WO2013025060A2 - 사물지능통신에서 puf에 기반한 장치간 보안 인증 장치 및 방법 - Google Patents

사물지능통신에서 puf에 기반한 장치간 보안 인증 장치 및 방법 Download PDF

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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
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Definitions

  • M2M machine-to-machine
  • M2M is equipped with sensors that allow embedded systems or computers to collect surrounding information and communication equipment that delivers information. It is a technology to control.
  • RFID radio frequency identification
  • NFC near field communication
  • ZigBee ZigBee
  • Bluetooth the cost of systems or equipment for implementing IoT communication is decreasing.
  • the mobile phone service which is the center of the existing telecommunications market, is approaching the limit of market growth due to the saturation of subscribers, and the IoT industry is emerging as a new future market.
  • an unlawful security threat is a major obstacle to the IoT communication technology.
  • Two-factor authentication can be used for general security authentication.
  • Two-factor authentication performs both Knowledge-based and Possession-based authentication. In other words, to improve safety by performing two different types of authentication.
  • Knowledge-based authentication refers to an authentication system based on a password or a personal identity number (PIN).
  • Ownership-based authentication refers to authentication by owning a tangible / intangible object to prove itself, such as a social security card.
  • password authentication which is a knowledge-based authentication method
  • passwords which are knowledge-based authentication
  • ownership-based authentication such as a public certificate, a security card, or a one-time password
  • ownership-based authentication can be omitted if necessary, but in most cases knowledge-based authentication is essential.
  • the device in order to perform knowledge-based authentication on the device itself, the device should be able to generate a password on its own. Traditionally, it was difficult to generate a password for the device itself.
  • IoT communication devices are small portable devices, and there is a risk that the device itself may be physically seized by being exposed outdoors in a use environment.
  • PUF Planar Function
  • a security authentication device and method that is robust against physical attack or unauthorized access to the security authentication system of the device are provided.
  • a terminal device for performing IoT communication comprising: a PUF embedded in the terminal device and generating an authentication key for password authentication associated with the terminal device; And an authentication unit configured to perform password authentication associated with the terminal device by using the authentication key generated by the PUF.
  • the PUF is physically isolated from the outside of the secure authentication terminal device so that the authentication key does not leak outside of the secure authentication terminal device.
  • a terminal device for IoT communication comprising: a secret key module for providing a secret key for transmitting a public key for communicating in a public key encryption method using a secret key encryption method; And a module for providing a private key for generating the public key, wherein at least one of the secret key module and the private key module includes a PUF.
  • the security authentication terminal device may further include a fuse that is blocked by the application of overcurrent to block a path from which the secret key is extracted.
  • the fuse may block the path after the secret key is first extracted from the terminal device.
  • the security authentication terminal device Serial number storage unit for storing the serial number of the terminal device; And a fuse unit which blocks the path from which the secret key is extracted after the serial number is stored in the serial number storage unit and the secret key is extracted.
  • the security authentication terminal device may further include a public key generation unit for generating the public key using the private key.
  • the security authentication terminal device may store the public key of the external device for the external device to communicate in the public key encryption method. In this case, when the security authentication terminal device receives a message from the external device, the security authentication terminal device may decrypt the message using the public key of the external device.
  • the security authentication terminal device may verify the validity of the external device according to whether or not the serial number of the security authentication terminal device is recognized.
  • an authentication authority device for managing a security authentication terminal device for performing IoT communication, comprising: a PIN list for storing a secret key of the security authentication terminal device and a serial number of the security authentication terminal;
  • the security authentication terminal transmits a message in which a public key for communicating in a public key encryption method and a serial number of the security authentication terminal are encrypted using the secret key, the security authentication terminal decrypts the message using the secret key and decrypts the security key.
  • An authentication authority apparatus for checking the validity of the security authentication terminal apparatus in accordance with whether or not the serial number of the authentication terminal apparatus is recognized is provided.
  • the terminal device in a method in which a terminal device performs security authentication to perform IoT communication, the terminal device generating the terminal device private key using a first PUF embedded in the terminal device ; Generating, by the terminal device, a public key for the terminal device to perform password authentication using the private key; And performing a password authentication with an external terminal or an external certification authority different from the terminal apparatus using the public key.
  • the security authentication method comprises the steps of: receiving a message encrypted using a public key encryption scheme from the external certification authority; Decrypting the encrypted message using a public key of the external certificate authority previously stored; And when the serial number of the terminal device is confirmed in the decrypted message, completing the security authentication with the external certification authority.
  • the security authentication method the serial number is stored in the serial number storage unit for storing the serial number of the terminal device and the path after the secret key is extracted first secret key is extracted It may further comprise the step of shutting off the fuse.
  • the method of relaying a public key exchange for IoT communication between the first terminal device and the second terminal device requesting the public key of the first terminal device from the second terminal device Receiving step; Generating a first encryption message by encrypting the public key of the first terminal device together with the private key of the certification authority device together with the serial number of the second terminal device; And transmitting the first encrypted message to the second terminal device.
  • the method may further include: encrypting a public key of the second terminal device using a private key of the certification authority device together with a serial number of the first terminal device to generate a second encryption message; And transmitting the second encrypted message to the first terminal device.
  • the second terminal device decrypts the first message by using the public key of the certification authority device corresponding to the private key of the certification authority device and serializes the second terminal device in the decrypted first message. If the number is verified, the transmitted public key of the first terminal device can be trusted.
  • the first terminal device decrypts the second message by using the public key of the certification authority device corresponding to the private key of the authentication authority device, and the serial number of the first terminal device in the decrypted second message. If is confirmed, the public key of the transmitted second terminal device can be trusted.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a security authentication apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a security authentication apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating an exemplary PUF structure used for implementing the secret key module or the private key module of FIG. 2 according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a process of registering a serial number with a security authentication device and registering a PIN in a PIN list according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a process in which security authentication devices are distributed from a factory and a PIN list is transmitted to a certification authority CA and registered according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of registering a public key between a device and a CA according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a process of validating a device according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a process of exchanging public keys of devices with each other through a CA in order to perform security authentication between devices other than the CA according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a security authentication apparatus 100 according to an embodiment.
  • the device 100 performing the IoT communication may generate and retain a secure PIN or password by itself and perform knowledge-based authentication.
  • the device 100 may include physical unclonable functions (PUFs) 110 that are robust against external security attacks and generate random, unique PINs.
  • PAFs physical unclonable functions
  • the PUF 110 generates a PIN that can be used as an authentication key for knowledge-based authentication.
  • This PIN may be a random digital value generated by process variations that occur during the PUF 110 manufacturing process.
  • this PIN may be a time-invariant digital value that is generated once and its value does not change with the surrounding environment. Since the PIN is not exposed to the outside, according to an embodiment, it is possible to prevent a security threat to the authentication scheme of the device 100.
  • the authenticator 120 receives the PIN generated by the PUF 110 and knowledge. Based authentication can be performed.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a security authentication device 200 according to an embodiment.
  • the device 200 may include a secret key module 220 and a private key module 250.
  • the secret key module 220 and the private key module 250 may include a PUF.
  • each of the secret key module 220 and private key module 250 has its own unique PUF, each PUF from the physical characteristics themselves secret key and private key Has Since the secret key and / or private key may be expressed as a PIN in the following description, a PIN may be understood as a concept including without excluding any secret key, private key, etc. used for security authentication of the device 200.
  • PUF is a circuit that generates different function values even when fabricated with the same design drawing using characteristic deviations generated by process variations, and in some embodiments, a PIN of an IoT communication device is generated and provided. Strictly, it can be seen that the PIN is generated using the digital value itself, not by the physical characteristics of the PUF.
  • a value obtained from an external trusted source may be used as a seed, and a value obtained by encrypting an original digital value generated by the PUF may be used as the PIN.
  • the finally used PIN value may be Hash (V PUF
  • the PIN can be easily changed by changing only the seed value when the private key is leaked in any path, thereby improving safety and convenience.
  • the generation of such a PIN value is only some embodiments, and the embodiments include both a case in which the digital value itself generated by the PUF is used as the PIN and a case in which the value separately processed for the PUF is used as the PIN.
  • the process of generating a new PIN by processing the digital value generated by the PUF is not mentioned one by one, the contents should be understood including all of these embodiments.
  • the PUF since the PUF has an unpredictable random value, it can be used to determine the PIN of the device, and by using this, it is possible to prevent the problem of pre-leakage of the PIN that may occur when generated, injected, and stored in the memory.
  • the PUF since the PUF is physically impossible to duplicate, the PIN number of the device 200 may be eliminated after being leaked or duplicated.
  • the PIN value generated by the PUF is excellent in randomness and in the embodiments, it is reliable that the value generated once does not change with time.
  • the PUF implementation will be described later in more detail with reference to FIG. 3.
  • the serial number storage unit 210 stores a serial number of a unique value of a device provided by a factory in a manufacturing process of the device 200, and the device 200 from a factory.
  • a unique serial number is entered into the device 200 via the I / O interface 231, and only once, not necessarily once, depending on the policy, but may be assigned only once for security reasons.
  • the secret key may be extracted from the key module 220 to the outside having a factory or administrative authority.
  • the device 200 may include a fuse 230.
  • the fuse unit 230 physically blocks the connection between the secret key module 220 and the I / O interface 231 after the first secret key extraction described above, which is irreversible.
  • the secret key module 220 is implemented by the PUF, which is physically impossible to replicate, and it is impossible or very difficult to extract the secret key by various reverse engineering including power analysis attacks.
  • the device 200 includes a private key module 250 for generating a private key to be used in a public key encryption / decryption communication scheme, and the private key module 250 is different from the secret key module 220.
  • the private key can be provided by a separate PUF.
  • the private key generated and provided by the private key module 250 is physically isolated from the outside, and is not extracted from the manufacturing, distribution, and use of the device 200. Of course, for the same reason as the secret key module 220 described above, it is also impossible to artificially leak the private key by physical attack.
  • the external leakage of the private key provided by the private key module 250 does not occur, and thus device authentication may be performed through the PIN generated by the device 200 by M2M.
  • the public key generator 240 may select a public key to be used by the device 200 in the public key encryption / decryption communication scheme. Generated in the public key storage unit 260.
  • the public key storage unit 260 may be a non-volatile memory according to an embodiment as a means for storing the generated public key.
  • the public key storage unit 260 is configured to be optionally employed, and in another embodiment, the public key generated by the public key generator 240 whenever authentication is required without the public key storage unit 260. It is also possible to read.
  • the encryption / decryption processor 270 may be understood as a Crypto-coprocessor for performing normal data encryption and decryption, and the configuration of transmitting and receiving actual encrypted data to and from the outside in the communication network is the communication interface 280.
  • the first extracted secret key is mutually legitimate when exchanging a public key with a certification authority (CA), which is a management authority authorized to perform secure communication with the device 200. Used only as a means of identifying an entity.
  • CA certification authority
  • the secret key which is extracted once, is used for the first time but is not directly used for decryption. Instead, the secret key is used only in the process of sending the public key to the outside through secret key encryption, thereby ensuring double security. Therefore, the private key used for actual device authentication is never exposed to the outside.
  • the device 200 may be a CA or other devices.
  • the process of performing communication by checking validity with each other will be described in more detail with reference to FIG. 3.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating an exemplary PUF structure used for implementing the secret key module or the private key module of FIG. 2 according to an embodiment.
  • PUFs Physically Unclonable Functions
  • PUF may be referred to as Physical One-Way Function practically impossible to be duplicated (POWF), which may also be referred to as Physical Random Function (PRF).
  • PUF Physical One-Way Function practically impossible to be duplicated
  • PRF Physical Random Function
  • PUF may be used to generate cryptographic keys for security and / or authentication.
  • PUF may be used to provide a unique key to distinguish devices from one another.
  • PUF used in the embodiments can solve this conventional problem and ensure time invariability and randomness at a very reliable level, but can be generated at a very low cost in the semiconductor manufacturing process.
  • a random value is generated using randomness based on whether there is a short circuit between nodes existing in the semiconductor process.
  • the PUF according to the embodiment shown in FIG. 3 is a size of a contact or via that is used to electrically connect between conductive metals in a semiconductor chip.
  • the short circuit is determined randomly. In other words, it intentionally violates the design rule to generate a random PIN value.
  • the new PUF circuit is composed of a very simple short circuit, there are no additional circuits or process steps, and no special measuring device is needed, so it can be easily implemented. And because the process characteristics are used, the stability can be satisfied while maintaining the randomness of the values.
  • vias are formed between the metal 1 layer 302 and the metal 2 layer 301.
  • the identification key generation unit 210 like the group 320, some of the vias short the metal 1 layer 302 and the metal 2 layer 301, and some of the vias are the metal 1 layer.
  • the via size is set so that the 302 and the metal second layer 301 are not shorted.
  • the design rule for the via size is different depending on the semiconductor manufacturing process.
  • the design rule of the via is set to 0.25 micron in a Complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) process of 0.18 micron (um).
  • CMOS Complementary metal-oxide-semiconductor
  • the identification key generation unit 210 sets the via size to 0.19 microns so that the presence or absence of a short circuit between the metal layers is probabilistic.
  • the probability distribution of such a short circuit should have a short probability of 50%
  • the secret key module 220 and the private key module 250 may have a via size such that the probability distribution is as close as 50%. It is configured by setting. Such via size setting may be performed by experiment according to a specific specific semiconductor process.
  • This embodiment eliminates the need for tamper-resistance to counteract physical attacks by providing the PUF with private or private keys to ensure randomness and invariability.
  • Tamper-resistance which is mainly used in cryptographic modules to deal with physical attacks such as depackaging, layout analysis, and memory attacks, prevents the device from functioning normally by erasing the contents of the storage device. Protect the contents of the inside.
  • the need for additional protection device or complicated implementation means not only increases the cost but also has the possibility of unintended equipment damage such as data erasing due to user error or failure.
  • the PUF is implemented by the principle described in FIG. 3 as described above, there is no such problem.
  • the present invention can provide a private key and a private key that maintains randomness and time immutability while maintaining a robust configuration against physical attack without requiring additional costs such as tamper resistance.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a process of registering a serial number in a device 402 and extracting a PIN, which is a secret key, and registering it in the PIN list 403.
  • step 410 the factory 402 producing the device 402 inserts a serial number (SN) which is a unique ID into the device.
  • SN serial number
  • the factory 402 extracts the PIN which is the secret key of the device 402, and stores the paired SN and the PIN which is the secret key in the PIN list 403 in step 430.
  • the PIN that is the secret key of the device 402 may be a digital value generated by the PUF, which is the secret key module 220 of FIG. 2, but in another embodiment, a result of processing the digital value with a hash function or the like is generated. It may be a value.
  • the process sends an overcurrent to the extraction circuit to supply the fuse. It may be to cut.
  • the secret key is extracted only once and it is no longer possible to access or leak the PIN which is the secret key.
  • the IoT communication devices are terminals of the IoT communication network, which mainly collect data using sensors and transmit data to a server. Sometimes data is exchanged with the same type of device.
  • the IoT communication server is based on the IoT communication service platform, and collects and processes data produced by devices in a network and provides the same to a user.
  • the service platform utilizes an open API (Application Platform Interface) to run various applications. Each application operating for different purposes exchanges data with the device, processes it into useful information, and provides it to the user through a terminal such as a PC or a smartphone.
  • API Application Platform Interface
  • the CA performs the authentication process to determine whether each device is a legitimate user, and when the device and the device communicate with each other, encrypts each other's public key with its own private key. It plays a role in helping to believe and use legitimacy.
  • the CA and server may be integrated. If the server is combined with a CA, it also performs the authentication role for each device. In the following description, only the CA is illustrated and assumed to be integrated into the CA without separately indicating the server for convenience of description.
  • the step of collecting the information (PIN, public key) of the IoT communication device for the authentication is essentially required, and the information collected in this process is It is standard information for determining the legitimacy of each device in the network.
  • the entire process of executing the security authentication method according to the embodiment is 1) inserting the SN into the individual devices to extract the PIN to create a PIN list, 2) registering the PIN list in the CA, 3) the terminal And the public key exchange between the CA and the CA, and 4) authenticating the PIN to authenticate each other before communication commences.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a process in which security authentication apparatuses 500 are distributed from a factory 501 and a PIN list 403 is transferred to a certification authority CA 502 and registered according to an embodiment.
  • step 510 the devices 500 are distributed to their respective locations to be used.
  • This distribution process refers to the general process of sales or distribution after manufacture of the devices 500.
  • step 520 the CA 502 receives the PIN-list 403 via a secure offline path.
  • step 530 the PIN-list received in step 530 is registered.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of registering a public key between the device 601 and the CA 602 according to one embodiment.
  • step 610 the CA 602 sends a message requesting a public key to the device 601.
  • step 620 the device 601 generates a message P by encrypting its SN and public key with its own private PIN.
  • the device 601 transmits the message P to the CA 602. That is, the manner in which the device 601 sends its public key to the CA 602 uses a secret key encryption algorithm.
  • step 640 the CA 602 receives this P and decrypts it using the secret key PIN of the device 601, and the public key PUB_KEY D of the device 601 is obtained.
  • the CA 602 compares the identity of the decrypted SN with the SN of the device 601 performing authentication.
  • step 660 the public key PUB_KEY D of the device 601 is registered in the CA 602's own PIN list.
  • step 670 the CA 602 encrypts the SN and its public key PUB_KEY CA with the private key PIN of the device 601 to generate a message Q, and in step 680 this Q is sent to the device 601. To pass.
  • Device 601 then decrypts this Q with a secret key algorithm to obtain SN and PUB_KEY CA.
  • the device 601 compares the identity of the SN to verify validity. If the identity of the SN is confirmed, in operation 692, the PUB_KEY CA , which is the public key of the CA 602, is stored in its nonvolatile memory. Save it.
  • the public key of each other is exchanged between the device 601 and the CA 602.
  • data communication is performed using the public key of the other party.
  • the device 701 and the CA 702 confirm each other's legitimacy before initiating communication with each other.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a process of validating the apparatus 701 according to an embodiment.
  • the CA 702 generates the message P by encrypting the SN of the device 701 and nonce R, which is a random number for authentication, using its private key PRIV_KEY CA.
  • the device 701 decrypts this P using PUB_KEY CA , which is the public key of the CA 702, in step 730.
  • step 740 the validity is confirmed by comparing SN identity, and if the validity is confirmed, in step 750, the nonce R is again stored in the device 701's own private key PRIV_KEY. Encrypt with D
  • This encrypted message Q is sent to the CA 702 in step 760, and in step 770 the CA 702 decrypts R using the public key PUB_KEY D of the device 701.
  • step 780 when R is confirmed, validity confirmation is possible between the device 701 and the CA 702. Then, when data is exchanged with each other by the above-described public key encryption / decryption method, do.
  • the server or other device that wants to communicate with the device must receive the public key of the device, which is generally similar to the above except that the CA, which is an intermediary, plays a role in the public key exchange process.
  • the CA plays an intermediate role in verifying the legitimacy of exchanging a public key or in the process of exchanging an actual public key. This process will be described in FIG. 8.
  • FIG. 8 illustrates a process in which devices 801 and 803 exchange each other's public keys through CA 802 to perform security authentication between devices 801 and 803 other than CA 802, according to an embodiment. It is a flowchart showing the.
  • the second device 803 wants to exchange a public key to communicate with the first device 801.
  • the second device 803 first requests the CA 802 to PUB_KEY D1 , which is the public key of the device 1 801.
  • step 820 the CA 802 encrypts SN D1 , which is the serial number of the first device 801, with its private key PRIV_KEY CA , together with the public key PUB_KEY D2 of the second device 803, to encrypt the message P.
  • step 830 the CA 802 encrypts SN D2 , which is a serial number of the second device 803, using its own private key PRIV_KEY CA together with the public key PUB_KEY D1 of the first device 801, and sends a message Q.
  • the first device 801 decrypts P using the public key PUB_KEY CA of the CA 802 in step 850. Acquire the SN D1 and the public key PUB_KEY D2 of the second device 803.
  • the first device 801 stores the public key PUB_KEY D2 of the second device 803 to be transmitted to the second device 803 afterwards. Used to encrypt a message.
  • the second device 803 decrypts Q using the public key PUB_KEY CA of the CA 802 in step 880. To obtain the public key PUB_KEY D1 of the SN D2 and the first device 801.
  • step 890 if the validity is confirmed by comparing the identity of the serial numbers SN D2 , the second device 803 stores the public key PUB_KEY D1 of the first device 801, and then sends a message to the first device 801. Used to encrypt
  • the message to be sent to the other party is encrypted by using the public key of each other, similar to the communication between the CA and the device.
  • Device 801 and second device 803 may communicate directly (891).
  • the above description is the same except for the difference that the second device 803 is a server.
  • the PUF-based secret key PIN is used in the knowledge-based authentication scheme, thereby satisfying all the requirements of non-disclosure, non-replicability, and uniqueness.
  • the reliability of security authentication is ensured in various applications such as IoT communication, for example, an application using RFID, a smart grid application, and a cloud computing application. Nevertheless, the cost of ensuring such reliability is very low.
  • Method according to an embodiment is implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means may be recorded on a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts.
  • Examples of computer readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks such as floppy disks.
  • Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform an operation, and vice versa.

Abstract

사물지능통신을 수행하는 단말기들이 PUF를 이용하여 자체적으로 외부에 유출되지 않는 PIN 값을 생성하여, 패스워드 인증을 단말기 스스로 수행한다. 사물지능통신을 수행하는 단말 장치는, 상기 단말 장치에 임베디드되며 상기 단말 장치에 연관된 패스워드 인증을 위한 인증 키를 생성하는 PUF; 및 상기 PUF가 생성한 상기 인증 키를 이용하여 상기 단말 장치에 연관된 지식 기반 인증을 수행하는 인증부를 포함할 수 있다.

Description

사물지능통신에서 PUF에 기반한 장치간 보안 인증 장치 및 방법
사물지능통신(Machine-To-Machine, M2M) 기술 분야에 연관되며, 보다 특정하게는 사물지능통신을 위해 장치 간의 보안 인증을 수행하는 방법에 연관된다.
사물지능통신(M2M)은 임베디드 시스템 또는 컴퓨터가 주변 정보를 수집할 수 있는 센서와 정보를 전달할 수 있는 통신 장비를 탑재하여, 스스로 필요한 정보를 수집, 가공하고 나아가 시스템에 필요한 의사를 결정하고 스스로를 제어하는 기술이다.
필요에 따라 관리자 또는 사용자에게 가공된 정보를 보고할 뿐 사람의 간섭을 최소화할 수 있어, 사람이 직접 하기 위험하거나, 많은 시간을 소요하는 일, 또는 보안상 사람보다 기계가 적절한 분야들에서 사물지능통신의 활용 가치가 크다.
과거의 정보 수집 체계는 센서가 발달함에 따라 점차 자동화되었으나, 수집된 정보를 처리하거나, 이를 이용하여 직접 의사 결정을 하는 역할은 오랜 기간 사람에 의존해왔다.
그러나, 사회 시스템과 기술의 발전에 따라 시간이나 장소에 구애 받지 않는 의사 결정이 필요하고, 처리할 정보의 양도 매우 방대하며, 또한 정보가 끊임 없이 수시로 업데이트되기까지 해서, 정보를 사람이 직접 처리하여 의사 결정을 하기에는 제약이 커지고 있다.
이러한 현실에서 실생활 속의 범람하는 데이터를 더욱 가치 있고 효율적으로 활용하기 위하여 사물지능통신이라는 개념이 등장하게 되었다. 다만, 1990년에 등장한 사물지능통신은 초기에는 단순한 원격 조정, 차량 무선통신 서비스 등 적용 범위가 한정되어 있었고, 관련 시장이나 산업이 제한적이었다.
그러나, 최근 유무선 통신기술이 급속도로 발전하고 있으며, 이와 함께 인터넷 생태계가 크게 확대되었다. 특히 최근의 RFID(Radio Frequency Identification), NFC(Near Field Communication), ZigBee, Bluetooth 등의 새롭고 저렴한 통신 기술의 등장으로 인해 사물지능통신을 구현하기 위한 시스템이나 장비의 비용이 하락하고 있다.
또한, 시장 현상을 보더라도 기존 통신 시장의 중심인 이동전화 서비스는 현재 가입자의 포화로 인해 시장 성장의 한계에 다다르고 있어 사물지능통신 산업은 새로운 미래 시장으로 떠오르고 있다.
한편, 사물지능통신 산업의 안정적인 성장에는 안전한 네트워크 환경이 보장되어야 해서, 통신 경로를 설정하기 전 장치 간에 서로가 정당한 개체인지 확인하는 인증 절차가 필요하다. 그러나, 기존의 시스템에서 사용하는 보안 인증 방법을 그대로 사물지능통신에 적용하기에 어려움이 있어서, 사물 지능통신을 위한 적절한 보안 인증 장치 및 방법이 요구된다.
사람이 개입하지 않는 환경에서 장치 간의 정보 처리나 의사 결정이 이루어지는 환경에서, 부정한 목적의 보안 위협은 사물지능통신 기술에 큰 장애가 되기 때문이다.
일반적인 보안 인증에는 Two-factor 인증이 이용될 수 있다. Two-factor 인증은 지식 기반(Knowledge-based) 인증과 소유 기반(Possession-based) 인증을 모두 수행한다. 즉, 두 가지 다른 방식의 인증을 수행함으로써 안전성을 높이고자 하는 것이다.
지식 기반 인증은 패스워드 또는 PIN(Personal Identity Number)에 기반한 인증 시스템을 의미하고, 소유 기반 인증은 주민등록증과 같이 자신을 증명할 유/무형의 오브젝트를 소유하는 것에 의한 인증을 의미한다.
예를 들어, 웹사이트에 로그인할 경우, 지식 기반 인증 방법인 패스워드 인증만이 수행될 수 있다. 그러나, 금융 거래 시에는 지식 기반 인증인 패스워드뿐만 아니라, 공인 인증서, 보안 카드 또는 OTP(One-Time Password)와 같은 소유 기반의 인증이 모두 수행될 필요가 있다.
이러한 예시처럼, 필요에 따라 소유 기반 인증은 생략될 수 있으나 대부분의 경우 지식기반 인증은 필수적으로 수행된다.
상기한 사물지능통신에서도 높은 보안성을 얻기 위해서는 Two-factor 인증이 필요하다. 이를 위해서는 사람이 아닌 장치(Device) 스스로가 지식기반 인증을 수행할 수 있어야 한다.
그런데, 장치 스스로 지식 기반 인증을 수행하기 위해서는 장치 스스로 패스워드를 생성할 수 있어야 한다. 기존의 기술로는 장치 스스로 패스워드를 생성한 다는 것이 어려운 기술이었다.
나아가, 사물지능통신 장치들의 대부분은 소형의 휴대 가능한 장치이고, 사용 환경에서 실외에 노출되어 있음으로써 장치 자체가 물리적으로 탈취당할 수도 있는 위험이 있다.
따라서, 사물지능통신 장치 스스로 지식 기반 인증을 수행할 수 있도록 하면서도, 외부의 보안 공격, 이를테면 장치에 대한 레이아웃 분석, 버스 프로빙(Bus probing), 메모리 스캔 공격 등에도 안전한 보안 인증 방법이 요구된다.
사물지능통신 분야에서 PUF라는 새로운 기술에 의해 장치(Device)가 스스로 패스워드를 생성하여 이를 인증에 이용함으로써, 장치들 간에 서로를 식별하고 정당한 개체인지 확인하기 위한 보안 인증을 신뢰할 수 있는 수준으로 수행하는 장치 및 방법이 제공된다.
암호화 복호화를 이용한 보안 통신이 사물지능통신을 수행하는 장치나 시스템들에 적용됨에 있어서, 장치의 보안 인증 시스템에 대한 물리적 공격이나 인가되지 않은 접근(access)에 강인한 보안 인증 장치 및 방법이 제공된다.
일측에 따르면, 사물지능통신을 수행하는 단말 장치에 있어서, 상기 단말 장치에 임베디드되며, 상기 단말 장치에 연관된 패스워드 인증을 위한 인증 키를 생성하는 PUF; 및 상기 PUF가 생성한 상기 인증 키를 이용하여 상기 단말 장치에 연관된 패스워드 인증을 수행하는 인증부를 포함하는 보안 인증 단말 장치가 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 PUF는 상기 보안 인증 단말 장치 외부와 물리적으로 격리되어 상기 인증키는 상기 보안 인증 단말 장치 외부로 유출되지 않는다.
다른 일측에 따르면, 사물지능통신을 수행하는 단말 장치에 있어서, 상기 단말 장치가 공개키 암호화 방식으로 통신하기 위한 공개키를 비밀키 암호화 방식으로 전달하기 위한 비밀키를 제공하는 비밀키 모듈; 및 상기 공개키를 생성하기 위한 개인키를 제공하는 모듈을 포함하며, 상기 비밀키 모듈 및 상기 개인키 모듈 중 적어도 하나는 PUF를 포함하여 구현되는 보안 인증 단말 장치가 제공된다.
일실시예에 있어서, 상기 보안 인증 단말 장치는, 과전류 인가에 따라 차단되어 상기 비밀키가 추출되는 경로를 차단하는 퓨즈부를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 퓨즈부는 상기 비밀키가 상기 단말 장치로부터 최초 추출된 이후에 상기 경로를 차단할 수 있다.
한편, 일실시예에 따르면, 상기 보안 인증 단말 장치는, 상기 단말 장치의 시리얼번호를 저장하는 시리얼번호 저장부; 및 상기 시리얼번호가 상기 시리얼번호 저장부에 저장되고 상기 비밀키가 추출된 이후에 상기 비밀키가 추출되는 경로를 차단하는 퓨즈부를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 보안 인증 단말 장치는, 상기 개인키를 이용하여 상기 공개키를 생성하는 공개키 생성부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 보안 인증 단말 장치는 외부 장치가 상기 공개키 암호화 방식으로 통신하기 위한 외부 장치의 공개키를 보관할 수 있다. 이 경우, 상기 보안 인증 단말 장치가 상기 외부 장치로부터 메시지를 받는 경우 상기 보안 인증 단말 장치는 상기 메시지를 상기 외부 장치의 공개키를 이용하여 복호화할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 보안 인증 단말 장치는 상기 복호화한 경우 상기 보안 인증 단말 장치의 시리얼번호의 동일성이 인정되는 지의 여부에 따라 상기 외부 장치의 정당성을 확인할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 사물지능통신을 수행하는 보안 인증 단말 장치를 관리하기 위한 인증 기관 장치에 있어서, 상기 보안 인증 단말 장치의 비밀키 및 상기 보안 인증 단말기의 시리얼번호를 보관하는 PIN 리스트를 포함하며, 상기 보안 인증 단말기가 공개키 암호화 방식으로 통신하기 위한 공개키 및 상기 보안 인증 단말기의 시리얼번호를 상기 비밀키로 암호화한 메시지를 전송하는 경우 이를 상기 비밀키를 이용하여 복호화 하고 상기 복호화한 경우 상기 보안 인증 단말 장치의 시리얼번호의 동일성이 인정되는 지의 여부에 따라 상기 보안 인증 단말 장치의 정당성을 확인하는 인증 기관 장치가 제공된다.
또 다른 일측에 따르면, 단말 장치가 사물지능통신을 수행하기 위해 보안 인증을 수행하는 방법에 있어서, 상기 단말 장치가 상기 단말 장치 내에 임베드된 제1 PUF를 이용하여 상기 단말 장치 개인키를 생성하는 단계; 상기 단말장치가 상기 개인키를 이용하여 상기 단말 장치가 패스워드 인증을 수행하기 위한 공개키를 생성하는 단계; 및 상기 공개키를 이용하여 상기 단말 장치와는 상이한 외부 단말 또는 외부 인증 기관과 패스워드 인증을 수행하는 단계를 포함하는 보안 인증 방법이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 공개키를 비밀키 암호화 방식으로 외부에 전달하기 위한 비밀키를 상기 제1 PUF와 상이한 제2 PUF를 이용하여 생성하는 단계; 및 상기 비밀키를 이용한 비밀키 암호화 방식으로 상기 공개키를 상기 외부 인증 기관과 교환하는 단계를 더 포함하는 방법이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 보안 인증 방법은, 상기 외부 인증 기관으로부터 공개키 암호화 방식을 이용하여 암호화된 메시지를 수신하는 단계; 상기 암호화된 메시지를 미리 저장되어 있던 상기 외부 인증 기관의 공개키를 이용하여 복호화하는 단계; 및 상기 복호화한 메시지에서 상기 단말 장치의 시리얼번호가 확인되는 경우 상기 외부 인증 기관과의 보안 인증을 완료하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 보안 인증 방법은, 상기 단말 장치의 시리얼번호를 저장하는 시리얼번호 저장부에 상기 시리얼번호가 저장되고 상기 비밀키가 최초 추출된 이후에 상기 비밀키가 추출되는 경로에 있는 퓨즈를 차단하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
또 다른 일측에 따르면, 인증 기관 장치가 제1 단말 장치와 제2 단말 장치의 사물지능통신을 위한 공개키 교환을 중계하는 방법에 있어서, 제2 단말 장치로부터 상기 제1 단말 장치의 공개키를 요청받는 단계; 상기 제1 단말 장치의 공개키를 상기 제2 단말 장치의 시리얼번호와 함께 상기 인증 기관 장치의 개인키를 이용하여 암호화 하여 제1 암호화 메시지를 생성하는 단계; 및 상기 제1 암호화 메시지를 상기 제2 단말 장치에 전송하는 단계를 포함하는 보안 인증 방법이 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 단말 장치의 공개키를 상기 제1 단말 장치의 시리얼번호와 함께 상기 인증 기관 장치의 개인키를 이용하여 암호화 하여 제2 암호화 메시지를 생성하는 단계; 및 상기 제2 암호화 메시지를 상기 제1 단말 장치에 전송하는 단계를 더 포함하는 보안 인증 방법이 제공된다.
이 경우, 상기 제2 단말 장치는 상기 인증 기관 장치의 개인키에 대응되는 상기 인증 기관 장치의 공개키를 이용하여 상기 제1 메시지를 복호화 하고 상기 복호화한 제1 메시지에서 상기 제2 단말 장치의 시리얼번호가 확인되는 경우에 상기 전송된 제1 단말 장치의 공개키를 신뢰할 수 있다.
한편, 상기 제1 단말 장치는 상기 인증 기관 장치의 개인키에 대응되는 상기 인증 기관 장치의 공개키를 이용하여 상기 제2 메시지를 복호화 하고 상기 복호화한 제2 메시지에서 상기 제1 단말 장치의 시리얼번호가 확인되는 경우에 상기 전송된 제2 단말 장치의 공개키를 신뢰할 수 있다.
사물지능통신에 있어서 장치 간에, 또한 장치와 시스템 간의 안전한 보안 인증이 가능하다.
따라서 사물지능통신을 수행하는 기기들 사이에 서로를 식별하고 정당한 개체인지 확인하는 과정의 신뢰성이 보장된다.
또한, 암호화 복호화를 이용한 종래의 기술들이 사물지능통신을 수행하는 장치나 시스템들에 적용될 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 보안 인증 장치를 도시하는 블록도이다.
도 2는 일실시예에 따른 보안 인증 장치를 도시하는 블록도이다.
도 3은 일실시예에 따른 도 2의 비밀키 모듈 또는 개인키 모듈 구현에 이용되는 예시적 PUF 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 일실시예에 따른 보안 인증 장치에 시리얼번호를 등록하고 PIN을 추출하여 PIN 리스트에 등록하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 일실시예에 따른 보안 인증 장치들이 공장으로부터 배포되고 PIN 리스트가 인증기관 CA에 전달되어 등록되는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 일실시예에 따라 장치와 CA 사이에 공개키를 등록하는 과정을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 일실시예에 따른 장치의 정당성 확인 과정을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 일실시예에 따라 CA 이외의 장치들 간에 보안 인증을 수행하기 위해 CA를 통해 장치들이 서로의 공개키를 교환하는 과정을 도시하는 흐름도이다.
이하에서, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서, 일부 실시예를, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 보안 인증 장치(100)를 도시하는 블록도이다.
일실시예에 따르면, 장치 간에 사물지능통신을 수행함에 있어서 사물지능통신을 수행하는 장치(100) 스스로가 안전한 PIN 또는 패스워드를 자체적으로 생성하여 보유하여, 지식 기반의 인증을 수행할 수 있다.
이러한 지식 기반 인증을 위해, 장치(100)에는 외부의 보안 공격에 강인하면서도, 무작위의 고유한 PIN을 생성하는 PUF(Physical unclonable Functions)(110)가 포함될 수 있다.
일실시예에 따르면, PUF(110)는 지식 기반 인증을 위한 인증 키로 사용될 수 있는 PIN을 생성한다. 이 PIN은 PUF(110) 제조 공정 상 발생하는 공정 편차에 의해 생성되는 무작위의 디지털 값일 수 있다.
또한, 이 PIN은 한 번 생성된 이후 그 값이 주변 환경에 따라 변경되지 않는 시불변(Time-invariant)의 디지털 값일 수 있다. 이러한 PIN은 외부로 노출되지 않으므로, 일실시예에 따르면 장치(100)의 인증 체계에 대한 보안 위협에 대한 방지가 가능하다.
장치(100)가 통신 인터페이스(130)를 통해 다른 장치(도시되지 않음)와 사물지능통신을 수행하는 경우, 인증부(120)는 PUF(110)에 의해 자체적으로 생성되는 상기 PIN을 수신하여 지식 기반 인증을 수행할 수 있다.
이러한 장치(100)의 보다 구체적인 예시적 구성이 도 2를 참조하여 설명된다.
도 2는 일실시예에 따른 보안 인증 장치(200)를 도시하는 블록도이다.
일실시예에 따른 보안 인증에 있어서, 장치(200)는 비밀키 모듈(220)과 개인키 모듈(250)을 포함할 수 있다. 여기서, 비밀키 모듈(220) 및 개인키 모듈(250) 중 적어도 하나는 PUF를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 비밀키 모듈(220) 및 개인키 모듈(250) 각각은 자신의 고유한 PUF를 가지며, 각각의 PUF는 물리적 특성 자체로부터 비밀키(secret key)와 개인키(private key)를 갖는다. 이하에서는 이러한 비밀키 및/또는 개인키를 PIN으로 표현하기도 하므로, PIN은 장치(200)의 보안 인증을 위해 사용되는 비밀키, 개인키 등 어느 것도 배제하지 않고 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
PUF는 공정변이로 발생하는 특성 편차를 이용하여 동일 설계 도면으로 제작하더라도 서로 다른 함수 값을 발생하는 회로로서, 일부 실시예들에서는 사물지능통신 장치의 PIN을 생성하여 제공한다. 엄밀히는 PUF의 물리적 특성에 의해 생성된 디지털 값 자체가 아니라 이를 이용하여 PIN이 생성되는 것으로 볼 수도 있다.
이를 테면, 외부의 신뢰할 수 있는 소스로부터 주어지는 값을 시드(Seed)로 하여, 상기 PUF가 생성한 오리지널 디지털 값을 암호화한 결과 값을 상기 PIN으로 할 수도 있다.
이러한 과정에서 일실시예에 따르면, PUF가 제공하는 디지털 값 VPUF를 상기 시드(Seed)와 해시 함수에 넣는 방식을 이용한다. 따라서, 최종적으로 사용되는 PIN 값은 Hash (VPUF|| Seed)일 수 있다.
이러한 실시예에 따르면, 어떤 경로로든 개인키가 유출되는 경우 상기 시드 값만을 변경함으로써 PIN을 쉽게 변경할 수 있으므로, 안전성과 편의성이 개선될 수 있다.
다만, 이러한 PIN 값 생성은 일부 실시예에 불과하며, 실시예들은 PUF가 생성한 디지털 값 자체를 PIN으로 사용하는 경우와 상기 PUF를 별도로 처리한 값을 PIN으로 사용하는 경우를 모두 포함한다. 이하에서는 PUF가 생성한 디지털 값을 처리하여 새로운 PIN을 만들어 내는 과정에 대해서 일일이 언급하지 않더라도 이러한 실시예들을 모두 포함하여 내용이 이해되어야 한다.
한편, PUF는 예측 불가능한 랜덤한 값을 갖기 때문에 장치의 PIN을 결정하는데 사용될 수 있으며, 이를 이용하면 외부에서 생성하여 주입하여 메모리에 저장할 때 발생할 수 있는 PIN의 사전 누출 문제를 방지할 수 있다.
또한, PUF는 물리적으로 복제가 불가능하다는 특징을 가지고 있기 때문에 장치(200)의 PIN 번호가 사후적으로 유출 또는 복제될 가능성도 제거할 수 있다.
또한, PUF가 생성하는 PIN 값은 랜덤성이 뛰어나고 실시예들에서는 한 번 생성한 값이 시간에 따라 변하지 않는 신뢰할 수 있는 것이다. PUF 구현에 관해서는 도 3를 참조하여 보다 상세히 후술한다.
일실시예에 따르면, 시리얼번호 저장부(210)에는 장치(200)의 제조 공정에서 공장(Factory)가 제공하는 기기의 고유 값이 시리얼번호(Serial number)가 저장되며, 공장으로부터 장치(200)의 고유한 시리얼번호가 I/O 인터페이스(231)를 통해 장치(200)에 입력되고, 최초 1회 - 정책에 따라 꼭 한 번일 필요는 없으나 보안 유지 상 한 번으로 지정될 수 있다 - 에 한해 비밀키 모듈(220)로부터 비밀키가 공장 또는 관리 권한을 갖는 외부로 추출될 수 있다.
그리고, 일실시예에 따르면, 장치(200)는 퓨즈부(230)를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서는, 상기한 최초 1회의 비밀키 추출 이후 퓨즈부(230)가 비밀키 모듈(220)과 I/O 인터페이스(231) 사이의 연결을 물리적으로 차단하며, 이는 비가역적이다.
그러면 이제는 최초 1회 추출된 비밀키만 관리 권한이 있는 주체가 안전하게 관리하면 되고, 퓨즈부(230)의 상기 차단 이후에 새롭게 장치(200)의 비밀키가 추출되는 것은 불가능하다. 비밀키 모듈(220)은 PUF에 의해 구현되어 물리적으로 복제 불가능하고, 전력분석 공격 등을 비롯한 다양한 역공학(Reverse engineering)에 의한 비밀키 추출이 불가능하거나 매우 어렵기 때문이다.
일실시예에 따르면 장치(200)는 공개키 암호화/복호화 통신 방식에 사용될 개인키를 생성하는 개인키 모듈(250)을 포함하며, 개인키 모듈(250)은 상기 비밀키 모듈(220)과는 별개의 PUF에 의해 개인키를 제공할 수 있다.
이 개인키 모듈(250)이 생성 및 제공하는 개인키는 외부와는 물리적으로 고립되어 있으며, 장치(200) 제조에서부터 유통 및 사용에 이르기까지 외부로 추출되지 않는다. 물론, 앞서 설명한 비밀키 모듈(220)과 같은 이유에서 물리적 공격에 의한 인위적인 개인키 유출도 불가능하다.
따라서, 개인키 모듈(250)이 제공한 개인키의 외부 유출은 발생하지 않아 사물지능통신(M2M)에서 장치(200) 스스로 생성한 PIN을 통한 기기 인증이 가능하다.
일실시예에 따르면, 개인키 모듈(250)이 생성한 개인키를 이용하여 공개키 생성부(240)는 상기 공개키 암호/복호화 통신 방식에서 장치(200)가 사용할 공개키(public key)를 생성하고, 이는 공개키 저장부(260)에 저장된다. 공개키 저장부(260)는 생성된 공개키를 저장하는 수단으로서 일실시예에 따르면 비휘발성(non volatile) 메모리일 수 있다.
물론, 공개키 저장부(260)는 선택적으로 채용 가능한(employed optionally) 구성으로, 다른 실시예에서는 공개키 저장부(260) 없이 인증이 필요한 경우 마다 공개키 생성부(240)가 생성한 공개키를 읽는 것도 가능하다.
암복호화 프로세서(270)는 통상적인 데이터 암호화와 복호화를 수행하는 Crypto-coprocessor 등으로 이해될 수 있으며, 실제 암호화된 데이터를 통신 네트워크에서 외부와 주고 받는 구성은 통신 인터페이스(280)이다.
실시예에 따르면, 상기 최초 1회 추출된 비밀키는 장치(200)와 보안 통신을 수행할 정당한 권한이 있는 관리 주체인 인증 기관(Certification Authority, CA)과 공개키를 주고 받는 경우에 서로가 정당한 개체임을 확인하는 수단으로만 사용된다.
즉, 최초 1회이기는 하지만 이미 추출된 바 있는 비밀키가 직접 암복호화에 사용되는 것이 아니라, 비밀키는 비밀키 암호화 방식으로 공개키를 외부에 보내는 과정에서만 사용되어, 이중의 보안이 보장된다. 따라서 실제 기기 인증에 사용되는 개인키는 외부로 절대 노출되지 않는다.
이하에서는 공장에서 장치(200)를 제조하는 과정, 장치(200)가 유통 또는 배포되는 과정, 실제로 사용되면서 비밀키 통신 방식으로 공개키를 교환하는 과정, 실제로 장치(200)가 CA나 다른 장치들과 서로의 정당성을 확인하여 통신을 수행하게 되는 과정에 대해 도 3 이하를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 일실시예에 따른 도 2의 비밀키 모듈 또는 개인키 모듈 구현에 이용되는 예시적 PUF 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
먼저 PUF 구현에 대해 실시예들에서 채택되는 차이점을 종래의 PUF 구현들과 비교하여 설명한 다음 구체적 구현의 일 예를 도 3에 도시된 바를 참조하여 설명한다.
PUF (Physically Unclonable Function)는 예측 불가능한 (Unpredictable) 디지털 값을 제공할 수 있다. 개개의 PUF들은 정확한 제조 공정이 주어지고, 동일한 공정에서 제조되더라도, 상기 개개의 PUF들이 제공하는 디지털 값은 다르다.
따라서, PUF는 복제가 불가능한 POWF (Physical One-Way Function practically impossible to be duplicated)로 지칭될 수도 있고, 또한 PRF(Physical Random Function)으로 지칭될 수도 있다.
이러한 PUF는 보안 및/또는 인증을 위한 암호 키의 생성에 이용될 수 있다. 이를테면, 디바이스를 다른 디바이스와 구별하기 위한 유니크 키(Unique key to distinguish devices from one another)를 제공하기 위해 PUF가 이용될 수 있다.
종래에는 이러한 PUF를 구현하기 위해 IC의 최 상위 레이어(top layer)에 랜덤하게 도핑(doping)된 입자를 이용하여 코팅(Coating) PUF를 구현하기도 하였고, 래치(latch)와 같은 하드웨어 칩에 일반적으로 쓰이는 CMOS 소자 내부의 공정 변이를 이용하여 FPGA에서도 구현 가능한 최근의 버터플라이(butterfly) PUF 등이 구현되기도 하였다.
그런데, PUF를 PIN 생성에 활용하는 응용이 상용화될 수 있도록 신뢰 가능하려면 PUF 회로 자체의 물리적 복제 불가능성, 생성된 PIN 값의 랜덤성 및 한 번 생성된 PIN의 값이 시간의 흐름에 따라 변화하지 않는 시불변성이 모두 보장되어야 한다.
그러나 종래의 대부분의 PUF 회로들은 PUF 또는 PRF로서 충족시켜야 하는 랜덤성과 값의 시불변성 중 적어도 하나를 높은 수준으로 보장하지 못했기 때문에 상용화에 어려움이 있었다.
실시예들에서 사용되는 PUF는 이러한 종래의 문제점을 해결하여 시불변성과 랜덤성을 굉장히 신뢰할 수 있는 수준으로 보장하면서도 반도체 제작 과정에서 매우 낮은 단가로 생성 가능하다.
일실시예에 따르면, PUF가 생성한 PIN의 랜덤성과 시불변성을 동시에 만족하기 위해 반도체 공정에서 존재하는 노드들 사이의 단락 여부 등에 의한 무작위성을 이용하여 랜덤값을 만들어 낸다.
도 3에 도시된 일실시예에 따른 PUF는 반도체 칩 내의 전도성 레이어(metal) 사이를 전기적으로 연결하기 위해 사용되는 콘택(contact) 또는 비아(via)의 크기를 공정에서 연결 여부가 확실한 크기, 즉 디자인 룰보다 작은 형태로 구현하여, 그 단락 여부가 랜덤하게 결정되게 한다. 즉, 의도적으로 디자인 룰을 위반하여 랜덤한 PIN 값을 생성하는 것이다.
이러한 새로운 PUF 회로는 매우 간단한 단락 회로로 구성되기 때문에 별도의 추가적인 회로나 공정상의 과정이 없고, 특별한 측정 장치도 필요 없기 때문에, 쉽게 구현이 가능하다. 그리고 공정의 특성을 이용하기 때문에 값의 랜덤성을 유지하면서 안정성을 충족시킬 수 있다.
도 3에서 도시된 바를 참조하여 실시예에 따른 PUF 생성을 구체적으로 설명한다.
반도체 제조 공정에서 메탈 1 레이어(302)와 메탈 2 레이어(301) 사이에 비아들이 형성된 모습의 도시되었다.
비아 사이즈를 디자인 룰에 따라 충분히 크게 한 그룹(310)에서는 모든 비아가 메탈 1 레이어(302)와 메탈 2 레이어(301)을 단락시키고 있으며, 단락 여부를 디지털 값으로 표현하면 모두 0이 된다.
한편, 비아 사이즈를 너무 작게 한 그룹(330)에서는 모든 비아가 메탈 1 레이어(302)와 메탈 2 레이어(301)을 단락시키지 못하고 있다. 따라서 단락 여부를 디지털 값으로 표현하면 모두 1이 된다.
그리고, 비아 사이즈를 그룹(310)과 그룹(330) 사이로 한 그룹(320)에서는, 일부의 비아는 메탈 1 레이어(302)와 메탈 2 레이어(301)을 단락시키고, 다른 일부의 비아는 메탈 1 레이어(302)와 메탈 2 레이어(301)을 단락시키지 못하고 있다.
일실시예에 따른 식별키 생성부(210)는, 그룹(320)와 같이, 일부의 비아는 메탈 1 레이어(302)와 메탈 2 레이어(301)을 단락시키고, 다른 일부의 비아는 메탈 1 레이어(302)와 메탈 2 레이어(301)을 단락시키지 못하도록 비아 사이즈를 설정하여 구성된다.
비아 사이즈에 대한 디자인 룰은 반도체 제조 공정에 따라 상이한데, 이를테면 0.18 미크론(um)의 CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 공정에서 비아의 디자인 룰이 0.25 미크론으로 설정된다고 하면, 상기 일실시예에 따른 식별키 생성부(210)에서 비아 사이즈를 0.19 미크론으로 설정하여, 메탈 레이어들 사이의 단락 여부가 확률적으로 분포하도록 한다.
이러한 단락 여부의 확률 분포는 50%의 단락 확률을 갖도록 하는 것이 이상적이며, 일실시예에 따른 비밀키 모듈(220)과 개인키 모듈(250)은 상기 확률 분포가 최대한 50%에 가깝게 비아 사이즈를 설정하여 구성된다. 이러한 비아 사이즈 설정은, 구체적인 특정 반도체 공정에 따라 실험에 의하여 이루어질 수 있다.
이러한 실시예에 의해 PUF가 비밀키 또는 개인키를 랜덤성과 시불변성이 보장되게 제공함으로써 물리적 공격에 대응하기 위한 탬퍼 저항(tamper-resistance)는 필요로 하지 않는다.
디패키징, 레이아웃 분석, 메모리 공격 등의 물리적 공격에 대응하기 위해 암호화 모듈에 주로 사용되는 tamper-resistance는 장치에 대한 해제 시도 시 기억 장치의 내용 소거 등을 통해 장치의 기능을 정상적으로 동작할 수 없도록 하여 내부의 내용을 보호한다. 그러나, 부가적인 보호 장치를 필요로 하거나 구현 수단이 복잡해지므로 비용이 증가할 뿐만 아니라 사용자의 실수 또는 고장에 의해 데이터 소거 등의 의도치 않은 장비 손상의 가능성을 가지고 있다. 그런데, 상기와 같이 도 3에서 설명된 원리에 의해 PUF를 구현하면 이러한 문제점이 없다.
또한, 실시예에 의한 PUF는 내부의 각 셀을 분리하여 관찰하기가 매우 어렵기 때문에 수 만개 내지 수십 만개 게이트의 칩 내부에서 PUF 셀을 골라 그 값을 관찰한다는 것은 거의 불가능에 가깝다.
또한, 일부 PUF는 전원이 들어온 상태에서 동작할 때에만 값이 정해지기 때문에 물리적 공격을 위한 디패키징 등의 과정에서 칩의 일부가 손상될 경우 평소의 값과 다른 값을 갖게 되어 본래 값을 추측하기가 매우 어렵다.
따라서, 본 발명이 PUF를 사용하면 탬퍼 저항과 같은 추가 비용도 요구되지 않으면서, 물리적 공격에 강인한 구성을 가지면서 랜덤성과 시불변성이 유지되는 비밀키와 개인키를 제공할 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 장치(402)에 시리얼번호를 등록하고 비밀키인 PIN을 추출하여 PIN 리스트(403)에 등록하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
공장(402)에서 장치(402)가 제조되는 과정에서 이러한 시리얼번호 등록 내지 PIN 값 추출 등이 수행된다.
단계(410)에서는 장치(402)를 생산하는 공장(402)이 장치에 고유 ID인 SN(Serial Number)를 삽입한다.
그리고, 단계(420)에서는 공장(402)이 장치(402)의 비밀키인 PIN을 추출하고, 단계(430)에서 PIN 리스트(403)에 SN과 비밀키인 PIN을 짝 지어 저장한다. 상기한 바와 같이, 장치(402)의 비밀키인 PIN은 도 2의 비밀키 모듈(220)인 PUF가 생성한 디지털 값일 수도 있지만, 다른 실시예에서는 상기 디지털 값을 해시 함수 등으로 처리한 결과 생성되는 값일 수도 있다.
이렇게 PIN-List의 장치(402)에 대응한 부분이 기록되면 단계(440)에서 비밀키인 PIN을 추출하는 경로를 차단하는데, 일실시예에 따르면 이 과정은 추출회로에 과전류를 흘려 보내 퓨즈를 절단하는 것일 수 있다. 따라서, 상기한 바와 같이 비밀키는 단 1회 추출되고 더 이상은 비밀키인 PIN에 접근하거나 유출하는 것이 불가능해진다.
이하에서 설명할 사물지능통신에 있어서 보안 인증을 설명하기 위한 각각의 요소를 간단히 설명하기로 한다.
이하의 사물지능통신의 네트워크 모델에서는 개별 장치들, 서버, CA가 포함될 수 있다,
사물지능통신 장치들은 사물지능통신 네트워크의 터미널로 센서를 이용하여 정보를 수집하는 등 주로 데이터를 생산하여 서버로 전송하는 역할을 한다. 때때로 주변의 동일한 형태의 장치와 데이터를 주고받기도 한다.
사물지능통신 서버는 사물지능통신 서비스 플랫폼이 기반이 되어 네트워크에서 장치들이 생산한 데이터를 수집 및 가공하여 사용자에게 제공한다. 서비스 플랫폼에는 개방형 API(Application Platform Interface)를 활용하여 다양한 응용들이 실행된다. 서로 다른 목적을 위해 동작하는 각각의 응용은 장치와 데이터를 주고받고, 이를 유용한 정보로 가공하여 PC, 스마트폰과 같은 단말을 통해 사용자에게 제공한다.
CA는 각 장치가 정당한 사용자인지를 판단하기 위한 인증과정을 수행하며 장치와 장치가 통신을 할 경우 서로의 공개키를 자신의 개인키로 암호화하여 전송함으로써 각 장치가 통신을 원하는 다른 장치의 공개키의 정당성을 믿고 사용할 수 있도록 도와주는 역할을 수행한다.
경우에 따라 CA와 서버는 통합될 수 있다. 서버가 CA와 결합된 경우 각 장치들에 대한 인증 역할도 수행한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 별도로 서버를 표시하지 않고 서버가 CA에 통합된 것으로 가정하여 CA에 대해서만 도시하여 설명한다.
실시예들에 따른 보안 인증 방법 수행에 있어서, 프로토콜은 인증을 위하여 사물지능통신 장치들의 정보(PIN, 공개키)를 수집하는 단계가 필수적으로 선행되어야 되며, 이 과정에서 수집한 정보는 사물지능통신 네트워크에서 각 장치의 정당성을 판단하는 기준 정보가 된다.
한편, 실시예들에 따른 보안 인증 방법을 실행하는 전체 과정은 1) 개별 장치들에 SN을 넣고 PIN을 추출하여 PIN 리스트를 작성하는 단계, 2) PIN 리스트를 CA에 등록하는 단계, 3) 단말과 CA 사이에 공개키를 교환하여 등록하는 단계, 및 4) 통신 개시 전에 서로를 인증하기 위해 PIN을 인증하는 단계의 4가지로 나뉘어 진행된다.
위 1)은 도 4을 참조하여 상기 설명한 바와 같고, 위 2)는 아래에서 도 5를 참조하여 후술하고, 위 3)은 아래에서 도 6를 참조하여 후술하며, 위 4)는 아래에서 도 7을 참조하여 후술한다.
도 5는 일실시예에 따른 보안 인증 장치들(500)이 공장(501)으로부터 배포되고 PIN 리스트(403)가 인증기관 CA(502)에 전달되어 등록되는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
단계(510)에서는 장치들(500)이 사용될 각자 사용될 위치로 배포된다. 이 배포 과정은 장치들(500) 제조 이후 판매나 유통에 관한 일반적인 과정을 의미한다.
단계(520)에서 CA(502)는 PIN-list(403)를 안전한 오프라인 경로를 통해 전달받는다.
그리고, 단계(530)에서 전달받은 PIN-list를 등록한다.
도 6은 일실시예에 따라 장치(601)와 CA(602) 사이에 공개키를 등록하는 과정을 도시하는 흐름도이다.
먼저 단계(610)에서 CA(602)가 장치(601)로 공개키를 요청하는 메시지를 전송한다.
그러면, 단계(620)에서 장치(601)는 자신의 SN와 공개키를 자신의 비밀키인 PIN으로 암호화하여 메시지 P를 생성한다.
그리고 단계(630)에서 장치(601)은 메시지 P를 CA(602)로 전송한다. 즉, 장치(601)가 CA(602)에게 자신의 공개키를 보내는 방식은 비밀키 암호화 알고리즘을 이용하는 것이다.
그러면 단계(640)에서 CA(602)가 이 P를 받아서 해당 장치(601)의 비밀키 PIN를 이용하여 복호화 하면, 장치(601)의 공개키 PUB_KEYD가 획득된다.
이 때 단계(650)에서 CA(602)는 복호화된 SN이 인증을 수행 중인 장치(601)의 SN와 맞는지 동일성을 비교한다.
그리고 동일성이 확인된 경우에만 정당성이 확인된 것으로 보아, 단계(660)에서 장치(601)의 공개키 PUB_KEYD를 CA(602) 자신의 PIN 리스트에 등록한다.
단계(670)에서 CA(602)는 상기 SN과 자신의 공개키 PUB_KEYCA를 장치(601)의 비밀키 PIN로 암호화 하여 메시지 Q를 생성하고, 단계(680)에서 이 Q를 장치(601)에게 전달한다.
그러면, 장치(601)가 이 Q를 비밀키 알고리즘으로 복호화 하여 SN과 PUB_KEYCA를 획득한다.
그리고 단계(691)에서 장치(601)가 SN의 동일성을 비교하여 정당성을 확인하고, SN의 동일성이 확인되면 단계(692)에서 CA(602)의 공개키인 PUB_KEYCA를 자신의 비휘발성 메모리에 저장해 둔다.
이상의 과정을 통해서 장치(601)와 CA(602) 사이에 서로의 공개키를 교환하였으며, 앞으로 데이터 통신은 각자가 가지고 있는 상대방의 공개키를 이용하여 수행된다.
도 7을 참조하면 장치(701)와 CA(702)는 서로 간의 통신 개시 전 서로의 정당성을 확인한다.
이러한 정당성 확인을 위한 인증 과정은 두 경우가 존재할 수 있다. 하나는 서버와 CA가 같고 CA가 장치와 직접 통신하는 경우이다. 그리고 다른 하나는 서버와 CA가 다르거나 개별 장치와 다른 개별 장치가 서로 통신하는 경우로 나뉜다. 전자는 도 7을 참조하여 후술하고 후자는 도 8을 참조하여 후술한다.
도 7은 일실시예에 따른 장치(701)의 정당성 확인 과정을 도시하는 흐름도이다.
단계(710)에서, CA(702)는 자신의 개인키인 PRIV_KEYCA를 이용하여 장치(701)의 SN과 인증용 랜덤 수인 nonce R을 암호화하여 메시지 P를 생성한다.
그리고 단계(720)에서 P가 장치(701)에게 전송되면, 장치(701)은 단계(730)에서 CA(702)의 공개키인 PUB_KEYCA를 이용하여 이 P를 복호화 한다.
그러면, SN과 상기 R이 획득되고, 단계(740)에서는 SN 동일성 비교를 통해 정당성을 확인하고, 정당성이 확인된 경우에 단계(750)에서는 상기 nonce R을 다시 장치(701) 자신의 개인키 PRIV_KEYD를 이용하여 암호화 한다.
이렇게 암호화된 메시지 Q가 단계(760)에서 CA(702)에게 전송되고, 단계(770)에서 CA(702)는 장치(701)의 공개키 PUB_KEYD를 이용하여 R을 복호화한다. 단계(780)에서 R이 확인되면 장치(701)와 CA(702) 사이에 통신을 할 수 있는 정당성 확인이 되었고, 그 다음부터는 상기한 공개키 암호화/복호화 방식으로 데이터를 서로 주고 받아서 통신을 하면 된다.
이상에서는 서버와 CA가 같고 CA가 장치와 통신하는 경우를 설명하였으며, 이하에서는 도 8을 참고하여 서버와 CA가 다르거나 장치와 장치 간의 직접 통신을 하고자 하는 경우를 설명한다.
다만, 장치와 통신하고자 하는 서버 또는 다른 장치는 상기 장치의 공개키를 전달 받아야 하는데, 이를 중간자인 CA가 공개키 교환 과정에서 역할을 하는 것 외에는 상기와 전체적으로는 유사하다.
즉, CA만이 개별 장치들의 비밀키인 PIN을 보유하므로, 공개키들을 교환하며 개별 장치들과 서로의 정당성을 확인할 수 있었는데, 장치와 다바이스 간에, 또는 장치와 서버 간에는 서로의 비밀키를 보유하고 있지 않으므로 공개키를 교환해야 할 대상인지의 정당성 확인이나, 실제 공개키를 교환하는 과정에서 CA가 중간 역할을 하는 것이다. 도 8에서 이러한 과정을 설명한다.
도 8은 일실시예에 따라 CA(802) 이외의 장치들(801 및 803) 간에 보안 인증을 수행하기 위해 CA(802)를 통해 장치들(801 및 803)이 서로의 공개키를 교환하는 과정을 도시하는 흐름도이다.
제2 장치(803)가 제1 장치(801)과 통신을 수행하기 위해 공개키를 교환하고자 한다.
그러면 단계(810)에서 제2 장치(803)은 일단 CA(802)에게 장치 1(801)의 공개키인 PUB_KEYD1를 요청한다.
단계(820)에서 CA(802)는 제1 장치(801)의 시리얼번호인 SND1을 제2 장치(803)의 공개키 PUB_KEYD2와 함께 자신의 개인키 PRIV_KEYCA를 이용하여 암호화 하여 메시지 P를 생성한다.
그리고 단계(830)에서 CA(802)는 제2 장치(803)의 시리얼번호인 SND2을 제1 장치(801)의 공개키 PUB_KEYD1와 함께 자신의 개인키 PRIV_KEYCA를 이용하여 암호화 하여 메시지 Q를 생성한다.
단계(840)에서 CA(802)가 제1 장치(801)에 메시지 P를 전달하면 제1 장치(801)는 단계(850)에서 CA(802)의 공개키 PUB_KEYCA를 이용하여 P를 복호화 하여 SND1와 제2 장치(803)의 공개키 PUB_KEYD2를 획득한다.
그리고 단계(860)에서 시리얼번호 SND1의 동일성 비교를 통해 정당성이 확인되면 제1 장치(801)는 제2 장치(803)의 공개키 PUB_KEYD2를 보관하여 이후에 제2 장치(803)로 전송할 메시지를 암호화하는 데에 이용한다.
한편 단계(870)에서 CA(802)가 제2 장치(803)에 메시지 Q를 전달하면 제2 장치(803)는 단계(880)에서 CA(802)의 공개키 PUB_KEYCA를 이용하여 Q를 복호화 하여 SND2와 제1 장치(801)의 공개키 PUB_KEYD1를 획득한다.
단계(890)에서 시리얼번호 SND2의 동일성 비교를 통해 정당성이 확인되면 제2 장치(803)는 제1 장치(801)의 공개키 PUB_KEYD1를 보관하여 이후에 제1 장치(801)로 전송할 메시지를 암호화하는 데에 이용한다.
이렇게 제1 장치(801)와 제2 장치(803) 사이에 서로의 공개키가 교환된 이후에는 상기한 CA와 장치의 통신과 마찬가지로 서로의 공개키를 이용하여 상대방에게 보낼 메시지를 암호화 하여 제1 장치(801)와 제2 장치(803)는 직접 통신할 수 있다(891).
CA와 서버가 동일하지 않아서 장치가 서버와 통신하게 되는 경우에도, 상기한 설명에서 제2 장치(803)가 서버인 차이 외에는 동일하다.
이상의 실시예들을 통해 PUF 기반 비밀키 PIN을 지식기반 인증 방식에 사용함으로써 유출 불가능성, 복제 불가능성, 고유성이라는 요구가 모두 만족되었다.
이러한 실시예들을 통해 사물지능통신, 이를테면 RFID를 이용한 응용, 스마트그리드 응용, 클라우드컴퓨팅 응용 등의 다양한 응용에서 보안 인증의 신뢰성이 보장되며, 그럼에도 불구하고 이러한 신뢰성을 보장하는 비용은 매우 저렴하다.
일실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (19)

  1. 사물지능통신을 수행하는 단말 장치에 있어서,
    상기 단말 장치에 임베디드되며, 상기 단말 장치에 연관된 패스워드 인증을 위한 인증 키를 생성하는 PUF; 및
    상기 PUF가 생성한 상기 인증 키를 이용하여 상기 단말 장치에 연관된 패스워드 인증을 수행하는 인증부
    를 포함하는, 보안 인증 단말 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PUF는 상기 보안 인증 단말 장치 외부와 물리적으로 격리되어 상기 인증키는 상기 보안 인증 단말 장치 외부로 유출되지 않는, 보안 인증 단말 장치.
  3. 사물지능통신을 수행하는 단말 장치에 있어서,
    상기 단말 장치가 공개키 암호화 방식으로 통신하기 위한 공개키를 비밀키 암호화 방식으로 전달하기 위한 비밀키를 제공하는 비밀키 모듈; 및
    상기 공개키를 생성하기 위한 개인키를 제공하는 모듈
    을 포함하며, 상기 비밀키 모듈 및 상기 개인키 모듈 중 적어도 하나는 PUF를 포함하여 구현되는 보안 인증 단말 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    과전류 인가에 따라 차단되어 상기 비밀키가 추출되는 경로를 차단하는 퓨즈부
    를 더 포함하는 보안 인증 단말 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 퓨즈부는 상기 비밀키가 상기 단말 장치로부터 최초 추출된 이후에 상기 경로를 차단하는 보안 인증 단말 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 단말 장치의 시리얼번호를 저장하는 시리얼번호 저장부; 및
    상기 시리얼번호가 상기 시리얼번호 저장부에 저장되고 상기 비밀키가 추출된 이후에 상기 비밀키가 추출되는 경로를 차단하는 퓨즈부
    를 더 포함하는 보안 인증 단말 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 개인키를 이용하여 상기 공개키를 생성하는 공개키 생성부
    를 더 포함하는 보안 인증 단말 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 보안 인증 단말 장치는 외부 장치가 상기 공개키 암호화 방식으로 통신하기 위한 외부 장치의 공개키를 보관하고,
    상기 외부 장치로부터 메시지를 받으면 상기 메시지를 상기 외부 장치의 공개키를 이용하여 복호화하는 보안 인증 단말 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보안 인증 단말 장치는 상기 복호화한 경우 상기 보안 인증 단말 장치의 시리얼번호의 동일성이 인정되는 지의 여부에 따라 상기 외부 장치의 정당성을 확인하는 보안 인증 단말 장치.
  10. 사물지능통신을 수행하는 보안 인증 단말 장치를 관리하기 위한 인증 기관 장치에 있어서,
    상기 보안 인증 단말 장치의 비밀키 및 상기 보안 인증 단말기의 시리얼번호를 보관하는 PIN 리스트를 포함하고,
    상기 인증 기관 장치는, 상기 보안 인증 단말기가 공개키 암호화 방식으로 통신하기 위한 공개키 및 상기 보안 인증 단말기의 시리얼번호를 상기 비밀키로 암호화한 메시지를 전송하는 경우 이를 상기 비밀키를 이용하여 복호화 하고 상기 복호화한 경우 상기 보안 인증 단말 장치의 시리얼번호의 동일성이 인정되는 지의 여부에 따라 상기 보안 인증 단말 장치의 정당성을 확인하는 인증 기관 장치.
  11. 단말 장치가 사물지능통신을 수행하기 위해 보안 인증을 수행하는 방법에 있어서,
    상기 단말 장치가 상기 단말 장치 내에 임베드된 제1 PUF를 이용하여 상기 단말 장치 개인키를 생성하는 단계;
    상기 단말장치가 상기 개인키를 이용하여 상기 단말 장치가 패스워드 인증을 수행하기 위한 공개키를 생성하는 단계; 및
    상기 공개키를 이용하여 상기 단말 장치와는 상이한 외부 단말 또는 외부 인증 기관과 패스워드 인증을 수행하는 단계
    를 포함하는 보안 인증 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 공개키를 비밀키 암호화 방식으로 외부에 전달하기 위한 비밀키를 상기 제1 PUF와 상이한 제2 PUF를 이용하여 생성하는 단계; 및
    상기 비밀키를 이용한 비밀키 암호화 방식으로 상기 공개키를 상기 외부 인증 기관과 교환하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 외부 인증 기관으로부터 공개키 암호화 방식을 이용하여 암호화된 메시지를 수신하는 단계;
    상기 암호화된 메시지를 미리 저장되어 있던 상기 외부 인증 기관의 공개키를 이용하여 복호화하는 단계; 및
    상기 복호화한 메시지에서 상기 단말 장치의 시리얼번호가 확인되는 경우 상기 외부 인증 기관과의 보안 인증을 완료하는 단계
    를 더 포함하는 보안 인증 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 단말 장치의 시리얼번호를 저장하는 시리얼번호 저장부에 상기 시리얼번호가 저장되고 상기 비밀키가 최초 추출된 이후에 상기 비밀키가 추출되는 경로에 있는 퓨즈를 차단하는 단계
    를 더 포함하는 보안 인증 방법.
  15. 인증 기관 장치가 제1 단말 장치와 제2 단말 장치의 사물지능통신을 위한 공개키 교환을 중계하는 방법에 있어서,
    제2 단말 장치로부터 상기 제1 단말 장치의 공개키를 요청받는 단계;
    상기 제1 단말 장치의 공개키를 상기 제2 단말 장치의 시리얼번호와 함께 상기 인증 기관 장치의 개인키를 이용하여 암호화 하여 제1 암호화 메시지를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 암호화 메시지를 상기 제2 단말 장치에 전송하는 단계
    를 포함하는 보안 인증 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 단말 장치의 공개키를 상기 제1 단말 장치의 시리얼번호와 함께 상기 인증 기관 장치의 개인키를 이용하여 암호화 하여 제2 암호화 메시지를 생성하는 단계; 및
    상기 제2 암호화 메시지를 상기 제1 단말 장치에 전송하는 단계
    를 더 포함하는 보안 인증 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제2 단말 장치는 상기 인증 기관 장치의 개인키에 대응되는 상기 인증 기관 장치의 공개키를 이용하여 상기 제1 메시지를 복호화 하고 상기 복호화한 제1 메시지에서 상기 제2 단말 장치의 시리얼번호가 확인되는 경우에 상기 전송된 제1 단말 장치의 공개키를 신뢰하는 보안 인증 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 단말 장치는 상기 인증 기관 장치의 개인키에 대응되는 상기 인증 기관 장치의 공개키를 이용하여 상기 제2 메시지를 복호화 하고 상기 복호화한 제2 메시지에서 상기 제1 단말 장치의 시리얼번호가 확인되는 경우에 상기 전송된 제2 단말 장치의 공개키를 신뢰하는 보안 인증 방법.
  19. 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보안 인증 방법을 수행하는 프로그램을 수록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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