KR20210104337A - 양자난수 기반의 양자암호화칩이 탑재된 비화기기 및 이를 이용한 비화통신 서비스 제공방법 - Google Patents

양자난수 기반의 양자암호화칩이 탑재된 비화기기 및 이를 이용한 비화통신 서비스 제공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양자난수 기반의 암호칩이 탑재된 비화기기를 이용한 비화통신 제공방법에 관한 것이다. 제1사용자단말기가 비화통신을 위한 비화기기 서비스앱를 실행하여 PIN 또는 패턴을 입력하면, 제1사용자 비화기기와 제1사용자단말기간 기기인증 후, 제1사용자단말기와 관리서버간 리모트 인증을 수행하는 단계와, 사용자인증이 완료되면, 제1사용자비화기기의 양자암호화칩에서 양자비밀키 a를 생성하고, 양자공개키 A를 제2사용자비화기기에 전송하는 단계와, 제1사용자비화기기가 양자암호키를 유도 및 저장하여 제2사용자 비화기기와 암호화된 데이터 통신 채널을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

양자난수 기반의 양자암호화칩이 탑재된 비화기기 및 이를 이용한 비화통신 서비스 제공방법{Encryption communication device equipped with quantum encryption chip based a quantum random number and method of providing encryption communication service using the same}
본 발명은 양자난수 기반의 양자암호화칩이 탑재된 비화기기 및 이를 이용한 비화통신 서비스 제공 방법에 관한 것으로, 특히, 양자난수 기반의 양자암호화칩이 탑재된 비화기기를 통해 엔드-투-엔드 단말기간에 암호화된 텍스트메시지 또는 파일 전송이 가능하여 보안성이 향상된 양자난수 기반의 양자암호화칩이 탑재된 비화기기 및 이를 이용한 비화통신 서비스 제공방법에 관한 것이다.
최근 유무선 통화 내용을 도청하는 기술이 상당히 발달하여 기술정보를 비롯하여 각종 사생활 정보를 유출되어 경제적 또는 사회적문제를 야기하고 있다. 국방분야 뿐 아니라 국가 간의 정보전쟁, 사활을 건 기업간의 경쟁, 정치활동 등의 현장에서 도청이 만연하고 있다. 특히 스마트폰은 해킹·도청에 취약하며, 특히 무선통신망에 대한 보안은 현재 심각한 상황이다.
또한, 메신저 애플리케이션을 이용하여 텍스트메시지 전송 및 파일 전송이 보편화됨에 따라 이에 대한 보안대책이 시급하다.
이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 형태의 비화통신장치가 개발되고 있으나, 의사 난수 기반의 암호키 생성을 통한 비화통신기술로 해킹에 취약한 문제가 있다. 선행기술로는 등록특허 제10-1107241호(비화 통신을 제공하는 장치 및 방법)가 있으나, 휴대 전화기와 연결된 비화 통신용 동글을 통해 비화 통신하는 기술이 개시되어 있으나 보안에 취약한 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 텍스트메시지 및 파일 전송시 보안에 취약한 문제를 해결하기 위해 양자난수 기반의 양자암호화칩이 탑재된 비화기기 및 이를 이용한 비화통신 서비스 제공방법을 구현하는 것이다.
본 발명은 안출된 과제를 해결하기 위해 암호화된 데이터 통신 채널을 생성하는 단계와 데이터 통신을 수행하는 단계로 구분되며, 데이터 통신 채널을 생성하는 단계는 제1사용자단말기가 비화통신을 위한 비화기기 서비스앱를 실행하여 PIN 또는 패턴을 입력하면, 제1사용자 비화기기와 제1사용자단말기간 기기인증 후, 제1사용자단말기와 관리서버간 리모트 인증을 수행하는 단계와, 사용자인증이 완료되면, 제1사용자비화기기의 양자암호화칩에서 양자비밀키 a를 생성하고, 양자공개키 A를 제2사용자비화기기에 전송하는 단계와, 제1사용자비화기기가 양자암호키를 유도 및 저장하여 제2사용자 비화기기와 암호화된 데이터 통신 채널을 생성하는 단계를 포함한다.
데이터 통신을 수행하는 단계는, 제1사용자단말기가 비화통신을 위한 서비스를 실행하여 제1사용자 비화기기와 앱간 사용자인증을 통하여 기기인증을 수행하고, 제1사용자단말기와 관리서버간 리모트 인증을 수행하는 단계와, 제2사용자단말기가 비화통신을 위한 서비스를 실행하여 제2사용자 비화기기와 앱간 사용자인증을 통하여 기기인증을 수행하고, 제2사용자단말기와 관리서버간 리모트 인증을 수행하는 단계와, 인증이 완료되어 사용자에 의해 데이터가 제1사용자단말기에 입력되면, 제1사용자단말기는 제1사용자비화기기에 입력된 데이터를 송신하고, 제1사용자단말기는 수신된 데이터를 암호화하여 제1사용자단말기를 통해 제2사용자단말기에 송신하는 단계와, 상기 제2사용자단말기에서 암호화된 데이터를 수신하면, 제2사용자비화기기에 전달하고, 제2사용자비화기기는 데이터를 복호화하고 제2사용자단말기에 전달하여 복호화된 데이터를 확인하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면 양자난수기반의 양자암호화칩이 탑재된 비화기기를 사용하고, 엔드-투-엔드 단말기간 암호화된 텍스트메시지 및 파일 전송이 가능하며 양자암호화키를 통하여 보안성이 향상되는 효과가 있다.
스마트폰 또는 IoT기기와 분리된 별도의 비화기기를 제공하여 보안성이 향상되며, 다양한 암호알고리즘을 탑재하여 다양한 서비스 플랫폼과 유연하게 연동할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양자난수 기반의 암호칩이 탑재된 비화기기의 동작 방법을 설명하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 양자키 교환방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 암호화된 데이터 통신방법을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비화기기의 구성을 설명하는 블록도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시 된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 또는 대체물을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양자난수 기반의 암호칩이 탑재된 비화기기의 동작 방법을 설명하는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 제1사용자는 제1사용자단말기(200)와 블루투스 페어링된 제1사용자 비화기기(100)를 사용하여 관리서버(500)로부터 인증된 사용자들과 비화 데이터 통신을 할 수 있다. 즉, 송신자인 제1사용자는 제1사용자단말기(200)에 데이터(텍스트메시지 또는 파일)를 입력하면, 입력된 데이터를 제1사용자비화기기(100)에 전달하여 양자암호키에 기반하여 암호화되고, 암호화된 데이터가 제1사용자단말기(200)에 전송된 후, 통신망을 거쳐 제2사용자단말기(300)에 전달되고, 제2사용자단말기(300)와 블루투스 페어링된 제2사용자비화기기(400)에 전달되어 양자난수에 기반한 양자암호화키로 복호화 후 제2사용자단말기로 전달되어 수신자인 제2사용자가 확인할 수 있다. 즉, 제1사용자와 제2사용자는 사용자단말기와 페어링된 비화기기 내에 장착된 양자난수기반의 양자암호화칩에 의해 생성된 양자암호키를 사용함으로써 종래의 비화통신보다 보안성이 보다 향상된 비화통신이 가능하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 양자암호키 교환방법을 설명하는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 제1사용자 비화기기(100)와 제1사용자단말기(200)가 블루투스 페어링되고(S201), 제1사용자단말기(200)에서 비화통신을 위한 서비스를 실행하고(S203), 제1사용자단말기(200)에 PIN 또는 패턴 입력을 통해 사용자인증을 수행한다(S205). PIN 또는 패턴입력을 통해 사용자인증이 입력되면, 제1사용자 비화기기(100)와 제1사용자단말기(200)는 서로 기기인증을 수행한다(S207). 이후에, 제1사용자단말기(200)는 관리서버(500)에 리모트 인증을 수행한다(S209).
제2사용자 비화기기(400)와 제2사용자단말기(300)가 블루투스 페어링되고(S211), 제2사용자단말기(300)에서 비화통신을 위한 서비스를 실행하고(S213), 제2사용자단말기(300)에 PIN 또는 패턴 입력을 통해 사용자인증을 수행한다(S215). PIN 또는 패턴입력을 통해 사용자인증이 입력되면, 제2사용자 비화기기(400)와 제2사용자단말기(300)는 서로 기기인증을 수행한다(S217). 이후에, 제2사용자단말기는 관리서버(500)에 리모트 인증을 수행한다(S219).
사용자 인증이 완료되면, 제1사용자 비화기기(100)는 양자비밀키a를 생성하고 저장하고(S221), 제2사용자 비화기기(400)는 양자비밀키b를 생성하고 저장한다(S223). 이때, 양자비밀키a와 양자비밀키b는 양자난수로서, 양자특성을 이용하여 패턴 분석과 예측이 불가능하고 무질서한 순수난수로 생성될 수 있다.
제1사용자 비화기기(100)는 생성된 양자공개키A를 제2사용자 비화기기(400)에 전송하고(S225), 제2사용자 비화기기(400)는 생성된 양자공개키B를 제1사용자 비화기기(100)에 전송하여(S226) 각각의 양자공개키를 서로 교환한다.
제1사용자 비화기기(100)는 양자암호키를 유도하여 저장하고(S227), 제2사용자 비화기기(400)는 양자암호키를 유도하여 저장한다(S229). 이를 통해 제1사용자 비화기기(100)와 제2사용자 비화기기(400)는 암호화된 데이터 통신 채널을 생성한다(S231). 이때, 제1사용자 비화기기의 양자난수에서 유도된 유도키로 키 암복호 알고리즘을 통해 암복호화하고, 제2사용자 비화기기의 양자난수에서 유도된 유도키로 암복호 알고리즘을 통해 암복호화하는 암호화된 데이터 통신 채널을 생성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 암호화된 데이터통신방법을 설명하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 제1사용자 비화기기(100)와 제1사용자단말기(200)가 블루투스 페어링하고(S301), 제1사용자단말기(200)에서 비화통신을 위한 서비스를 실행하여(S303), 제1사용자단말기(200)에 PIN 또는 패턴 입력을 통해 사용자인증을 수행한다(S305). PIN 또는 패턴과 같은 사용자인증이 입력되면, 제1사용자 비화기기(100)와 제1사용자단말기(200)는 서로 기기인증을 수행한다(S307). 이후에, 제1사용자단말기(200)는 관리서버(500)에 리모트 인증을 수행한다(S309).
제2사용자 비화기기(400)와 제2사용자단말기(300)가 블루투스 페어링하고(S311), 제2사용자단말기(300)에서 비화통신을 위한 서비스를 실행하여(S313), 제2사용자단말기(300)에 PIN 또는 패턴 입력을 통해 사용자인증을 수행한다(S315). PIN 또는 패턴과 같은 사용자인증이 입력되면, 제2사용자 비화기기(400)와 제2사용자단말기(300)는 서로 기기인증을 수행한다(S317). 이후에, 제2사용자단말기는 관리서버(500)에 리모트 인증을 수행한다(S319).
제1사용자가 제1사용자단말기에 데이터(텍스트메시지 또는 파일)를 입력하면(S321), 제1사용자단말기(200)는 데이터를 제1사용자비화기기에 송신한다(S323). 제1사용자 비화기기는 수신된 데이터를 양자암호화키를 통해 암호화하고(S325), 암호화된 데이터를 제1사용자단말기(200)로 송신한다. 제1사용자단말기(200)는 관리서버(500) 및 제2사용자단말기(300)를 통해 제2사용자 비화기기(400)에 송신한다(S327). 제2사용자비화기기(400)는 수신된 데이터를 양자암호화키를 통해 복호화하고(S329), 복호화한 데이터를 제2사용자단말기(300)에 전달하여 제2사용자는 데이터를 확인한다(S331).
즉, 제1사용자(송신자)와 제2사용자(수신자)는 사용자단말기와 페어링된 비화기기에서 생성된 양자암호키를 사용함으로써 종래의 비화통신보다 보안성이 보다 향상된 비화통신이 가능하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비화기기의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 비화기기(100)는 양자암호화칩(110), 메모리부(120), 마이크 및 스피커부(130), 코덱부(141), 통신부(150), 전원제어모듈(160)로 구성된다.
양자암호화칩(110)는 양자난수생성기(QRNG; 111)와 암호모듈(113)로 구성된다. 양자난수생성기(111)는 양자엔트로피소스(112)를 탑재하여 양자엔트로피소스에 기초하여 양자난수를 생성할 수 있다. 상기 양자난수는 양자특성을 이용하여 패턴 분석과 예측이 불가능하고 무질서한 순수난수로 생성될 수 있다.
QRNG(111)는 양자엔트로피소스(112)와 DRBG로 구성된다. QRNG(111)는 양자엔트로피소스(112)를 입력값으로하여 DRBG 알고리즘에 의해 양자난수를 생성할 수 있다.
암호모듈(113)은 Secure 모듈(115), MCU(117), Side Channel Resistant 모듈(116), 전원모듈(118)로 구성된다. 암호모듈(113)은 QRNG(111)에서 생성된 양자난수를 이용하여 양자암호화키를 생성한다. 생성된 양자암호화키로 암호화 대상에 대하여 Secure모듈(115)내의 AES 알고리즘으로 암호화 및 복호화를 실행하며 생성된 암호화키를 보관할 수 있다. Side Channel Resistant 모듈(116)은 보관된 암호화키를 부채널공격(SCA Attack)으로부터 방어할 수 있다.
메모리부(120)는 비화기기의 주 메모리로서 생성된 양자 양자키를 저장할 수 있다. 마이크 및 스피커부(130)는 사용자로부터 음성을 입력받거나, 상대방의 음성을 오디오로 변환하여 출력할 수 있다. 코덱부(141)는 음성신호를 디지털 신호로 변환시킬 수 있다.
통신부(150)는 블루투스를 통해 사용자단말과 연결될 수 있고, 소정의 등록 절차에 따라 사용자단말에 등록되면, 블루투스의 사용자 인증 기능을 이용하여 사용자단말에 등록된 비화기기의 고유 어드레스에 따라 접속된 사용자를 구분할 수 있다.
발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100; 비화기기 110; 양자암호화칩
120; 메모리부 130; 마이크 및 스피커부
141; 코덱부 150; 통신부
160; 전원제어모듈

Claims (6)

  1. 양자난수 기반의 양자암호화칩이 탑재된 비화기기를 이용한 비화통신 서비스 제공방법에 있어서,
    제1사용자단말기가 비화통신을 위한 비화기기 서비스앱를 실행하여 PIN 또는 패턴을 입력하면, 제1사용자 비화기기와 제1사용자단말기간 기기인증 후, 제1사용자단말기와 관리서버간 리모트 인증을 수행하는 단계;
    사용자인증이 완료되면, 제1사용자비화기기의 양자암호화칩에서 양자비밀키 a 를 생성하고, 양자공개키 A를 제2사용자비화기기에 전송하는 단계; 및
    제1사용자비화기기가 양자암호키를 유도 및 저장하여 제2사용자 비화기기와 암호화된 데이터 통신 채널을 생성하는 단계를 포함하는 양자난수 기반의 양자암호화칩이 탑재된 비화기기를 이용한 비화통신 서비스 제공방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 암호화된 데이터 통신 채널을 생성하는 단계는,
    제1사용자 비화기기의 양자난수에서 유도된 양자키로 암복호 알고리즘을 통해 암복호화하고, 제2사용자비화기기의 양자난수에서 유도된 양자키로 암복호 알고리즘을 통해 암복호화하는 양자난수 기반의 양자암호화칩이 탑재된 비화기기를 이용한 비화통신 서비스 제공방법.
  3. 양자난수 기반의 양자암호화칩이 탑재된 비화기기를 이용한 비화통신 서비스 제공방법에 있어서,
    제1사용자단말기가 비화통신을 위한 서비스를 실행하여 제1사용자 비화기기와 앱간 사용자인증을 통하여 기기인증을 수행하고, 제1사용자단말기와 관리서버간 리모트 인증을 수행하는 단계;
    제2사용자단말기가 비화통신을 위한 서비스를 실행하여 제2사용자 비화기기와 앱간 사용자인증을 통하여 기기인증을 수행하고, 제2사용자단말기와 관리서버간 리모트 인증을 수행하는 단계;
    인증이 완료되어 사용자에 의해 데이터가 제1사용자단말기에 입력되면, 제1사용자단말기는 제1사용자비화기기에 입력된 데이터를 송신하고, 제1사용자단말기는 수신된 데이터를 암호화하여 제1사용자단말기를 통해 제2사용자단말기에 송신하는 단계;
    상기 제2사용자단말기에서 암호화된 데이터를 수신하면, 제2사용자비화기기에 전달하고, 제2사용자비화기기는 데이터를 복호화하고 제2사용자단말기에 전달하여 복호화된 데이터를 확인하는 단계를 포함하는 양자난수 기반의 양자암호화칩이 탑재된 비화기기를 이용한 비화통신 서비스 제공방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 암호화 및 복호화하는 단계는,
    제1사용자 비화기기의 양자난수에서 유도된 양자키로 암복호 알고리즘을 통해 데이터를 암복호화하고, 제2사용자 비화기기의 양자난수에서 유도된 양자키로 데이터를 암복호 알고리즘을 통해 암복호화하는 양자난수 기반의 양자암호화칩이 탑재된 비화기기를 이용한 비화통신 서비스 제공방법.
  5. 제1항 및 제3항에 있어서,
    상기 제1사용자 비화기기와 상기 제2사용자 비화기기는,
    양자엔트로피소스와 암호모듈로 구성된 양자암호화칩을 포함하고,
    상기 양자암호화칩은 양자난수생성기를 탑재하여 양자난수를 생산하고, 상기 양자난수는 양자특성을 이용하여 패턴 분석과 예측이 불가능하고 무질서한 순수난수로 생성되는 양자난수 기반의 양자암호화칩이 탑재된 비화기기를 이용한 비화통신 서비스 제공방법.
  6. 제1항 및 제3항에 있어서,
    상기 데이터는 텍스트, 파일, 스트리밍 데이터 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 양자난수 기반의 양자암호화칩이 탑재된 비화기기를 이용한 비화통신 서비스 제공방법.
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