WO2013180412A1 - 비밀키 생성 장치 및 방법, 그리고 그 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체 - Google Patents

비밀키 생성 장치 및 방법, 그리고 그 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체 Download PDF

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WO2013180412A1
WO2013180412A1 PCT/KR2013/004306 KR2013004306W WO2013180412A1 WO 2013180412 A1 WO2013180412 A1 WO 2013180412A1 KR 2013004306 W KR2013004306 W KR 2013004306W WO 2013180412 A1 WO2013180412 A1 WO 2013180412A1
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sub
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generation unit
generating
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PCT/KR2013/004306
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윤효진
천정희
손정훈
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삼성에스디에스 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for generating a secret key, and a recording medium storing a program for executing the method on a computer. More particularly, the apparatus and method for generating a secret key by layering a secret key generating unit And a recording medium having recorded thereon a program for executing the method on a computer.
  • the conventional ID-based cryptosystem has a disadvantage that the process performed at the client end is slow, and a new ID-based cryptosystem based on a TDL (Trapdoor Discrete Logarithm) has been proposed, but this also has a disadvantage of slow secret key issuance. Therefore, the present invention is to propose a new technology that can be equipped with both the efficiency of the user terminal (client stage) and the efficiency of key issuance.
  • TDL Trapdoor Discrete Logarithm
  • Korean Laid-Open Publication No. 2005-0037723 (name of the invention: a method for distributing a conference session key in a cryptographic system based on identity information) selects two different temporary secret keys and displays a message.
  • a method for providing a protocol that uses a temporary secret key of a session initiation object when generating and generating variables for generating a session key It consists of implementing an identity-based cryptographic system and a key sharing protocol phase, and the identity-based cryptographic system consists of a system that provides a signature.
  • the present invention is intended to shorten the secret key generation time of the sub-secret key generation unit by stratifying the subject generating the secret key, which is different from the prior art.
  • Korean Laid-Open Patent Publication No. 2011-0117169 name and method for performing an ID-based authentication key protocol discloses an ID-based authentication key agreement protocol that does not suffer from cryptographic key escrow. This is related to the ID-based authentication key agreement protocol, which is different from the present invention which stratifies the secret key generation subject.
  • the apparatus for generating a secret key according to the present invention for achieving the above technical problem is a system capable of generating a secret key within a preset limit number by setting a root master key capable of generating a secret key and a predetermined parameter.
  • a root secret key generation unit generating one sub master key set; And sharing the right to generate a secret key with the root secret key generation unit by receiving the first sub master key set from the root secret key generation unit, by using the first sub master key set.
  • the root secret key generating means comprises: setting a root master key capable of generating a secret key and a predetermined root parameter;
  • the sub secret key generating means sets the number of secret key issuing target users and predetermined parameters to transmit the number of the secret key issuing target users and the ID of the sub secret key generating means to the root secret key generating means.
  • the root secret key generating means may generate a secret key as many as the set number of users by using the root master key and a predetermined route and sub-parameters. Generating a sub-master key set and transmitting it to the sub-secret key generating means; And (e) generating, by the sub-secret key generating means, a secret key corresponding to the user ID by using the first sub-master key set and providing the user to the sub-secret key generating means.
  • the authority to generate a secret key is shared with the root secret key generating means by receiving the first sub master key set from the root secret key generating means.
  • the method and apparatus for generating a secret key According to the method and apparatus for generating a secret key according to the present invention, it is possible to reduce the weight of the client end and the efficiency of secret key generation through the layering of the secret key generation unit.
  • the hierarchical secret key generation unit may be mixed for each purpose and utilized in various fields.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a secret key generating device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view briefly illustrating a principle of implementing a secret key generation method according to the present invention
  • 3 to 4 are diagrams illustrating a process of decrypting and decrypting a signature and generating and transmitting a signature based on a secret key generated by a secret key generation method according to the present invention.
  • the root secret key generator 110 sets the root secret key generator parameters (N, G, g, H 1 , H 2 ), and each parameter may be defined as follows.
  • N is Phosphorus synthesis number
  • g refers to the source of G.
  • H 1 may be a full domain hash function defined as ⁇ 0,1 ⁇ * ⁇ G as the first hash function, and issue a secret key directly from the sub secret key generation unit 120 or the root secret key generation unit 110. It is a function that maps the group G that can solve the discrete log with the ID of the receiving user as an input value.
  • H 2 may be a random hash function defined as ⁇ 0,1 ⁇ * ⁇ Z N as a second hash function, and may be used as a random hash function in a signature method to be described later.
  • These root secret key generation parameters (N, G, g, H 1 , H 2 ) are system parameters that are open to operate this ID-based encryption system 100, sub-secret key generation unit 120 or this ID It is used in the operation process that can provide the secret key to users who use the based encryption system.
  • the discrete log values are the first sub master key set (mk GID ), and the root secret key generator 110 uses the first sub master key set (mk GID ) as the sub secret key generator 120 to establish a secret channel. Will be sent through.
  • mk GID is (x 1 , x 2 , ..., x n )
  • the predetermined hash function may use the full domain hash function, and may generate a sub secret key generator parameter g i , 1 ⁇ i ⁇ n by calculating.
  • H 1 may be a full domain hash function defined as ⁇ 0, 1 ⁇ * ⁇ G as the first hash function, and G ID may indicate an ID of the sub secret key generation unit 120.
  • the sub secret key generation unit 120 derives a bit representation value using a predetermined hash function for the user ID assigned to the sub secret key generation unit, and linearly combines the first sub master key set to correspond to the user ID.
  • the random hash function (H3) result value is in the form of w-sparse (sparse) for the convenience of calculation, only w (1 ⁇ i ⁇ n) of b i (1 ⁇ i ⁇ n) is '0' It can be set to a non-value, that is, '1'.
  • the discrete log result is derived by referring to a pre-computation table.
  • the present invention provides a method of sub-secret key generation unit 120.
  • the secret key can be generated by bit summation calculation, which reduces the secret key generation time.
  • the sub secret key generator 120 may request the root secret key generator 110 to issue an additional sub master key set.
  • the root secret key generation unit 110 receives a sub master key set issuance request from the authenticated sub secret key generation unit 120, a second sub master key set that can generate as many private keys as the number of requested users. May be generated and provided to the sub secret key generation unit 120.
  • the charging unit (not shown) may charge for the second sub master key set.
  • Charging can be set in proportion to the number of users who can issue a private key and can be set in the form of the number of users * unit price.
  • the charging unit (not shown) may be included in the loop secret key generation unit 110 and may exist independently. Through this type of billing, the sub-secret key generation unit 120 cannot arbitrarily increase the number of users without the permission of the root secret key generation unit 110, so that the billing system can be clearly established.
  • the sender When the encryption unit transmits an encrypted message to the user whose user ID is U ID for the message m, the sender first calculates a hash function using the user ID (U ID ) as an input value to bit-represent the U ID . Calculate The sender uses the public system parameters and bit representation values of the sub-secret key generation unit 120 including the sender and the receiver (U ID ). Calculate The sender selects a random random value r , generates a cipher text g r , m ⁇ (S UID ) r for the message m, and sends it to the receiver U ID .
  • the decryption unit of the user (U ID ) receiving the encrypted message receives a pair of ciphertexts (U, V) consisting of two elements of the ring Z N.
  • r is any random value, r ⁇ Z N , to be.
  • Setup unit 120 is set up (S320, S420).
  • the root secret key generation unit 110 receives the ID of the sub secret key generation unit and the number of users set in advance from the sub secret key generation unit parameters to authenticate the sub secret key generation unit IDs (S330 and S430), and predetermined hashes.
  • the first sub master key set obtained by calculating the discrete log values of the output values obtained by performing the function is transmitted to the sub secret key generation unit 120 (S340 and S440). If authentication for the sub secret key generation unit fails, issuance of the sub master key set for the sub secret key generation unit 120 is stopped.
  • the sub secret key generation unit 120 derives a bit representation value using a predetermined hash function for the user ID assigned to the sub secret key generation unit 120 and linearly combines the first sub master key set with the user.
  • the secret key corresponding to the ID is derived and transmitted to the user (S350 and S450).
  • the message is encrypted and transmitted using the receiver ID (S360).
  • the cipher text is decrypted using the secret key corresponding to the receiver ID (S370).
  • the signature technology is implemented based on the secret key issuing method, the signature is generated and transmitted using the secret key corresponding to the user ID to which the message is to be transmitted (S460).
  • the received signature is verified whether the user ID and the message that transmit the message are valid (S470).
  • the invention can also be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like, and may also be implemented in the form of a carrier wave (transmission through the Internet).
  • the computer-readable recording medium may also be distributed over computer systems connected through wired and wireless communication networks so that the computer-readable code may be stored and executed in a distributed manner.

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Abstract

아이디 기반 암호화 시스템에서 비밀키 생성부가 계층화된 비밀키 생성 장치가 개시된다. 루트 비밀키 생성부는 비밀키를 생성할 수 있는 루트 마스터 키와 소정의 파라미터를 설정하여 사전에 설정된 제한 개수 내에서 비밀키를 생성할 수 있는 제1서브 마스터 키 세트를 생성한다. 서브 비밀키 생성부는 루트 비밀키 생성부로부터 제1서브 마스터 키 세트를 수신함으로서 비밀키를 생성할 수 있는 권한을 루트 비밀키 생성부와 공유하며, 제1서브 마스터 키 세트를 이용하여 사용자 아이디에 대응하는 비밀키를 생성하여 사용자에게 발급한다. 본 발명에 의하면, 비밀키 생성부의 계층화를 통해 클라이언트 단의 경량화와 비밀키 생성의 효율성을 도모할 수 있다. 또한, 계층화된 비밀키 생성부를 각각 용도에 적합하게 혼합하여 다양한 분야에 활용될 수 있다.

Description

비밀키 생성 장치 및 방법, 그리고 그 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체
본 발명은 비밀키 생성 장치 및 방법, 그리고 그 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 비밀키 생성부를 계층화하여 비밀키를 생성하는 비밀키 생성 장치 및 방법, 그리고 그 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체에 관한 것이다.
최근 컴퓨터 기술의 발달과 통신망의 급속한 확장으로 인해 컴퓨터 관련 자원과 전송되는 데이터들에 대한 보안 문제가 큰 이슈로 부각되고 있다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 하나의 대안으로 암호 기반 시스템이 이용되고 있다. 현재까지 가장 크게 기여한 암호 시스템은 공개키 암호 시스템인데, 이와 같은 전통적 공개키 시스템에서는 사용자의 공개키를 미리 인증해야 하고 문제가 발생한 인증서는 유효기간 종료 전이라도 폐기해야 하므로 공개키의 인증서 관리에 관한 어려움이 발생한다. 따라서 개인의 아이디(identity, ID)를 기반으로 하는 아이디(ID) 기반 암호 시스템이 제안되었다.
공개키 기반 암호 시스템은 비밀키를 먼저 정하고 공개키를 계산하는 방식을 따른다. 반면, 아이디 기반 암호 시스템은 아이디를 먼저 선택하고 이로부터 비밀키를 계산하며, 비밀키 발급은 키 발행기관(PKG, private key generator)이 아이디로부터 계산하여 비밀채널을 통해 발급한다.
종래 아이디 기반 암호 시스템은 클라이언트 단에서 수행되는 과정이 느린 단점이 있어서, TDL(Trapdoor Discrete Logarithm) 기반의 새로운 아이디 기반 암호 시스템이 제안되었으나, 이 역시 비밀키 발급이 느리다는 단점이 있다. 따라서 본 발명에서는 사용자 단(클라이언트 단)의 효율성과 키 발급의 효율성을 모두 갖출 수 있는 새로운 기술을 제안하고자 한다.
이와 관련된 선행기술을 구체적으로 살펴보면, 한국공개공보 제2005-0037723호(발명의 명칭 : 신원정보를 기반으로 하는 암호 시스템에서의 컨퍼런스 세션키 분배방법)에는 서로 다른 두 임시 비밀키를 선택하여 메시지를 생성하고 세션키 생성용 변수를 생성할 때 세션 개시 개체의 임시 비밀키를 사용하는 프로토콜을 제공하는 방법을 개시하고 있다. 이는 신원 정보 기반의 암호 시스템을 구현하는 단계와 키 공유 프로토콜 단계로 이루어져 신원 정보 기반 암호 시스템은 서명을 제공하는 시스템으로 구성된다. 본 발명은 비밀키를 생성하는 주체를 계층화하여 서브 비밀키 생성부의 비밀키 생성시간을 단축하고자 하는 것이므로 상기 선행기술과 구성상 차이가 있다.
또한, 한국공개공보 제2011-0117169호(발명의 명칭 : ID 기반 인증키 프로토콜을 수행하기 위한 방법 및 장치)에는 암호키 에스크로 문제를 겪지 않는 ID 기반 인증키 동의 프로토콜을 개시하고 있다. 이는 ID 기반 인증키 동의 프로토콜에 관련 된 것으로, 비밀키 생성 주체를 계층화하는 본 발명과는 차이가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 아이디 기반 암호 기술의 비밀키 생성부를 계층화하여 클라이언트 단의 경량화 및 비밀키 생성의 효율성을 보장할 수 있는 비밀키 생성 방법 및 장치를 제공하는 데 있다. 또한, 계층화된 비밀키 생성부를 각각 용도에 적합하게 혼합하여 다양한 분야에 활용될 수 있도록 한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 비밀키 생성 장치는, 비밀키를 생성할 수 있는 루트 마스터 키와 소정의 파라미터를 설정하여 사전에 설정된 제한 개수 내에서 비밀키를 생성할 수 있는 제1서브 마스터 키 세트를 생성하는 루트 비밀키 생성부; 및 상기 루트 비밀키 생성부로부터 상기 제1서브 마스터 키 세트를 수신함으로서 비밀키를 생성할 수 있는 권한을 상기 루트 비밀키 생성부와 공유하며, 상기 제1서브 마스터 키 세트를 이용하여 사용자 아이디에 대응하는 비밀키를 생성하여 사용자에게 발급하는 서브 비밀키 생성부;를 포함하며, 상기 루트 비밀키 생성부는 상기 서브 비밀키 생성부로부터 상기 서브 비밀키 생성부 아이디를 수신받아 상기 서브 비밀키 생성부 아이디에 대한 인증을 거쳐, 상기 서브 비밀키 생성부에 대한 인증 통과시 상기 제1서브 마스터 키 세트를 상기 서브 비밀키 생성부로 전송한다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 비밀키 생성 방법은, 사용자 아이디를 공개키로 이용하여 상기 아이디에 대응되는 비밀키를 생성하는 비밀키 생성 장치에 의해 수행되는 비밀키 생성 방법에 있어서, (a) 루트 비밀키 생성 수단은 비밀키를 생성할 수 있는 루트 마스터 키와 소정의 루트 파라미터를 설정하는 단계; (b) 서브 비밀키 생성 수단은 비밀키 발급 대상 사용자의 수와 소정의 파라미터를 설정하여 상기 비밀키 발급 대상 사용자의 수와 상기 서브 비밀키 생성 수단의 아이디를 상기 루트 비밀키 생성 수단으로 전송하는 단계; (c) 상기 루트 비밀키 생성 수단은 상기 서브 비밀키 생성 수단의 아이디에 대한 인증을 수행하는 단계; (d) 상기 (c) 단계에 의한 인증 통과시, 상기 루트 비밀키 생성 수단은 상기 루트 마스터 키와 소정의 루트 및 서브 파라미터를 이용하여 상기 설정된 사용자의 수만큼 비밀키를 생성할 수 있는 제1서브 마스터 키 세트를 생성하여 상기 서브 비밀키 생성 수단으로 전송하는 단계; 및 (e) 상기 서브 비밀키 생성 수단은 상기 제1서브 마스터 키 세트를 이용하여 상기 사용자 아이디에 대응하는 비밀키를 생성하여 사용자에게 제공하는 단계;를 포함하며, 상기 서브 비밀키 생성 수단은 상기 루트 비밀키 생성 수단으로부터 상기 제1서브 마스터 키 세트를 수신함으로서 비밀키를 생성할 수 있는 권한을 상기 루트 비밀키 생성 수단과 공유한다.
본 발명에 따른 비밀키 생성 방법 및 장치에 의하면, 비밀키 생성부의 계층화를 통해 클라이언트 단의 경량화와 비밀키 생성의 효율성을 도모할 수 있다. 또한, 계층화된 비밀키 생성부를 각각 용도에 적합하게 혼합하여 다양한 분야에 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 비밀키 생성 장치 구성을 도시한 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 비밀키 생성 방법이 구현되는 원리를 간략하게 도시한 도면,
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 비밀키 생성 방법에 의해 생성된 비밀키를 토대로 암복호화하는 과정과 서명 생성 및 전송 과정을 도시한 도면, 그리고,
도 5는 본 발명에 따른 비밀키 생성 방법을 도시한 도면이다.
이하에서 첨부의 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 비밀키 생성 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 비밀키 생성 장치(100)의 구성을 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 비밀키 생성 방법이 구현되는 원리를 간략하게 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 비밀키 생성 장치(100)는 루프 비밀키 생성부(110) 및 서브 비밀키 생성부(120)를 포함할 수 있다.
비밀키 생성 장치(100)는 사용자 아이디에 대응하는 비밀키를 생성한다. 본 발명에 따른 비밀키 생성 장치(100)는 비밀키 생성부가 계층화되어 루트 비밀키 생성부(110), 서브 비밀키 생성부(120)를 갖는다.
루트 비밀키 생성부(110)는 비밀키를 생성할 수 있는 루트 마스터 키(mkRoot)를 보유한다. 이때 루트 마스터 키(mkRoot)는 (p, q) 형태로 이루어질 수 있으며, 이때 p와 q는
Figure PCTKR2013004306-appb-I000001
를 만족하는 B-스무스(smooth)인 소수로 정의할 수 있다. 루트 마스터 키(mkRoot, (p, q))는 서브 비밀키 생성부(120) 또는 루트 비밀키 생성부(110)로부터 직접 비밀키를 발급받는 사용자들에게 비밀키를 생성해 줄 수 있는 마스터 비밀 정보를 갖고 있다. 따라서 도 2를 참조하면, 루트 비밀키 생성부(110)는 사용자(x)에게 직접 사용자(x) 아이디에 대응하는 비밀키를 생성하여 제공할 수 있다. 이러한 경우, 루트 비밀키 생성부(110)는 사용자로부터 사용자 아이디를 전송받아 사전 계산 테이블 데이터를 참조하여 이산 로그 값을 도출하여 사용자에게 비밀키를 발급한다.
또한 루트 비밀키 생성부(110)는 루트 비밀키 생성부 파라미터(N, G, g, H1, H2)를 설정하며, 각각의 파라미터는 다음과 같이 정의될 수 있다. N은
Figure PCTKR2013004306-appb-I000002
인 합성수, G는 ZN(ZN={0,1,...n-1}, 유한환)의 최대 순환 부분군, g는 G의 생성원을 말한다. H1은 제1 해쉬 함수로 {0,1}*→G로 정의되는 풀 도메인 해쉬 함수 일 수 있으며, 서브 비밀키 생성부(120)나 루트 비밀키 생성부(110)로부터 직접 비밀키를 발급받는 사용자의 아이디를 입력값으로 하여 이산로그를 풀 수 있는 군 G로 매핑하는 함수이다. 그리고 H2는 제2 해쉬 함수로 {0,1}*→ZN로 정의되는 랜덤 해쉬 함수일 수 있으며, 후술할 서명 방법에서 랜덤 해쉬 함수로 사용될 수 있다. 이러한 루트 비밀키 생성부 파라미터(N, G, g, H1, H2)는 본 아이디 기반 암호화 시스템(100)을 운용하기 위해 공개되는 시스템 파라미터이고, 서브 비밀키 생성부(120) 또는 본 아이디 기반 암호화 시스템을 사용하는 사용자들에게 비밀키를 제공할 수 있는 연산 과정에 이용된다.
루트 비밀키 생성부(110)는 루트 마스터 키 및 소정의 파라미터를 사용하여 사용자 아이디에 대응하는 비밀키를 발급할 수 있는 권한을 가진 서브 비밀키 생성부(120)에게 사전에 설정되어 있는 제한 개수 내에서 비밀키를 생성할 수 있는 제1서브 마스터 키 세트를 발급한다. 이를 위해 루트 비밀키 생성부(110)는 서브 비밀키 생성부(120)로부터 서브 비밀키 생성부 아이디(GID) 및 서비스 사용자 수(n) 정보를 수신하여 서브 비밀키 생성부 아이디(GID)에 대한 인증 작업을 수행한다. 이러한 인증 작업은 공개되지 않은 채널(비밀 채널)에서 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, 루트 비밀키 생성부(110)는 상술한 서브 비밀키 생성부 아이디(GID)에 대한 인증을 수행하여 인정되면, 서브 비밀키 생성부 아이디(GID)와 서비스 사용자 수(n)인 (GID, n)을 입력 값으로 소정의 해쉬 함수를 수행하여 나온 결과값들의 이산 로그 값을 계산한다. 이때 (GID, 1)부터 (GID, n)까지 총 n개를 입력값으로 하여 해쉬 함수 수행 결과 n개의 이산 로그 값을 얻게 된다. 이렇게 나온 이산 로그 값들이 제1서브 마스터 키 세트(mkGID)이며, 루트 비밀키 생성부(110)는 제1서브 마스터 키 세트(mkGID)를 서브 비밀키 생성부(120)로 비밀 채널을 통해 전송하게 된다. 여기서 mkGID는 (x1, x2,..., xn)(단, gi=gxi이고, xi=logggi(1≤i≤n))이다.
이때 소정의 해쉬 함수는 풀 도메인 해쉬 함수를 이용할 수 있고, 를 계산하여 서브 비밀키 생성부 파라미터(gi, 1≤i≤n)를 생성할 수 있다. 여기서 H1은 제1 해쉬 함수로 {0, 1}*→G로 정의되는 풀 도메인 해쉬 함수 일 수 있고, GID는 서브 비밀키 생성부(120)의 아이디를 의미한다.
서브 비밀키 생성부(120)는 제1서브 마스터 키 세트를 제공받아 사전에 설정된 사용자의 수 이내로 사용자 아이디에 대응하는 비밀키를 생성하여 사용자에게 발급한다. 서브 비밀키 생성부(120)는 서비스 제공자(service provider)별로 설정될 수 있다. 여기서 서비스 제공자(service provider)는 모바일 단말 상에 구현되는 다양한 어플리케이션일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
서브 비밀키 생성부(120)는 서브 비밀키 생성부에 할당된 사용자 아이디에 대해 소정의 해쉬 함수를 이용하여 비트 리프리젠테이션 값을 도출하고 제1서브 마스터 키 세트와 선형 결합하여 사용자 아이디에 대응하는 비밀키를 도출하여 사용자에게 전송한다. 즉, 서브 비밀키 생성부(120)는 사용자 아이디(UID)에 대해 랜덤 해쉬 함수(H3)를 이용하여 H3(UID)=b1b2…bn(2진표현, 즉, bi∈{0, 1})을 계산하고, 계산된 값(b1, b2,…, bn)을 제1서브 마스터 키 (x1, x2,..., xn)와 선형 결합하여 사용자 아이디(UID)에 대응하는 비밀키(skUID,
Figure PCTKR2013004306-appb-I000003
)를 계산하여 사용자에게 공개되지 않은 채널(비밀채널)을 통해 전송한다. 여기서, H3는 제3 해쉬 함수로 {0,1}*→{0,1}n로 정의되는 랜덤 해쉬 함수일 수 있다. 이때, 랜덤 해쉬 함수(H3) 결과 값은 계산상의 편의성을 위해 w-스파스(sparse)한 형태로 bi(1≤i≤n) 중 w 개(1≤i≤n)만 '0'이 아닌 값, 즉, '1'이 되도록 할 수 있다.
따라서 종래 TDL(Trapdoor Discrete Logarithm) 군에서 정의된 아이디 기반 암호 기술의 경우 사전계산 테이블(pre-computation table)을 참고하여 이산 로그 결과값을 도출하였지만, 본 발명은 서브 비밀키 생성부(120)의 비트 섬메이션(bit summation) 계산으로 비밀키를 생성할 수 있어 비밀키 생성 시간이 단축된다.
서브 비밀키 생성부(120)는 사전에 설정된 사용자의 수를 초과하여 사용자에게 비밀키를 발급하게 되면 암호학적으로 비밀키가 노출될 우려가 있다. 따라서 사전에 설정된 수를 초과하여 비밀키를 제공하고자 하는 경우 서브 비밀키 생성부(120)는 루트 비밀키 생성부(110)에게 추가적인 서브 마스터 키 세트를 발급해 줄 것을 요청할 수 있다. 루트 비밀키 생성부(110)는 인증된 서브 비밀키 생성부(120)로부터 서브 마스터 키 세트 발급 요청을 수신하면 추가로 요청된 사용자의 수만큼 비밀키를 생성할 수 있는 제2서브 마스터 키 세트를 생성하여 서브 비밀키 생성부(120)로 제공할 수 있다. 이 경우 과금부(미도시)는 제2서브 마스터 키 세트에 대해 과금 할 수 있다. 과금은 비밀키 발급 가능한 사용자 수에 따라 비례해서 설정할 수 있으며, 사용자 수 * 단가의 형태로 책정될 수 있다. 이러한 과금부(미도시)는 루프 비밀키 생성부(110) 내에 포함될 수 있으며, 독립적으로 존재할 수 있다. 이러한 과금의 형태를 통해 서브 비밀키 생성부(120)는 루트 비밀키 생성부(110)의 허락 없이 임의로 사용자 수를 늘릴 수 없으므로 과금 체계를 명확하게 정립할 수 있다.
이러한 비밀키 생성 장치(100)를 기반으로 암복호화 장치(미도시)와 서명 장치(미도시)를 구현할 수 있다. 암복호화 장치는 암호화부 및 복호화부를 가지며, 서명 장치는 서명 생성부 및 서명 검증부를 가질 수 있다.
암호화부는 메시지(m)에 대하여 사용자 아이디가 UID인 사용자에게 암호화된 메시지를 송신하는 경우, 송신자는 먼저 사용자 아이디(UID)를 입력값으로 해쉬 함수를 계산하여 UID의 비트 리프리젠테이션
Figure PCTKR2013004306-appb-I000004
을 계산한다. 송신자는 송신자 및 수신자(UID)가 포함된 서브 비밀키 생성부(120)의 공개된 시스템 파라미터와 비트 리프리젠테이션 값을 이용하여
Figure PCTKR2013004306-appb-I000005
를 연산한다. 송신자는 임의의 랜덤 값(r)을 선택하여 메시지(m)에 대한 암호문(gr, m·(SUID)r)을 생성하여 이를 수신자(UID)에게 전송한다.
암호화된 메시지를 수신한 사용자(UID)의 복호화부는 환 ZN의 두 개의 원소로 이루어진 한 쌍의 암호문 (U, V)를 수신한다. 사용자(UID)는 자신이 포함된 서브 비밀키 생성부(120)로부터 사용자 아이디(UID)에 대응하여 발급받은 비밀키
Figure PCTKR2013004306-appb-I000006
를 이용하여
Figure PCTKR2013004306-appb-I000007
를 계산한다. 이때, 정상적인 암호화 과정을 통해 생성된 암호문이라면 U=gr, V=m·(SUID)r이고, UID에 대응되는 정당한 비밀키를 소유한 사용자라면 비밀키(
Figure PCTKR2013004306-appb-I000008
)는
Figure PCTKR2013004306-appb-I000009
의 밑(base)을 g로 하는 이산로그 값(즉,
Figure PCTKR2013004306-appb-I000010
)이므로, 상기
Figure PCTKR2013004306-appb-I000011
를 계산한 결과는 메시지 m과 같다.
서명 생성부는 사용자 아이디에 대응되는 비밀키(skUID,
Figure PCTKR2013004306-appb-I000012
)를 토대로 임의의 랜덤 값(r)을 선택하여 e=H2(gr,m)을 계산하여 서명(σUID,m, σUID,m=(gr, r-e·skUID))을 생성한다. 서명 검증부는 생성된 서명 (σUID,m=(U, V))에 대해, 서명을 수신한 수신한 수신자는 송신자의 아이디(UID)를 이용하여 gV·(SUID)H3(U,m)를 계산하고 이 값이 U와 같은지 확인(U=gV·(SUID)H3(U,m)성립 여부 확인)하여 서명의 유효성을 검증한다. 여기서, m은 메시지, r은 임의의 랜덤 값으로 r∈ZN,
Figure PCTKR2013004306-appb-I000013
이다.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 비밀키 생성 방법에 의해 생성된 비밀키를 토대로 암복호화하는 과정과 서명 생성 및 전송 과정을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 비밀키 생성 방법을 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 비밀키를 생성할 수 있는 루트 마스터 키를 설정하고 소정의 루트 파라미터를 설정하여 사전에 설정되어 있는 제한 개수 내에서 비밀키를 발급할 수 있는 권한을 가진 서브 비밀키 생성부(120)에게 제한 개수 내에서 비밀키를 생성할 수 있는 제1서브 마스터 키 세트를 발급하는 루트 비밀키 생성부(110)를 셋업한다(S310, S410).
또한, 비밀키 발급 권한을 가지고자 하는 사용자의 수를 사전에 설정하여 제1서브 마스터 키 세트를 제공받아 사전에 설정된 개수 내에서 사용자 아이디에 대응하는 비밀키를 생성하여 사용자에게 발급하는 서브 비밀키 생성부(120)를 셋업한다(S320, S420).
루트 비밀키 생성부(110)는 서브 비밀키 생성부 파라미터로부터 서브 비밀키 생성부의 아이디와 사전에 설정된 사용자의 수를 제공받아 서브 비밀키 생성부 아이디를 인증하고(S330, S430), 소정의 해쉬 함수를 수행하여 나온 출력 값들의 이산로그 값을 계산해서 나온 제1서브 마스터 키 세트를 서브 비밀키 생성부(120)로 전송한다(S340, S440). 서브 비밀키 생성부 아이디에 대한 인증이 실패하는 경우, 서브 비밀키 생성부(120)에 대한 서브 마스터 키 세트 발급을 중지한다.
서브 비밀키 생성부(120)는 서브 비밀키 생성부(120)에 할당된 사용자 아이디에 대해 소정의 해쉬 함수를 이용하여 비트 리프리젠테이션 값을 도출하고 제1서브 마스터 키 세트와 선형 결합하여 사용자 아이디에 대응하는 비밀키를 도출하여 사용자에게 전송한다(S350, S450).
이러한 비밀키 발급 방법에 기반하여 암복호화 기술을 구현하는 경우, 수신자 아이디를 이용하여 메세지를 암호화하여 전송한다(S360). 그리고 암호화된 메시지를 수신하게 되면 수신자 아이디에 대응되는 비밀키를 이용하여 암호문을 복호화한다(S370). 또한 이러한 비밀키 발급 방법에 기반하여 서명 기술을 구현하는 경우, 메시지를 송신하고자 하는 사용자 아이디에 대응되는 비밀키를 이용하여 전송하고자 하는 메시지에 서명을 생성하여 전송한다(S460). 그리고 수신된 서명이 메시지를 송신한 사용자 아이디와 메시지에 대해 유효한지 검증하게 된다(S470).
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 유무선 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (16)

  1. 비밀키를 생성할 수 있는 루트 마스터 키와 소정의 파라미터를 설정하여 사전에 설정된 제한 개수 내에서 비밀키를 생성할 수 있는 제1서브 마스터 키 세트를 생성하는 루트 비밀키 생성부; 및
    상기 루트 비밀키 생성부로부터 상기 제1서브 마스터 키 세트를 수신함으로서 비밀키를 생성할 수 있는 권한을 상기 루트 비밀키 생성부와 공유하며, 상기 제1서브 마스터 키 세트를 이용하여 사용자 아이디에 대응하는 비밀키를 생성하여 사용자에게 발급하는 서브 비밀키 생성부;를 포함하며,
    상기 루트 비밀키 생성부는 상기 서브 비밀키 생성부로부터 상기 서브 비밀키 생성부 아이디를 수신받아 상기 서브 비밀키 생성부 아이디에 대한 인증을 거쳐, 상기 서브 비밀키 생성부에 대한 인증 통과시 상기 제1서브 마스터 키 세트를 상기 서브 비밀키 생성부로 전송하는 것을 특징으로 하는 비밀키 생성 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 서브 비밀키 생성부는 상기 사용자 아이디에 해쉬 함수를 적용하여 도출된 비트 리프리젠테이션 값을 상기 제1서브 마스터 키 세트와 선형결합하여 상기 사용자 아이디에 대응하는 비밀키를 생성하는 것을 특징으로 하는 비밀키 생성 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 루트 비밀키 생성부는 상기 서브 비밀키 생성부로부터 사전에 설정된 제한개수를 초과하여 비밀키를 제공하기 위해 추가적인 서브 마스터 키 세트 발급 요청이 입력되면, 추가로 요청된 사용자의 수만큼 비밀키를 생성할 수 있는 제2서브 마스터 키 세트를 생성하여 상기 서브 비밀키 생성부로 제공하는 것을 특징으로 하는 비밀키 생성 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제2서브 마스터 키 세트에 대해 과금할 수 있는 과금부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비밀키 생성 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 루트 비밀키 생성부는 사전에 설정되어 있는 비밀키 발급 대상 사용자의 범위에 속하지 않는 사용자에게 상기 루트 마스터 키를 이용하여 직접 사용자 아이디에 대응하는 비밀키를 생성하여 발급하는 것을 특징으로 하는 비밀키 생성 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1서브 마스터 키는 제1비밀 채널을 통해 서브 비밀키 생성부로 제공되고, 상기 사용자 아이디에 대응되는 비밀키는 제2비밀 채널을 통해 사용자에게 발급되는 것을 특징으로 하는 비밀키 생성 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 루트 비밀키 생성부는 상기 소정의 파라미터 중 서브 파라미터의 베이스 g에 대한 이산로그값을 이용하여 제1서브 마스터 키 세트(mkGID)를 발급하는 것을 특징으로 하는 비밀키 생성 장치:
    여기서, mkGID=(x1, x2,..., xn)(단, gi=gxi이고, xi=logggi(1≤i≤n))이다.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 서브 비밀키 생성부는 상기 사용자 아이디(UID)에 대해 소정의 해쉬 함수(H3)를 이용하여 H3(UID)=b1b2…bn(2진표현, 즉, bi∈{0, 1})을 계산하고, 상기 계산된 값(b1, b2,…, bn)을 상기 제1서브 마스터 키 (x1, x2,..., xn)와 선형 결합하여 사용자 아이디(UID)에 대응하는 비밀키(skUID,
    Figure PCTKR2013004306-appb-I000014
    )를 계산하는 것을 특징으로 하는 비밀키 생성 장치:
    여기서, H3는 랜덤 해쉬 함수로서 {0,1}*→{0,1}n로 정의, 그리고, n은 사전에 설정된 사용자의 수(1≤i≤n)이다.
  9. 사용자 아이디를 공개키로 이용하여 상기 아이디에 대응되는 비밀키를 생성하는 비밀키 생성 장치에 의해 수행되는 비밀키 생성 방법에 있어서,
    (a) 루트 비밀키 생성 수단은 비밀키를 생성할 수 있는 루트 마스터 키와 소정의 루트 파라미터를 설정하는 단계;
    (b) 서브 비밀키 생성 수단은 비밀키 발급 대상 사용자의 수와 소정의 파라미터를 설정하여 상기 비밀키 발급 대상 사용자의 수와 상기 서브 비밀키 생성 수단의 아이디를 상기 루트 비밀키 생성 수단으로 전송하는 단계;
    (c) 상기 루트 비밀키 생성 수단은 상기 서브 비밀키 생성 수단의 아이디에 대한 인증을 수행하는 단계;
    (d) 상기 (c) 단계에 의한 인증 통과시, 상기 루트 비밀키 생성 수단은 상기 루트 마스터 키와 소정의 루트 및 서브 파라미터를 이용하여 상기 설정된 사용자의 수만큼 비밀키를 생성할 수 있는 제1서브 마스터 키 세트를 생성하여 상기 서브 비밀키 생성 수단으로 전송하는 단계; 및
    (e) 상기 서브 비밀키 생성 수단은 상기 제1서브 마스터 키 세트를 이용하여 상기 사용자 아이디에 대응하는 비밀키를 생성하여 사용자에게 제공하는 단계;를 포함하며,
    상기 서브 비밀키 생성 수단은 상기 루트 비밀키 생성 수단으로부터 상기 제1서브 마스터 키 세트를 수신함으로서 비밀키를 생성할 수 있는 권한을 상기 루트 비밀키 생성 수단과 공유하는 것을 특징으로 하는 비밀키 생성 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 루트 마스터 키(mkRoot)는 B-스무스(smooth)인 소수 쌍(p, q)이고,
    상기 루트 파라미터는 상기 p와 q의 곱인 합성수 N(N=p*q), Zn의 최대 순환 부분군 G, 상기 G의 생성원 g, 제1 해쉬 함수 H1, 제2 해쉬 함수 H2 인 것을 특징으로 하는 비밀키 생성 방법:
    여기서,
    Figure PCTKR2013004306-appb-I000015
    , ZN={0,1,...N-1} 유한환, H1은 풀 도메인 해쉬 함수로 {0,1}*→G로 정의, 그리고, H2는 랜덤 해쉬 함수로 {0,1}*→ZN로 정의된다.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 서브 파라미터는 사전에 설정된 비밀키 발급 대상 사용자의 수와 비밀키를 생성하는 서비스 아이디를 토대로 소정의 해쉬 함수를 이용하여 정의된 gi인 것을 특징으로 하는 비밀키 생성 방법:
    여기서,
    Figure PCTKR2013004306-appb-I000016
    , n은 사전에 설정된 비밀키 발급 대상 사용자의 수(1≤i≤n), H1은 {0,1}*→G로 정의되는 풀 도메인 해쉬 함수, G는 Zn의 최대 순환 부분군, ZN={0,1,...N-1} 유한환, 그리고 GID는 비밀키 생성 서비스 아이디를 의미한다.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서,
    상기 서브 파라미터의 베이스 g에 대한 이산로그값을 이용하여 제1서브 마스터 키 세트(mkGID)를 발급하는 것을 특징으로 하는 비밀키 생성 방법:
    여기서, mkGID=(x1, x2,..., xn)(단, gi=gxi이고, xi=logggi(1≤i≤n))이다.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서,
    상기 사용자 아이디(UID)에 대해 소정의 해쉬 함수(H3)를 이용하여 H3(UID)=b1b2…bn(2진표현, 즉, bi∈{0, 1})을 계산하고, 상기 계산된 값(b1, b2,…, bn)을 상기 제1서브 마스터 키 (x1, x2,..., xn)와 선형 결합하여 사용자 아이디(UID)에 대응하는 비밀키(skUID,
    Figure PCTKR2013004306-appb-I000017
    )를 계산하는 것을 특징으로 하는 비밀키 생성 방법:
    여기서, H3는 랜덤 해쉬 함수로서 {0,1}*→{0,1}n로 정의, 그리고, n은 사전에 설정된 사용자의 수(1≤i≤n)이다.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 랜덤 해쉬 함수(H3) 결과 값은 w-스파스(sparse)한 형태로 bi(1≤i≤n) 중 w 개(단, 1≤w≤n)만 '1'로 설정하는 것을 특징으로 하는 비밀키 생성 방법.
  15. 제 9항에 있어서,
    사전에 설정된 비밀키 발급 대상 사용자의 수를 초과하여 비밀키를 제공하기 위해서 추가된 사용자의 수만큼 비밀키를 생성할 수 있는 제2서브 마스터 키 세트를 생성하는 것을 특징으로 하는 비밀키 생성 방법.
  16. 제 9항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 기재된 비밀키 생성 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
PCT/KR2013/004306 2012-05-31 2013-05-15 비밀키 생성 장치 및 방법, 그리고 그 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체 WO2013180412A1 (ko)

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