WO2014035077A1 - 무인증서 기반 서명을 이용한 디바이스의 펌웨어 관리 장치 및 방법 - Google Patents

무인증서 기반 서명을 이용한 디바이스의 펌웨어 관리 장치 및 방법 Download PDF

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WO2014035077A1
WO2014035077A1 PCT/KR2013/007180 KR2013007180W WO2014035077A1 WO 2014035077 A1 WO2014035077 A1 WO 2014035077A1 KR 2013007180 W KR2013007180 W KR 2013007180W WO 2014035077 A1 WO2014035077 A1 WO 2014035077A1
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WO
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firmware
server
key
distribution
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PCT/KR2013/007180
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Inventor
이동훈
김현
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고려대학교 산학협력단
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    • H04L9/30—Public key, i.e. encryption algorithm being computationally infeasible to invert or user's encryption keys not requiring secrecy
    • H04L9/3066—Public key, i.e. encryption algorithm being computationally infeasible to invert or user's encryption keys not requiring secrecy involving algebraic varieties, e.g. elliptic or hyper-elliptic curves
    • H04L9/3073—Public key, i.e. encryption algorithm being computationally infeasible to invert or user's encryption keys not requiring secrecy involving algebraic varieties, e.g. elliptic or hyper-elliptic curves involving pairings, e.g. identity based encryption [IBE], bilinear mappings or bilinear pairings, e.g. Weil or Tate pairing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/32—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials
    • H04L9/3247—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials involving digital signatures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S40/00—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them
    • Y04S40/20—Information technology specific aspects, e.g. CAD, simulation, modelling, system security

Definitions

  • the present invention relates to a device firmware management technology, and more particularly, to a firmware management apparatus, method, and method for providing a verified firmware to a smart grid device using a certificate-free signature to install only reliable firmware on the device. It relates to a recording medium recorded.
  • the smart grid is a next-generation grid that optimizes energy efficiency by integrating intelligent communication technology (ICT) into the existing grid to exchange power production and consumption information in both directions and in real time.
  • ICT intelligent communication technology
  • Various devices are utilized to construct a smart grid, especially devices such as smart meters, data collection units, or smart home appliances are installed in open spaces or in buildings or homes on the energy consumer side. It measures the electricity usage, and transfers billing information on the amount used.
  • the firmware upgrade of the device is performed remotely due to the characteristics of the smart grid device. If the malicious firmware is distributed and installed in the smart grid device, service availability may be greatly infringed, or serious security incidents such as manipulation or leakage of power usage information may be caused.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to eliminate the risk that the devices are exposed unprotected by malicious firmware during the management and upgrade of the firmware for the various devices utilized in the smart grid environment, and install such malicious firmware It prevents security accidents such as manipulation or leakage of usage information that can occur through the service, and at the same time, inconvenience of certificate management and key escrow problem in which private key information is exposed to a key generating center (KGC). To solve.
  • KGC key generating center
  • the firmware server is a partial secret key corresponding to the identifier of the firmware server itself from the key generation server Receiving; Generating, by the firmware server, a public key and a private key based on the received partial secret key; Generating, by the firmware server, a signature value for a hash value of firmware managed by the firmware server using the generated secret key; And generating, by the firmware server, a firmware image for distribution by combining the firmware and the generated signature value, wherein the firmware server includes the firmware image for distribution according to a firmware update request of the device. And use the public key to cause the device to install only valid firmware by verifying a signature value contained in the distribution firmware image.
  • the firmware server transmits its identifier to the key generation server, partial private key extract It is obtained by causing the key generation server to generate a partial secret key corresponding to the identifier of the firmware server using an algorithm, and then receiving the generated partial key.
  • the firmware server may manage the firmware of a device.
  • the method may further include providing, by the firmware server, update information of the firmware, an identifier of the firmware server, and the public key to the device. If the device determines that it is necessary to update its firmware with reference to the update information, the device requests a firmware update from the firmware server.
  • the device uses the identifier of the firmware server, the public key, a hash value of the firmware included in the distribution firmware image, and a signature value to sign the signature. Only valid firmware can be installed by determining the validity of the value.
  • the key generation server generates a partial secret key according to a certificateless based digital signature scheme as a third trusted authority, and the firmware
  • the server stores a new version of firmware, generates a distribution firmware image with an electronic signature using the secret key based on the partial secret key, and provides the firmware to the device.
  • the device receives the firmware from the firmware server.
  • the firmware may be installed only when the digital signature is verified.
  • a device to update its firmware, the device receiving the firmware update information, the firmware server's identifier and the public key from the firmware server ; Determining whether the device needs to update its firmware with reference to the update information; Requesting, by the device, a firmware update from the firmware server according to the determination result, and receiving a firmware image for distribution from the firmware server; And selectively installing, by the device, only valid firmware by verifying a signature value included in the received distribution firmware image using the public key, wherein the distribution firmware image is generated by the firmware server.
  • a signature value is generated and generated in the firmware server by combining the firmware and the generated signature value.
  • the firmware image for distribution Only valid firmware when receiving the distribution firmware image from the firmware server, the device, the identifier of the firmware server, the public key, the firmware image for distribution Only valid firmware can be installed by determining the validity of the signature value using the hash value and the signature value of the firmware included therein.
  • the device is a smart grid device, and transmits a firmware update request by referring to the firmware update information of the firmware server, the firmware update When the distribution firmware image is received according to the request, only firmware whose source is verified may be installed.
  • the following provides a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method of managing the firmware and the method of updating the firmware of the device described above.
  • Embodiments of the present invention by eliminating the inconvenience of certificate management, by eliminating the inconvenience of certificate management by the firmware server to sign the firmware to be distributed by using a non-certificate-based digital signature and verified by the smart grid device It solves the key escrow problem of the public key system.This enables stable management and optional installation of only reliable firmware on the device by verifying the integrity and authenticity of the firmware image for distribution when upgrading the firmware of the smart grid device. Information security is achievable.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall system configuration in which embodiments of the present invention are implemented for firmware upgrade of a device.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the structure of a firmware image for distribution adopted by embodiments of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of managing a firmware of a device by a firmware server according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a process of initializing a public key by a firmware server according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram for describing an algorithm used in the public key initialization process of FIG. 4 and its variables.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method in which a device updates its firmware according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a process of updating firmware by a device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram for describing an algorithm used in the firmware update process of FIG. 7 and its variables.
  • KGC Key Generation Server
  • MS Management Server
  • DS Distribution Server
  • the firmware server receives a partial secret key corresponding to the identifier of the firmware server itself from a key generation server, and the firmware server A public key and a secret key are generated based on the received partial secret key, and the signature server generates a signature value for a hash value of firmware managed by the firmware server using the generated secret key.
  • a firmware image for distribution is generated by combining the firmware and the generated signature value, wherein the firmware server transmits the firmware image for distribution to the device according to a firmware update request of the device, and uses the public key.
  • Validate the firmware by causing the device to verify a signature value contained in the distribution firmware image. Induce to install only fish.
  • embodiments of the present invention described below are intended to propose a certificate-free electronic signature technology that can authenticate a reliable firmware image for distribution in the firmware management and update process of the smart grid device.
  • the certificate-based digital signature technology adopted by the embodiments of the present invention is composed of seven algorithms as follows. Here, only the outline will be briefly introduced, and then the detailed configuration will be described with reference to the respective drawings.
  • the certificate issue target refers to a target to which a certificate for electronic signature is issued from the key generation key pipe, and for example, a firmware server may be the target.
  • embodiments of the present invention may be a target object (for example, a firmware upgrade image) to be verified without substantially a separate certificate unlike a conventional identifier-based certificate by generating such a partial secret key. Digital signatures are possible.
  • Set-Public-Key (params, x A ) ⁇ P A : It returns the public key P A of A by receiving the system variable params and the secret information x A of A.
  • the public key is used to verify the digital signature of the firmware image for distribution when the firmware image for distribution is transmitted to the smart grid device.
  • the message to be signed may be a specific value corresponding to the firmware upgrade image to be distributed.
  • the hash value of the firmware is used.
  • Verify (params, M, ID A , P A , ⁇ M ) ⁇ valid / invalid: System variable params, signed message M, identity ID A of A, public key P A of A , message M It receives the signature value ⁇ M and returns the result of determining the validity of the signature value. This process is performed by the smart grid device and is used as a basis for determining the validity of the signature value in the distribution firmware image received from the firmware server.
  • FIG. 1 illustrates a system-wide configuration in which embodiments of the present invention are implemented for firmware upgrade of a device, and includes a key generation server 10, a firmware server 20, and at least one device 30.
  • the firmware server 20 may be divided into two servers from a functional point of view. That is, a management server 23 for registering, storing and managing new firmware, and attaching an electronic signature to the firmware, and a distribution server 25 for providing the device 30 with a firmware image for distribution to which the electronic signature is attached.
  • the management server 23 and the distribution server 25 may be implemented as actually separated hardware according to the convenience of implementation, but may be implemented as physically one hardware as needed. Note that the above division is merely a classification based on its functional role.
  • the firmware server 20 of Figure 1 may be installed in the power company.
  • a key generation server (KGC) 10 generates a system variable params and a partial secret key of devices as a third trust authority
  • the firmware server 20 is a smart grid device (SGD).
  • MS Management server
  • DS distribution server
  • the key generation server 10 transmits the partial secret key to the management server 23, and transmits various system variables to the smart grid device 30.
  • the management server 23 delivers the firmware image to be distributed to the devices 30 to the distribution server 25.
  • the firmware image delivered to the distribution server 25 is attached to the electronic signature and corresponds to the firmware image for distribution.
  • the management server 23 transmits new firmware update information to the device 30 to induce the corresponding device 30 to update the firmware.
  • the device 30 transmits a firmware update request to the distribution server 25 with reference to the firmware update information, and receives a distribution firmware image as a reply.
  • the device 30 installs valid firmware by verifying the distribution firmware image received using the digital signature.
  • FIG. 2 illustrates the structure of a firmware image for distribution that embodiments of the present invention employ.
  • the process of FIG. 2 is performed by the firmware server 20 of FIG. 1, in particular the management server (MS) 23. Is performed.
  • MS management server
  • a new firmware upgrade image (FUI) to be distributed is registered in the management server 23.
  • the firmware upgrade image is first processed by the hash function H to obtain a compressed hash value in order to efficiently generate the digital signature.
  • the hash value generated in advance and the secret key S MS obtained in step 230 are input to the sign algorithm, and in step 250, the digital signature ⁇ FUI is generated.
  • the digital signature thus generated serves to authenticate the integrity and origin of the firmware.
  • the digital signature is a non-certificate-based digital signature with no certificate used in the digital signature process.
  • a firmware image for distribution is generated by concatenating the firmware upgrade image FUI of step 210 and the digital signature ⁇ FUI generated in step 250.
  • This series of steps creates a file in the firmware image for distribution that combines the firmware itself and an electronic signature to verify the firmware.
  • the generated firmware image for distribution is registered in the distribution server 25 of FIG. 1 as described above, and may be provided when the smart grid device 30 requests it.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of managing a firmware of a device by a firmware server according to an exemplary embodiment of the present invention, and describes processes performed based on the firmware server.
  • the firmware server receives a partial secret key corresponding to the identifier of the firmware server itself from the key generation server.
  • the partial secret key transmits its identifier to the key generation server, and causes the key generation server to correspond to the identifier of the firmware server using a partial private key extract algorithm.
  • the partial secret key is generated and then obtained by receiving the generated partial key.
  • step 320 the firmware server generates a public key and a secret key based on the partial secret key received in step 310.
  • step 330 the firmware server generates a signature value for the hash value of the new firmware upgrade image by using the secret key generated in step 320.
  • step 340 the firmware server combines the firmware and the generated signature value to generate a firmware image for distribution.
  • the firmware server transmits the distribution firmware image to the device according to the firmware update request of the device, and causes the device to verify a signature value included in the distribution firmware image by using the public key. It acts to encourage installation of only valid firmware.
  • the firmware management method described above may further include providing, by the firmware server, update information of the firmware, an identifier of the firmware server, and the public key to the device. If the device determines that it is necessary to update its firmware with reference to the update information through this step, the device requests the firmware server to update the firmware.
  • the device when the device receives the distribution firmware image from the firmware server, the device uses an identifier of the firmware server, the public key, a hash value of the firmware included in the distribution firmware image, and a signature value. By validating the signature value, only valid firmware is installed.
  • the key generation server generates a partial secret key according to a certificateless based digital signature scheme as a third-party trusted authority, and the firmware server stores a new version of firmware, and A distribution firmware image with an electronic signature is generated using the secret key based on the partial secret key and provided to the device.
  • the device receives the firmware from the firmware server only when the digital signature is validated. The firmware will be installed.
  • the firmware upgrade procedure will be divided into two stages of initializing the management server public key and distributing a new firmware upgrade image for convenience.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a process of initializing a public key by a firmware server according to an embodiment of the present invention, and specifically, describes a series of procedures performed by the management server 23.
  • the management server 23 and the distribution server 25 are both included in the firmware server 20, and may be physically implemented as one device or may be implemented as separate devices. .
  • the key generation server 10 In operation 410, the key generation server 10 generates a system variable params to be used in the entire system and a master secret key msk of the key generation server 10 through the setup algorithm of the certificate-free digital signature technology.
  • the management server 23 requests the partial secret key D MS by transmitting the ID MS which is an identifier value of the management server to the key generation server 10. This partial secret key D MS will then be used to create its own private key S MS .
  • the key generation server 10 generates a partial secret key D MS of the management server 23 by using a partial-private-key-extract algorithm.
  • the key generation server 10 transmits the partial secret key D MS of the management server 23 and the system variable params generated in operation 430 to the management server 23.
  • the management server 23 In steps 450 to 470, the management server 23 generates the secret information x MS of the management server 23 using the Set-Secret-Value algorithm, and uses the Set-Public-Key algorithm to manage the management server 23. Generate a public key P MS of, and generate a private key S MS of the management server 23 using the Set-Private-Key algorithm.
  • Each algorithm is arbitrarily described around a universal function, and can be modified into an appropriate form to generate a certificateless partial secret key based digital signature.
  • FIG. 5 is a diagram for describing an algorithm used in the public key initialization process of FIG. 4 and its variables, and defines input / output values of an example implemented function.
  • a partial secret key is extracted by using a key and an identifier (for example, it can be a firmware management server), and the input and output values of the secret generation function, public key, and secret key generation function are defined. It can be confirmed.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method in which a device updates its firmware according to another embodiment of the present invention, and the series of processes of FIG. 6 are performed in particular in the smart grid device 30.
  • the device receives update information of the firmware, an identifier of the firmware server, and a public key from the firmware server.
  • the device determines whether it is necessary to update its firmware with reference to the update information received in operation 610.
  • the device requests firmware update from the firmware server and receives a firmware image for distribution from the firmware server.
  • the distribution firmware image the firmware server receives a partial secret key corresponding to the identifier of the firmware server itself from the key generation server, generates a public key and a secret key based on the received partial secret key,
  • the signature value for the hash value of the firmware is generated using the generated secret key, and corresponds to the one generated in the firmware server by combining the firmware and the generated signature value.
  • the device selectively installs only valid firmware by verifying a signature value included in the received distribution firmware image using the public key received in operation 610. Specifically, when the device receives the distribution firmware image from the firmware server, the device uses the identifier of the firmware server, the public key, the hash value and the signature value of the firmware included in the distribution firmware image. By determining the validity of the signature value, only valid firmware is installed.
  • the device is a smart grid device, which transmits a firmware update request by referring to firmware update information of the firmware server, and receives the firmware image for distribution according to the firmware update request.
  • the device by installing only the verified source firmware, it is possible to solve the security problem and reliability problem in the firmware upgrade process of the smart grid technology field as mentioned above.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a process in which a device updates firmware according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 illustrates a series of procedures performed by the management server 23, the distribution server 25, and the smart grid device 30. It is describing.
  • the management server 23 and the distribution server 25 are both included in the firmware server 20, and may be physically implemented as one device or may be implemented as separate devices. .
  • step * 710 the management server 23 generates and stores a new firmware upgrade image FUI.
  • the management server 23 In operation 720, the management server 23 generates a certificate-free digital signature ⁇ FUI for the firmware upgrade image FUI using the Sign algorithm.
  • the management server 23 transmits the new firmware upgrade image FUI and the electronic signature ⁇ FUI to the firmware distribution server 25.
  • this transfer process may be replaced by a process of registering a storage path of the distribution firmware image in only one physical firmware server.
  • the management server 23 transmits the update information on the new firmware upgrade and the access path or address of the firmware image file for distribution in the distribution server 25 to the firmware upgrade target smart grid device 30.
  • information on the new firmware upgrade image FUI information such as the location information of the distribution server 25, the system variable params, and the identifier ID MS is preferably transmitted at the same time.
  • the smart grid device 30 requests a new firmware upgrade image from the firmware distribution server 25 with reference to the update information received in operation 740.
  • the distribution server 25 transmits the new firmware upgrade image including the certificate-free digital signature to the smart grid device 30 in response to the request of the device 30.
  • the smart grid device 30 verifies the digital signature ⁇ FUI using the Verify algorithm.
  • step 780 if the verification of the electronic signature performed in step 770 is successful, the smart grid device 30 proceeds with the firmware upgrade.
  • FIG. 8 is a diagram for describing an algorithm used in the firmware update process of FIG. 7 and its variables, and defines input / output values and an operation of an example implemented function.
  • a system variable, a message (in this case, may be firmware) and a secret key are input as an input value of a Sign function, and a signature value is calculated through an operation as defined.
  • system variables, messages in this case, may be firmware included in a distribution firmware image received from a distribution server
  • an identifier of a firmware management server in this case, a public key
  • a signature value in this case, Is a signature value included in the received firmware image for distribution.
  • embodiments of the present invention have the following differences from the conventional certificate-based digital signature.
  • the verification procedure for the signer's certificate is preceded by the verification of the digital signature.
  • the verification procedure is largely divided into the following two steps. First, the certificate is validated by checking whether the validity period of the certificate remains and by checking whether the certificate has been revoked and registered in the Certificate Revocation List (CRL). Second, after the certificate is generated, the signature value of the certificate is verified using the CA's public key as to whether or not forgery or tampering has been performed.
  • CTL Certificate Revocation List
  • inventions of the present invention can be implemented by computer readable codes 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 disks, optical data storage devices, and the like, which may also be implemented in the form of carrier waves (for example, transmission over the Internet). Include.
  • the computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
  • functional programs, codes and code segments for implementing the present invention can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention belongs.
  • the firmware server signs the firmware to be distributed using a non-certificate-based digital signature and the smart grid device verifies this, thereby eliminating inconvenience of certificate management, and identifying an identifier (ID). It solves the key escrow problem of public key system based on) and, through this, verifies the integrity of the distribution firmware image and authenticates the source when upgrading the firmware of the smart grid device. Stable management and information security can be achieved.

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Abstract

무인증서 기반 서명을 이용한 디바이스의 펌웨어 관리 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일례에 따라 디바이스의 펌웨어를 관리하는 방법은, 펌웨어 서버가 키 생성 서버로부터 펌웨어 서버 자신의 식별자에 대응하는 부분 비밀키를 수신하고, 부분 비밀키에 기초하여 공개키 및 비밀키를 생성하고, 비밀키를 이용하여 펌웨어의 해쉬값에 대한 서명값을 생성하며, 펌웨어와 서명값을 결합하여 배포용 펌웨어 이미지를 생성한다.

Description

무인증서 기반 서명을 이용한 디바이스의 펌웨어 관리 장치 및 방법
본 발명은 디바이스 펌웨어 관리 기술에 관한 것으로, 특히 무인증서 기반 서명을 이용하여 스마트 그리드 디바이스에게 검증된 펌웨어를 제공함으로써 신뢰할 수 있는 펌웨어만을 해당 디바이스에 설치하도록 유도하는 펌웨어 관리 장치, 방법 및 그 방법을 기록한 기록매체에 관한 것이다.
스마트 그리드(smart grid)란 기존의 전력망에 지능형 통신 기술(Intelligent Communication Technology, ICT)를 접목하여 전력생산 및 소비정보를 양방향 및 실시간으로 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 차세대 전력망을 말한다. 스마트 그리드를 구성하기 위해 다양한 디바이스들이 활용되고 있는데, 특히 스마트 미터(smart meter), DCU(Data Collection Unit) 또는 스마트 가전 제품 등과 같은 디바이스들은 열린 공간에 설치되거나, 에너지 소비자 측의 빌딩 또는 가정에 설치되어 전기 사용량을 측정하고, 사용된 양에 대한 과금 정보를 전달하는 등의 역할을 수행한다.
무엇보다도 이러한 스마트 그리드를 구성하는 디바이스들은 전기 사용량이나 과금정보 등을 취급하기 때문에 안전하게 보호되어야 할 필요성이 있다. 이하에서 인용되는 문헌에는 스마트 그리드에 대한 사이버 보안 위협과 스마트 그리드 사이버 보안성 강화를 위한 국내 외의 다양한 시도들을 소개하고 있다. (스마트그리드와 사이버 보안, 이건희, 서정택, 이철원, 한국통신학회논문지 제27권 제4호 (2010년 4월) pp.23-30 1226-4717 KCI, 한국통신학회, 2010년.)
특히 스마트 그리드 디바이스를 운영함에 있어서, 요구기능 추가, 기능 최적화 내지 소프트웨어 결함 수정 등이 필요할 경우, 스마트 그리드 디바이스의 특성상 원격에서 해당 디바이스의 펌웨어 업그레이드(firmware upgrade)를 수행하게 된다. 만약 이때 악의적인 펌웨어가 배포되어 스마트 그리드 디바이스에 설치될 경우, 서비스 가용성이 크게 침해되거나, 전력 사용정보를 조작하거나 유출되는 등의 심각한 보안 사고를 유발할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 스마트 그리드 환경에서 활용되는 다양한 디바이스들에 대한 펌웨어의 관리 및 업그레이드시 악의적인 펌웨어 설치에 의해 해당 디바이스들이 무방비로 노출되는 위험을 제거하고, 이러한 악의적인 펌웨어 설치를 통해 발생할 수 있는 사용정보의 조작 내지 유출 등의 보안 사고를 예방하며, 동시에 인증서 관리의 불편함 및 키 생성 기관(key generating center, KGC)에게 개인키 정보가 노출되는 키 에스크로(key escrow) 문제를 해결하고자 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 펌웨어(firmware) 서버가 디바이스의 펌웨어를 관리하는 방법은, 상기 펌웨어 서버가 키 생성 서버로부터 펌웨어 서버 자신의 식별자에 대응하는 부분 비밀키를 수신하는 단계; 상기 펌웨어 서버가 상기 수신된 부분 비밀키에 기초하여 공개키 및 비밀키를 생성하는 단계; 상기 생성된 비밀키를 이용하여 상기 펌웨어 서버가 자신이 관리하는 펌웨어의 해쉬값에 대한 서명값을 생성하는 단계; 및 상기 펌웨어 서버가 상기 펌웨어와 상기 생성된 서명값을 결합하여 배포용 펌웨어 이미지를 생성하는 단계;를 포함하되, 상기 펌웨어 서버는, 상기 디바이스의 펌웨어 갱신 요청에 따라 상기 배포용 펌웨어 이미지를 상기 디바이스에 전송하며, 상기 공개키를 이용하여 상기 디바이스로 하여금 상기 배포용 펌웨어 이미지 내에 포함된 서명값을 검증함으로써 유효한 펌웨어만을 설치하도록 유도한다.
일 실시예에 따른 상기 펌웨어 서버가 디바이스의 펌웨어를 관리하는 방법에서, 상기 부분 비밀키는, 상기 펌웨어 서버가 자신의 식별자를 상기 키 생성 서버에 전송하고, 부분 비밀키 추출(partial private key extract) 알고리즘을 이용하여 상기 키 생성 서버로 하여금 상기 펌웨어 서버의 식별자에 대응하는 부분 비밀키를 생성하도록 한 후, 생성된 부분 키를 전송받음으로써 획득된다.
일 실시예에 따른 상기 펌웨어 서버가 디바이스의 펌웨어를 관리하는 방법은, 상기 펌웨어 서버가 상기 펌웨어의 갱신 정보, 상기 펌웨어 서버의 식별자, 상기 공개키를 상기 디바이스에 제공하는 단계;를 더 포함하고, 상기 디바이스가 상기 갱신 정보를 참조하여 자신의 펌웨어를 갱신할 필요가 있다고 판단한 경우, 상기 디바이스는 상기 펌웨어 서버에 펌웨어 갱신을 요청한다. 또한, 상기 펌웨어 서버로부터 상기 배포용 펌웨어 이미지를 수신한 경우, 상기 디바이스는, 상기 펌웨어 서버의 식별자, 상기 공개키, 상기 배포용 펌웨어 이미지 내에 포함된 펌웨어의 해쉬값 및 서명값을 이용하여 상기 서명값의 유효성을 판단함으로써 유효한 펌웨어만을 설치할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 펌웨어 서버가 디바이스의 펌웨어를 관리하는 방법에서, 상기 키 생성 서버는 제 3의 신뢰 기관으로서 무인증서(certificateless) 기반의 전자서명 방식에 따르는 부분 비밀키를 생성하고, 상기 펌웨어 서버는 새로운 버전의 펌웨어를 저장하고, 상기 부분 비밀키에 기반한 비밀키를 이용하여 전자서명이 부착된 배포용 펌웨어 이미지를 생성하여 상기 디바이스에게 제공하며, 상기 디바이스는 상기 펌웨어 서버로부터 펌웨어를 제공받아 상기 전자서명의 유효성이 검증된 경우에만 상기 펌웨어를 설치할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 디바이스가 자신의 펌웨어를 갱신하는 방법은, 상기 디바이스가 펌웨어 서버로부터 펌웨어의 갱신 정보, 상기 펌웨어 서버의 식별자 및 공개키를 수신하는 단계; 상기 디바이스가 상기 갱신 정보를 참조하여 자신의 펌웨어를 갱신할 필요가 있는지 여부를 판단하는 단계; 상기 판단 결과에 따라 상기 디바이스가 상기 펌웨어 서버에 펌웨어 갱신을 요청하고, 상기 펌웨어 서버로부터 배포용 펌웨어 이미지를 수신하는 단계; 및 상기 디바이스가 상기 공개키를 이용하여 상기 수신된 배포용 펌웨어 이미지 내에 포함된 서명값을 검증함으로써 유효한 펌웨어만을 선택적으로 설치하는 단계;를 포함하되, 상기 배포용 펌웨어 이미지는, 상기 펌웨어 서버가 키 생성 서버로부터 펌웨어 서버 자신의 식별자에 대응하는 부분 비밀키를 수신하고, 상기 수신된 부분 비밀키에 기초하여 공개키 및 비밀키를 생성하고, 상기 생성된 비밀키를 이용하여 펌웨어의 해쉬값에 대한 서명값을 생성하며, 상기 펌웨어와 상기 생성된 서명값을 결합함으로써 상기 펌웨어 서버 내에 생성된다.
다른 실시예에 따른 상기 디바이스가 자신의 펌웨어를 갱신하는 방법에서, 상기 펌웨어 서버로부터 상기 배포용 펌웨어 이미지를 수신한 경우, 상기 디바이스는, 상기 펌웨어 서버의 식별자, 상기 공개키, 상기 배포용 펌웨어 이미지 내에 포함된 펌웨어의 해쉬값 및 서명값을 이용하여 상기 서명값의 유효성을 판단함으로써 유효한 펌웨어만을 설치할 수 있다.
다른 실시예에 따른 상기 디바이스가 자신의 펌웨어를 갱신하는 방법에서, 상기 디바이스는, 스마트 그리드(smart grid) 디바이스로서, 상기 펌웨어 서버의 펌웨어 갱신 정보를 참조하여 펌웨어 갱신 요청을 전송하고, 상기 펌웨어 갱신 요청에 따라 상기 배포용 펌웨어 이미지가 수신된 경우, 출처가 검증된 펌웨어만을 설치할 수 있다.
한편, 이하에서는 상기 기재된 디바이스의 펌웨어를 관리하는 방법 및 펌웨어를 갱신하는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
본 발명의 실시예들은 펌웨어 서버가 무인증서 기반의 전자서명을 활용하여 배포하고자 하는 펌웨어에 서명하고 이를 스마트 그리드 디바이스가 검증함으로써, 인증서 관리의 불편함을 해소하고, 식별자(identifier, ID) 기반의 공개키 시스템이 갖는 키 에스크로 문제를 해결하며, 이를 통해 스마트 그리드 디바이스의 펌웨어 업그레이드시 배포용 펌웨어 이미지에 대한 무결성을 검증하고 출처를 인증함으로써 신뢰성이 보장된 펌웨어만을 선택적으로 디바이스에 설치하는 안정적인 관리 및 정보 보안이 달성 가능하다.
도 1은 디바이스의 펌웨어 업그레이드를 위해 본 발명의 실시예들이 구현되는 시스템 전체 구성을 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 배포용 펌웨어 이미지의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌웨어 서버가 디바이스의 펌웨어를 관리하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌웨어 서버가 공개키를 초기화하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 공개키 초기화 과정에서 활용되는 알고리즘과 그 변수들을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디바이스가 자신의 펌웨어를 갱신하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디바이스가 펌웨어를 갱신하는 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 펌웨어 갱신 과정에서 활용되는 알고리즘과 그 변수들을 설명하기 위한 도면이다.
[부호의 설명]
10 : 키 생성 서버 (KGC)
20 : 펌웨어 서버
23 : 관리 서버 (MS) 25 : 배포 서버 (DS)
30 : 디바이스, 스마트 그리드 디바이스 (SGD)
본 발명의 일 실시예에 따른 펌웨어(firmware) 서버가 디바이스의 펌웨어를 관리하는 방법은, 상기 펌웨어 서버가 키 생성 서버로부터 펌웨어 서버 자신의 식별자에 대응하는 부분 비밀키를 수신하고, 상기 펌웨어 서버가 상기 수신된 부분 비밀키에 기초하여 공개키 및 비밀키를 생성하고, 상기 생성된 비밀키를 이용하여 상기 펌웨어 서버가 자신이 관리하는 펌웨어의 해쉬값에 대한 서명값을 생성하며, 상기 펌웨어 서버가 상기 펌웨어와 상기 생성된 서명값을 결합하여 배포용 펌웨어 이미지를 생성하되, 상기 펌웨어 서버는, 상기 디바이스의 펌웨어 갱신 요청에 따라 상기 배포용 펌웨어 이미지를 상기 디바이스에 전송하며, 상기 공개키를 이용하여 상기 디바이스로 하여금 상기 배포용 펌웨어 이미지 내에 포함된 서명값을 검증함으로써 유효한 펌웨어만을 설치하도록 유도한다.
본 발명의 실시예들을 설명하기에 앞서, 스마트 그리드 환경에서 발생하는 디바이스의 펌웨어 관리 및 업그레이드시의 문제점들을 검토한 후, 이들 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 기술적 수단을 개괄적으로 소개하도록 한다.
앞서 기술한 바와 같이 스마트 그리드 환경의 디바이스들은 전기 사용량이나 과금정보 등을 취급하기 때문에 안전하게 보호되어야 할 필요성이 있다. 그럼에도 불구하고, 스마트 그리드 디바이스들은 구조적인 특성상 요구기능의 추가, 기능 최적화 또는 소프트웨어 결함 수정 등의 상황 하에서 원격으로 해당 디바이스의 펌웨어 업그레이드를 수행하게 된다. 이 경우, 만약 악의적인 펌웨어가 배포되고 설치될 경우, 서비스 가용성이 침해되거나, 전력 사용정보 조작, 유출 등의 심각한 보안 사고를 유발할 수 있다. 따라서, 이하에서 기술되는 본 발명의 실시예들은 스마트 그리드 디바이스의 펌웨어 관리 및 갱신 과정에서 신뢰할 수 있는 배포용 펌웨어 이미지를 인증할 수 있는 무인증서 기반의 전자서명 기술을 제안하고자 한다.
현재 널리 사용되고 있는 전자서명 기술은 공인된 기관에서 발급한 인증서를 이용하여 무결성 및 부인방지 기능을 제공하고 있다. 이러한 인증서를 활용한 전자서명 기술은 단말 디바이스들 각각이 인증서를 관리해야 하는 불편함이 있으며, 특히 종래의 식별자 기반의 공개키 기술에서 키 생성 기관이 개인키의 정보를 알게됨에 따라 키 에스크로 문제가 발생할 우려가 존재한다. 이러한 문제점들을 해소하기 위해 제안된 본 발명의 실시예들은 무인증서 기반의 전자서명을 통해 인증서 관리의 문제점과 키 에스크로 문제를 동시에 해결하고자 한다.
본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 무인증서 기반의 전자서명 기술은 다음과 같이 크게 7 단계의 알고리즘으로 구성된다. 여기서는 그 개요만을 개괄적으로 소개한 후, 이후 각각의 도면을 참조하여 구체적인 구성을 설명하도록 한다.
(1) Setup(1k) → (params, msk) : 보안 변수 k를 입력받아, CL-PKS(Certificateless public-key signature)의 시스템 변수 params와 키 생성 기관(KGC)의 마스터 비밀키 msk를 반환한다. 이 과정은 초기화 과정으로서, 제 3의 신뢰 기관인 키 생성 기관을 통해 수행되게 된다. 시스템 변수는 스마트 그리드를 구성하는 시스템의 구현 환경에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
(2) Partial-Private-Key-Extract(params, msk, IDA) → DA : 시스템 변수 params, 마스터 비밀키 msk, 인증서 발급 대상 A에 대한 식별정보 IDA를 입력받아, A의 부분 비밀키 DA를 반환한다. 여기서, 인증서 발급 대상은 키 생성 키관으로부터 전자서명을 위한 인증서를 발급받고자 하는 대상을 말하며, 예를 들어 펌웨어 서버가 그 대상이 될 수 있다. 이 경우, 본 발명의 실시예들은 이러한 부분 비밀키를 생성받음으로써 종래의 식별자 기반의 인증서와는 달리, 실질적으로 별도의 인증서 없이도 검증하고자 하는 대상 객체(예를 들어, 펌웨어 업그레이드 이미지가 될 수 있다.)에 대한 전자서명이 가능하다.
(3) Set-Secret-Value(params, IDA) → xA : 시스템 변수 params와 A의 식별정보 IDA를 입력받아 A의 비밀정보 xA를 반환한다. 이러한 비밀정보는 다음 단계에서 비밀키 및 공개키를 생성하기 위해 활용된다.
(4) Set-Private-Key(params, DA, xA) → SA : 시스템 변수 params와 A의 부분 비밀키 DA 및 비밀정보 xA를 입력받아 A의 비밀키 SA를 반환한다. 비밀키는 이후 검증하고자 하는 대상 객체의 해쉬값과 더불어 전자서명을 생성하기 위한 입력값으로 활용된다.
(5) Set-Public-Key(params, xA) → PA : 시스템 변수 params와 A의 비밀정보 xA를 입력받아 A의 공개키 PA를 반환한다. 공개키는 배포용 펌웨어 이미지가 스마트 그리드 디바이스에 전송된 경우, 해당 디바이스가 배포용 펌웨어 이미지의 전자서명을 검증하기 위해 활용된다.
(6) Sign(params, M, SA) → σM : 시스템 변수 params, 서명할 메시지 M 그리고 A의 비밀키 SA를 입력받아 메시지 M에 대한 서명값 σM를 반환한다. 여기서 서명할 메시지는 배포하고자 하는 펌웨어 업그레이드 이미지에 대응하는 특정한 값이 될 수 있으며, 이후 예시되는 실시예에서는 펌웨어의 해쉬값이 활용되었다.
(7) Verify(params, M, IDA, PA, σM) → valid/invalid : 시스템 변수 params, 서명한 메시지 M, A의 식별정보 IDA, A의 공개키 PA, 메시지 M에 대한 서명값 σM를 입력받아 서명값의 유효성을 판별한 결과를 반환한다. 이러한 과정은 스마트 그리드 디바이스에서 수행됨으로써 펌웨어 서버로부터 전달받은 배포용 펌웨어 이미지 내의 서명값에 대한 유효성을 판단하는 근거로 활용된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
도 1은 디바이스의 펌웨어 업그레이드를 위해 본 발명의 실시예들이 구현되는 시스템 전체 구성을 예시한 도면으로서, 크게 키 생성 서버(10), 펌웨어 서버(20) 및 적어도 하나 이상의 디바이스(30)를 포함할 수 있다. 여기서, 펌웨어 서버(20)는 다시 기능적인 관점에서 2개의 서버로 구분될 수 있다. 즉, 새로운 펌웨어를 등록하고 저장, 관리하며 펌웨어에 대한 전자서명을 부착하는 관리 서버(23)와 전자서명이 부착된 배포용 펌웨어 이미지를 디바이스(30)에게 제공하는 배포 서버(25)가 그것이다. 이러한 관리 서버(23)와 배포 서버(25)는 구현의 편의에 따라 실제로 분리된 하드웨어로서 구현될 수도 있으나, 필요에 따라서는 물리적으로 하나의 하드웨어로서 구현될 수도 있을 것이다. 이상의 구분은 그 기능상의 역할에 근거한 분류에 불과함을 주의하자. 또한, 스마트 그리드의 목적이나 활용도를 고려할 때, 예를 들어 도 1의 펌웨어 서버(20)는 전력회사의 내부에 설치될 수 있을 것이다.
도 1에서, 키 생성 서버(KGC)(10)는 제 3의 신뢰기관으로서 시스템 변수 params 및 디바이스들의 부분 비밀키를 생성하고, 펌웨어 서버(20)는 스마트 그리드 디바이스들(smart grid device, SGD)의 펌웨어를 관리하는 관리 서버(management server, MS)(23) 및 펌웨어를 배포하는 배포 서버(distribution server, DS)(25)를 포함한다.
키 생성 서버(10)는 관리 서버(23)에 부분 비밀키를 전송하고, 스마트 그리드 디바이스(30)에는 각종 시스템 변수를 전송한다. 관리 서버(23)는 디바이스들(30)에게 배포하고자 하는 펌웨어 이미지를 배포 서버(25)에 전달한다. 이 때 배포 서버(25)에 전달되는 펌웨어 이미지는 전자서명이 부착된 것으로 배포용 펌웨어 이미지에 해당한다. 또한, 관리 서버(23)는 디바이스(30)에 새로운 펌웨어 갱신 정보를 전송함으로써 해당 디바이스(30)로 하여금 펌웨어 갱신을 유도한다. 그러면, 디바이스(30)는 펌웨어 갱신 정보를 참조하여 배포 서버(25)에 펌웨어 갱신 요청을 전송하고 그 회신으로서 배포용 펌웨어 이미지를 수신받는다. 마지막으로, 디바이스(30)는 전자서명을 이용하여 수신된 배포용 펌웨어 이미지를 검증함으로써 유효한 펌웨어를 설치하게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 배포용 펌웨어 이미지의 구조를 도시한 도면으로서, 도 2의 일련의 과정은 도 1의 펌웨어 서버(20), 특히 관리 서버(MS)(23)에서 수행된다.
210 단계에서, 배포하고자 하는 새로운 펌웨어 업그레이드 이미지(firmware upgrade image, FUI)가 관리 서버(23)에 등록된다. 220 단계에서는, 전자서명을 효율적으로 생성하기 위해 펌웨어 업그레이드 이미지를 우선 해쉬함수 H로 처리하여 압축된 해쉬값을 얻는다. 그런 다음, 240 단계에서는 앞서 생성된 해쉬값과 230 단계에서 획득된 비밀키 SMS를 Sign 알고리즘에 입력하고, 250 단계를 통해 전자서명 σFUI을 생성한다. 이렇게 생성된 전자서명은 펌웨어의 무결성과 출처를 인증하는 역할을 하게 되며, 특히 전자서명 과정에서 인증서가 사용되지 않은 무인증서 기반의 전자서명이라는 점에 주목하자. 마지막으로, 260 단계에서는 210 단계의 펌웨어 업그레이드 이미지 FUI와 250 단계를 통해 생성된 전자서명 σFUI를 연접하여 배포용 펌웨어 이미지를 생성하게 된다.
이러한 일련의 과정을 통해 배포용 펌웨어 이미지에는 펌웨어 그 자체와 해당 펌웨어에 대한 검증을 위한 전자서명이 결합된 하나의 파일이 생성된다. 이렇게 생성된 배포용 펌웨어 이미지는 앞서 설명한 바 있는 도 1의 배포 서버(25)에 등록되고, 이후 스마트 그리드 디바이스(30)의 요청이 있는 경우 제공될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌웨어 서버가 디바이스의 펌웨어를 관리하는 방법을 도시한 흐름도로서, 펌웨어 서버를 중심으로 수행 과정들을 기술하고 있다.
310 단계에서, 펌웨어 서버는 키 생성 서버로부터 펌웨어 서버 자신의 식별자에 대응하는 부분 비밀키를 수신한다. 여기서, 부분 비밀키는, 상기 펌웨어 서버가 자신의 식별자를 상기 키 생성 서버에 전송하고, 부분 비밀키 추출(partial private key extract) 알고리즘을 이용하여 상기 키 생성 서버로 하여금 상기 펌웨어 서버의 식별자에 대응하는 부분 비밀키를 생성하도록 한 후, 생성된 부분 키를 전송받음으로써 획득된다.
320 단계에서, 펌웨어 서버는 상기 310 단계를 통해 수신된 부분 비밀키에 기초하여 공개키 및 비밀키를 생성한다.
330 단계에서, 펌웨어 서버는 상기 320 단계를 통해 생성된 비밀키를 이용하여 새로운 펌웨어 업그레이드 이미지의 해쉬값에 대한 서명값을 생성한다.
340 단계에서, 펌웨어 서버는 상기 펌웨어와 상기 생성된 서명값을 결합하여 배포용 펌웨어 이미지를 생성한다.
특히, 상기 펌웨어 서버는, 상기 디바이스의 펌웨어 갱신 요청에 따라 상기 배포용 펌웨어 이미지를 상기 디바이스에 전송하며, 상기 공개키를 이용하여 상기 디바이스로 하여금 상기 배포용 펌웨어 이미지 내에 포함된 서명값을 검증함으로써 유효한 펌웨어만을 설치하도록 유도하는 역할을 수행한다.
이를 위해 상기된 펌웨어 관리 방법은, 상기 펌웨어 서버가 상기 펌웨어의 갱신 정보, 상기 펌웨어 서버의 식별자, 상기 공개키를 상기 디바이스에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 단계를 통해 상기 디바이스가 상기 갱신 정보를 참조하여 자신의 펌웨어를 갱신할 필요가 있다고 판단한 경우, 상기 디바이스는 상기 펌웨어 서버에 펌웨어 갱신을 요청하게 된다.
이제, 디바이스가 상기 펌웨어 서버로부터 상기 배포용 펌웨어 이미지를 수신한 경우, 상기 디바이스는, 상기 펌웨어 서버의 식별자, 상기 공개키, 상기 배포용 펌웨어 이미지 내에 포함된 펌웨어의 해쉬값 및 서명값을 이용하여 상기 서명값의 유효성을 판단함으로써 유효한 펌웨어만을 설치하게 된다.
분리된 장치의 관점에서, 상기 키 생성 서버는 제 3의 신뢰 기관으로서 무인증서(certificateless) 기반의 전자서명 방식에 따르는 부분 비밀키를 생성하고, 상기 펌웨어 서버는 새로운 버전의 펌웨어를 저장하고, 상기 부분 비밀키에 기반한 비밀키를 이용하여 전자서명이 부착된 배포용 펌웨어 이미지를 생성하여 상기 디바이스에게 제공하며, 상기 디바이스는 상기 펌웨어 서버로부터 펌웨어를 제공받아 상기 전자서명의 유효성이 검증된 경우에만 상기 펌웨어를 설치하게 된다.
본 발명의 실시예에서는 펌웨어 업그레이드 절차를 편의상 관리서버 공개키 초기화 과정과 새로운 펌웨어 업그레이드 이미지 배포 과정의 2 단계로 구분하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌웨어 서버가 공개키를 초기화하는 과정을 도시한 도면으로서, 특히 관리 서버(23)에서 수행되는 일련의 절차를 기술하고 있다. 앞서 기술한 바와 같이 관리 서버(23)와 배포 서버(25)는 양자 모두 펌웨어 서버(20)에 포함되는 구성으로서, 물리적으로 하나의 장치로 구현될 수도 있고, 각각 분리된 장치로서 구현될 수도 있다.
410 단계에서, 키 생성 서버(10)는 무인증서 기반 전자서명 기술의 Setup 알고리즘을 통해 전체 시스템에서 사용될 시스템 변수 params와 키 생성 서버(10)의 마스터 비밀키 msk를 생성한다.
420 단계에서, 관리 서버(23)는 키 생성 서버(10)에게 관리 서버 자신의 식별자 값인 IDMS를 전달하여 자신의 부분 비밀키 DMS를 요청한다. 이러한 부분 비밀키 DMS는 이후 자신의 비밀키 SMS를 생성하기 위해 활용되게 된다.
430 단계에서, 키 생성 서버(10)는 부분 비밀키 추출(Partial-Private-Key-Extract) 알고리즘을 이용하여 관리 서버(23)의 부분 비밀키 DMS를 생성한다.
440 단계에서, 키 생성 서버(10)는 앞서 430 단계를 통해 생성된 관리 서버(23)의 부분 비밀키 DMS와 시스템 변수 params를 관리 서버(23)에게 전달한다.
450 단계 내지 470 단계에서, 관리 서버(23)는 Set-Secret-Value 알고리즘을 이용하여 관리 서버(23)의 비밀정보 xMS를 생성하고, Set-Public-Key 알고리즘을 이용하여 관리 서버(23)의 공개키 PMS를 생성하며, Set-Private-Key 알고리즘을 이용하여 관리 서버(23)의 비밀키 SMS를 생성한다. 각각의 알고리즘은 보편적인 기능을 중심으로 임의로 기술되었으며, 무인증서 방식의 부분 비밀키 기반 전자서명을 생성하기 위해 적절한 형태로 변형이 가능하다.
도 5는 도 4의 공개키 초기화 과정에서 활용되는 알고리즘과 그 변수들을 설명하기 위한 도면으로서, 예시적으로 구현된 함수의 입출력 값을 정의하고 있다.
도 5를 참조하면, 무인증서 기반 전자서명 기술의 Setup 알고리즘을 통해 획득되는 시스템 변수 params에 포함되는 구체적인 변수들과 마스터 키 msk가 정의되어 있고, 부분 비밀키 추출 알고리즘의 입력값으로 시스템 변수, 마스터 키, 식별자(예를 들어, 펌웨어 관리 서버가 될 수 있다.)가 활용되어 부분 비밀키가 추출됨이 정의되어 있으며, 비밀정보 생성 함수, 공개키 및 비밀키 생성 함수의 입력값과 출력값이 정의되어 있음을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디바이스가 자신의 펌웨어를 갱신하는 방법을 도시한 흐름도로서, 도 6의 일련의 과정은 특히 스마트 그리드 디바이스(30)에서 수행된다.
610 단계에서, 디바이스는 펌웨어 서버로부터 펌웨어의 갱신 정보, 상기 펌웨어 서버의 식별자 및 공개키를 수신한다.
620 단계에서, 디바이스는 상기 610 단계를 통해 수신된 갱신 정보를 참조하여 자신의 펌웨어를 갱신할 필요가 있는지 여부를 판단한다.
630 단계에서, 상기 판단 결과에 따라 상기 디바이스는 상기 펌웨어 서버에 펌웨어 갱신을 요청하고, 상기 펌웨어 서버로부터 배포용 펌웨어 이미지를 수신한다. 여기서, 상기 배포용 펌웨어 이미지는, 상기 펌웨어 서버가 키 생성 서버로부터 펌웨어 서버 자신의 식별자에 대응하는 부분 비밀키를 수신하고, 상기 수신된 부분 비밀키에 기초하여 공개키 및 비밀키를 생성하고, 상기 생성된 비밀키를 이용하여 펌웨어의 해쉬값에 대한 서명값을 생성하며, 상기 펌웨어와 상기 생성된 서명값을 결합함으로써 상기 펌웨어 서버 내에 생성된 것에 해당한다.
640 단계에서, 상기 디바이스는 상기 610 단계를 통해 수신된 공개키를 이용하여 상기 수신된 배포용 펌웨어 이미지 내에 포함된 서명값을 검증함으로써 유효한 펌웨어만을 선택적으로 설치한다. 구체적으로, 디바이스가 상기 펌웨어 서버로부터 상기 배포용 펌웨어 이미지를 수신한 경우, 상기 디바이스는, 상기 펌웨어 서버의 식별자, 상기 공개키, 상기 배포용 펌웨어 이미지 내에 포함된 펌웨어의 해쉬값 및 서명값을 이용하여 상기 서명값의 유효성을 판단함으로써 유효한 펌웨어만을 설치하게 된다.
분리된 장치의 관점에서, 상기 디바이스는, 스마트 그리드(smart grid) 디바이스로서, 상기 펌웨어 서버의 펌웨어 갱신 정보를 참조하여 펌웨어 갱신 요청을 전송하고, 상기 펌웨어 갱신 요청에 따라 상기 배포용 펌웨어 이미지가 수신된 경우, 출처가 검증된 펌웨어만을 설치함으로써, 앞서 지적한 바와 같은 스마트 그리드 기술 분야의 펌웨어 업그레이드 과정에서의 보안 문제 및 신뢰도 문제를 해결할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디바이스가 펌웨어를 갱신하는 과정을 도시한 도면으로서, 특히 관리 서버(23), 배포 서버(25) 및 스마트 그리드 디바이스(30)에서 수행되는 일련의 절차를 기술하고 있다. 앞서 기술한 바와 같이 관리 서버(23)와 배포 서버(25)는 양자 모두 펌웨어 서버(20)에 포함되는 구성으로서, 물리적으로 하나의 장치로 구현될 수도 있고, 각각 분리된 장치로서 구현될 수도 있다.
*710 단계에서, 관리 서버(23)는 새로운 펌웨어 업그레이드 이미지 FUI를 생성하여 저장한다.
720 단계에서, 관리 서버(23)는 Sign 알고리즘을 이용하여 펌웨어 업그레이드 이미지 FUI에 대한 무인증서 기반의 전자서명 σFUI를 생성한다.
730 단계에서, 관리 서버(23)는 새로운 펌웨어 업그레이드 이미지 FUI와 전자서명 σFUI을 펌웨어 배포 서버(25)에게 전송한다. 편의상 배포 서버(25)가 물리적으로 분리되어 있지 않다면, 이러한 전송 과정은 단지 하나의 물리적인 펌웨어 서버 내에서 배포용 펌웨어 이미지의 저장 경로를 등록하는 과정으로 대체될 수 있을 것이다.
740 단계에서, 관리 서버(23)는 새로운 펌웨어 업그레이드에 대한 갱신 정보와 배포 서버(25) 내의 배포용 펌웨어 이미지 파일의 접근 경로 내지 주소를 펌웨어 업그레이드 대상 스마트 그리드 디바이스(30)에게 전달한다. 이 때, 새로운 펌웨어 업그레이드 이미지 FUI에 대한 정보 전달시 배포 서버(25)의 위치 정보, 시스템 변수 params 및 식별자 IDMS 등의 정보도 한께 전달되는 것이 바람직하다.
750 단계에서, 스마트 그리드 디바이스(30)는 앞서 740 단계를 통해 수신된 갱신 정보를 참조하여 펌웨어 배포 서버(25)에게 새로운 펌웨어 업그레이드 이미지를 요청한다.
760 단계에서, 배포 서버(25)는 디바이스(30)의 요청에 응답하여 무인증서 기반 전자서명이 포함된 새로운 펌웨어 업그레이드 이미지를 스마트 그리드 디바이스(30)에 전송한다.
770 단계에서, 스마트 그리드 디바이스(30)는 Verify 알고리즘을 이용하여 전자서명 σFUI을 검증한다.
780 단계에서, 770 단계를 통해 수행된 전자서명에 대한 검증이 성공하였다면, 스마트 그리드 디바이스(30)는 펌웨어 업그레이드를 진행한다.
도 8은 도 7의 펌웨어 갱신 과정에서 활용되는 알고리즘과 그 변수들을 설명하기 위한 도면으로서, 예시적으로 구현된 함수의 입출력 값과 수행 동작을 정의하고 있다.
도 8을 참조하면, Sign 함수의 입력값으로 시스템 변수, 메시지(이 경우, 펌웨어가 될 수 있다.) 및 비밀키가 입력되며, 정의된 바에 따른 연산을 통해 서명값을 산출한다. 또한, Verify 함수의 입력값으로 시스템 변수, 메시지(이 경우, 배포 서버로부터 수신된 배포용 펌웨어 이미지 내에 포함된 펌웨어가 될 수 있다.), 펌웨어 관리 서버의 식별자, 공개키 및 서명값(이 때의 서명값은 수신된 배포용 펌웨어 이미지 내에 포함된 서명값을 의미한다.)이 입력되며, 정의된 바에 따른 연산 및 비교를 통해 서명값의 유효성 여부를 결정한다.
이상과 같은 무인증서 기반 전자서명을 통해, 본 발명의 실시예들은 종래의 인증서 기반의 전자서명과 다음과 같은 차이점을 갖는다.
종래의 전자서명의 경우, 전자서명에 대한 검증에 앞서 서명자의 인증서에 대한 검증 절차가 선행되는데, 이러한 검증 절차는 크게 다음과 같은 두 단계로 나누어진다. 첫째, 인증서의 유효기간이 남았는지 확인하고, CRL(Certificate Revocation List)에 등록되어 이미 폐기된 인증서가 아닌지 확인함으로써, 인증서의 유효성 검증을 수행한다. 둘째, 인증서가 생성된 이후, 위조 또는 변조가 이루어지지 않았는지 여부에 관하여 CA의 공개키를 이용하여 인증서의 서명값을 검증한다.
이에 반해, 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 무인증서 기반 전자서명의 경우, 상기된 인증서 관리의 이슈가 사라지게 되며, 식별자 기반의 전자서명 기술에서 나타나는 키 에스크로 문제(키 생성 기관이 서명자의 비밀키를 알고 있어, 키 생성기관이 서명을 생성할 수 있는 문제를 말한다.)를 상기된 부분 비밀키를 통해 해결할 수 있다는 장점을 갖는다. 결과적으로, 무인증서 기반 전자서명을 사용하는 본 발명의 실시예들에서는 디바이스에서 펌웨어 이미지에 대한 검증 절차가 크게 간소화될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 다양한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 펌웨어 서버가 무인증서 기반의 전자서명을 활용하여 배포하고자 하는 펌웨어에 서명하고 이를 스마트 그리드 디바이스가 검증함으로써, 인증서 관리의 불편함을 해소하고, 식별자(identifier, ID) 기반의 공개키 시스템이 갖는 키 에스크로 문제를 해결하며, 이를 통해 스마트 그리드 디바이스의 펌웨어 업그레이드시 배포용 펌웨어 이미지에 대한 무결성을 검증하고 출처를 인증함으로써 신뢰성이 보장된 펌웨어만을 선택적으로 디바이스에 설치하는 안정적인 관리 및 정보 보안이 달성 가능하다.

Claims (9)

  1. 펌웨어(firmware) 서버가 디바이스의 펌웨어를 관리하는 방법에 있어서,
    상기 펌웨어 서버가 키 생성 서버로부터 펌웨어 서버 자신의 식별자에 대응하는 부분 비밀키를 수신하는 단계;
    상기 펌웨어 서버가 상기 수신된 부분 비밀키에 기초하여 공개키 및 비밀키를 생성하는 단계;
    상기 생성된 비밀키를 이용하여 상기 펌웨어 서버가 자신이 관리하는 펌웨어의 해쉬값에 대한 서명값을 생성하는 단계; 및
    상기 펌웨어 서버가 상기 펌웨어와 상기 생성된 서명값을 결합하여 배포용 펌웨어 이미지를 생성하는 단계;를 포함하되,
    상기 펌웨어 서버는, 상기 디바이스의 펌웨어 갱신 요청에 따라 상기 배포용 펌웨어 이미지를 상기 디바이스에 전송하며, 상기 공개키를 이용하여 상기 디바이스로 하여금 상기 배포용 펌웨어 이미지 내에 포함된 서명값을 검증함으로써 유효한 펌웨어만을 설치하도록 유도하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부분 비밀키는,
    상기 펌웨어 서버가 자신의 식별자를 상기 키 생성 서버에 전송하고, 부분 비밀키 추출(partial private key extract) 알고리즘을 이용하여 상기 키 생성 서버로 하여금 상기 펌웨어 서버의 식별자에 대응하는 부분 비밀키를 생성하도록 한 후, 생성된 부분 키를 전송받음으로써 획득되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌웨어 서버가 상기 펌웨어의 갱신 정보, 상기 펌웨어 서버의 식별자, 상기 공개키를 상기 디바이스에 제공하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 디바이스가 상기 갱신 정보를 참조하여 자신의 펌웨어를 갱신할 필요가 있다고 판단한 경우, 상기 디바이스는 상기 펌웨어 서버에 펌웨어 갱신을 요청하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 펌웨어 서버로부터 상기 배포용 펌웨어 이미지를 수신한 경우, 상기 디바이스는,
    상기 펌웨어 서버의 식별자, 상기 공개키, 상기 배포용 펌웨어 이미지 내에 포함된 펌웨어의 해쉬값 및 서명값을 이용하여 상기 서명값의 유효성을 판단함으로써 유효한 펌웨어만을 설치하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 키 생성 서버는 제 3의 신뢰 기관으로서 무인증서(certificateless) 기반의 전자서명 방식에 따르는 부분 비밀키를 생성하고,
    상기 펌웨어 서버는 새로운 버전의 펌웨어를 저장하고, 상기 부분 비밀키에 기반한 비밀키를 이용하여 전자서명이 부착된 배포용 펌웨어 이미지를 생성하여 상기 디바이스에게 제공하며,
    상기 디바이스는 상기 펌웨어 서버로부터 펌웨어를 제공받아 상기 전자서명의 유효성이 검증된 경우에만 상기 펌웨어를 설치하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 디바이스가 자신의 펌웨어를 갱신하는 방법에 있어서,
    상기 디바이스가 펌웨어 서버로부터 펌웨어의 갱신 정보, 상기 펌웨어 서버의 식별자 및 공개키를 수신하는 단계;
    상기 디바이스가 상기 갱신 정보를 참조하여 자신의 펌웨어를 갱신할 필요가 있는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 판단 결과에 따라 상기 디바이스가 상기 펌웨어 서버에 펌웨어 갱신을 요청하고, 상기 펌웨어 서버로부터 배포용 펌웨어 이미지를 수신하는 단계; 및
    상기 디바이스가 상기 공개키를 이용하여 상기 수신된 배포용 펌웨어 이미지 내에 포함된 서명값을 검증함으로써 유효한 펌웨어만을 선택적으로 설치하는 단계;를 포함하되,
    상기 배포용 펌웨어 이미지는,
    상기 펌웨어 서버가 키 생성 서버로부터 펌웨어 서버 자신의 식별자에 대응하는 부분 비밀키를 수신하고, 상기 수신된 부분 비밀키에 기초하여 공개키 및 비밀키를 생성하고, 상기 생성된 비밀키를 이용하여 펌웨어의 해쉬값에 대한 서명값을 생성하며, 상기 펌웨어와 상기 생성된 서명값을 결합함으로써 상기 펌웨어 서버 내에 생성된 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 펌웨어 서버로부터 상기 배포용 펌웨어 이미지를 수신한 경우, 상기 디바이스는,
    상기 펌웨어 서버의 식별자, 상기 공개키, 상기 배포용 펌웨어 이미지 내에 포함된 펌웨어의 해쉬값 및 서명값을 이용하여 상기 서명값의 유효성을 판단함으로써 유효한 펌웨어만을 설치하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 디바이스는,
    스마트 그리드(smart grid) 디바이스로서, 상기 펌웨어 서버의 펌웨어 갱신 정보를 참조하여 펌웨어 갱신 요청을 전송하고,
    상기 펌웨어 갱신 요청에 따라 상기 배포용 펌웨어 이미지가 수신된 경우, 출처가 검증된 펌웨어만을 설치하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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