저, 상기 사용자단말기(4)를 통해 스마트 도어락(5)의 잠금 해제를 요청하는 제어신호가 상기 서버(2)에 수신되게 된다.

이때, 상기 서버(2)는 상기 사용자단말기(4)와 자신의 GPS 정보를 비교하고 기설정된 요건을 만족하면, 상기 서버(2)의 개인키를 결합한 제어신호를 스마트 도어락(5)에 인가하게 되고, 스마트 도어락(5)은 잠금 해제를 수행함과 동시에 자신의 개인키와 반응신호를 결합하여 상기 홈네트워크(1) 상에 전파할 수 있다.

상기한 상기 사용자단말기(4)로부터 시작된 제어 흐름 기록은 블록으로 생성되어 상기 홈네트워크(1) 상에 전파되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는 스마트 도어락(5)에는 복수 개의 센서를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 센서는 인체 감지, 초음파, 동작 감지 중 적어도 하나 이상을 포함하고 감지된 정보들은 상기 서버(2)를 포함한 노드에 전파되게 된다. 만약, 기설정된 감지 정보에 위배될 경우, 상기 서버(2)는 경고 메시지를 포함하는 블록을 생성하여 상기 홈네트워크(1)에 전파할 수 있다.

본 발명에 따른 블록체인 기반 홈 관리 시스템은 다음과 같은 장점이 있다.

블록체인 상호인증 방식의 가장 큰 특징 중의 한가지는 바로 사전에 발행, 생성시켜 등록한 블록체인 어드레스를 위,변조할 수 없다는 부분에 있다. 즉 기기와 기기간 블록체인 어드레스를 이용하여 상호인증하는 경우, 이를 외부로부터 조회를 할 수는 있지만 블록체인 상호인증 기술에 의해 상호 승인된 어드레스를 갖고 있지 않는한은 위, 변족를 할 수 없고, 이를 취득하기 위한 권한을 획득할 수 없다. 이러한 점에서 비트코인 블록체인의 인증 기법을 변형하여 사물(3)간 통신에 적합하도록한 신규 블록체인 인증방식을 이용하기 때문에 특정 기능을 하는 사물(3)이나 사물(3) 관리 시스템에 대해 인증된 통제자외에는 어떠한 경우에도 통제권을 장악할 수 없다. 따라서, 악의의 조작자에 대한 보안부담 문제 및 보안경비 문제를 근본적으로 해소할 수 있다.

또한, 사물(3)관리 시스템에 관한 보안을 저렴한 비용으로 확고히 할 수 있기 때문에, 가정, 농장, 공장, 금융, 기업 뿐만 아니라 더욱 보안이 필요한 관공서, 야전이나 구산시설 내 군사관련 시스템에도 본 블록체인 기반 홈 관리 시스템을 응용하여 활용할 수 있다.

또한, 블록체인 기반 홈 관리 시스템은 기본적으로 분산 관리 시스템을 전제로 하기 때문에 전체 시스템을 집중적으로 관리해야 하는 큰 부하를 가진 중앙 서버(2)를 요구하지 않는다. 따라서, 중앙 서버(2)의 구축비용과 관리비용이 적고, 해킹의 대상이 되는 일반 중앙 서버(2)가 존재하지 않기 때문에 이러한 점에서도 해킹의 부담을 줄일 수 있다. 설사, 전체 시스템의 업데이트나 일부 분산 시스템의 기능을 효율적으로 관리하기 위한 특별 기능 서버(2)가 존재하더라도 기본적으로 큰 부하가 걸리는 일은 분산 시스템으로 처리되기 때문에 특별 기능 서버(2)의 규모나 관리 비용도 적고, 해킹을 당해도 일반 중앙 서버(2)와 같은 손상을 받지 않는다.

또한, 본 발명에 따른 블록체인 기반 홈 관리 시스템은 상기 홈네트워크(1)에 적용하는 공개키와 개인키 결합방식으로 통신이 진행되기 때문에 정보제공자와 수신자 간의 연결을 확실하게 보장할 수 있고, 통신단락이 발생하여도 원래의 통신상태를 확실하게 회복할 수 있어 통신장애의 경감과 더불어 전체적으로 신뢰성 있는 사물(3)간 통신 시스템을 구축할 수 있다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 홈네트워크
2 : 서버
3 : 사물
4 : 사용자단말기
5 : 스마트 도어락

Claims (3)

1. 블록체인으로 운용되는 홈네트워크 상에 마련되는 노드 중의 하나로, 복수 개의 노드들에 공개키와 개인키를 생성하여 제공하는 서버;
   상기 홈네트워크 상에 마련되는 노드로서, 각각의 고유한 기능을 수행하는 복수 개의 사물;
   상기 홈네트워크 상에 마련되는 노드로서, 상기 사물에 제어신호를 인가할 수 있는 사용자단말기;를 포함하고,
   상기 서버는 상기 사용자단말기로부터 제어신호을 수신 받아 상기 사물을 제어하는 것을 특징으로 하는 블록체인 기반 홈 관리 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 서버는 상기 사물의 고유 공개키를 가지고 있고, 상기 사물에 자신의 개인키를 결합한 제어신호를 전달하여 동작을 제어하고, 상기 사물은 제어신호에 응답하는 반응신호를 자신의 개인키와 결합하여 상기 서버에 전송하는 것을 특징으로 하는 블록체인 기반 홈 관리 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 사물은 도어락, 전등, 정수기, TV, 컴퓨터, 이동단말기, 보일러 등 제어칩을 내장한 독립모듈이고, 유선 또는 무선으로 상기 홈네트워크에 연결되는 것을 특징으로 하는 블록체인 기반 홈 관리 시스템.

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