KR100629495B1 - 그룹 키 생성방법 - Google Patents

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KR100629495B1 KR1020050067063A KR20050067063A KR100629495B1 KR 100629495 B1 KR100629495 B1 KR 100629495B1 KR 1020050067063 A KR1020050067063 A KR 1020050067063A KR 20050067063 A KR20050067063 A KR 20050067063A KR 100629495 B1 KR100629495 B1 KR 100629495B1
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Abstract

그룹 키 생성방법이 개시된다. 본 발명에 따른 그룹 키 생성방법은, 복수개의 노드에 적용되는 그룹 키 생성 방법에 있어서, 복수개의 노드 중 제1 노드는 제1 노드에 인접한 복수개의 인접 노드들과 복수개의 비밀키를 공유하는 단계, 복수개의 비밀키에 의한 복수개의 함수값을 획득하고, 복수개의 함수값을 이용하여 결과값을 획득하는 단계, 결과값을 브로드캐스팅하는 단계, 복수개의 노드 중 자신을 제외한 노드들로부터 결과값의 획득 방식에 의하여 생성된 복수개의 결과값을 수신하는 단계 및 함수값 및 복수개의 결과값에서 추출된 복수개의 함수값을 이용하여 그룹키를 획득하는 단계를 통해 구현된다. 본 발명에 따르면, 노드 그룹내의 노드의 유출입이 빈번한 환경에서 효율적으로 그룹 키를 생성할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따르면, 그룹 키를 생성하는 과정중에 지수연산을 사용하지 않게 되므로, 노드에서의 계산량이 적으며, 서버 및 공개키의 존재를 필요로 하지 않게 된다.
해쉬 함수, 그룹 키, 제1비밀키, 제2비밀키

Description

그룹 키 생성방법{Method for Generating Group Key}
도 1은 본 발명에 따른 그룹 키 생성방법이 적용되는 노드 그룹을 나타내는 도면, 및
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 홈 네트워크의 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명은 노드들간의 그룹 키 생성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해쉬함수를 이용한 효율적 그룹 키 생성방법에 관한 것이다.
홈 네트워크내의 복수개의 멀티미디어 디바이스들은 특정한 콘텐츠를 공유하여야 할 필요가 있는데, 이러한 경우에 멀티미디어 디바이스들은 외부에 노출되지 않는 그룹 키를 공유하여야 하고, 공유한 그룹 키를 통하여 특정한 콘텐츠를 공유하게 된다.
또한, 유비쿼터스 컴퓨팅 기술의 요소기술로서 유비쿼터스 센서 네트워크를 구축함에 있어서는, 복수개의 센서들은 각각의 센서가 감지한 외부환경에 대한 정보를 통신하고, 이를 공유하여야 할 필요성이 제기된다.
이러한, 경우에도 센서 노드들은 외부에 노출되지 않은 그룹 키를 공유하여 야 하고, 공유한 그룹 키를 통하여 감지정보를 통신하고 공유하게 된다. 이와 같은 경우에 노드들 사이에서 그룹 키를 생성하여 공유하는 방법에 대해서는 여러가지가 제안되어 왔다.
그러나, 센서네트워크내에서의 노드들의 유입 및 유출이 빈번한 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에서는, 정보 및 컨텐츠의 공유 및 통신이 필요한 시점에 존재하는 센서 노드들만이 공유할 수 있는 그룹 키의 생성과정에 있어서의 효율성이 요구된다.
종래의 제안된 방법에 의하면, 센서 노드들 사이에서의 새로운 그룹 키를 생성함에 있어서는, 그룹 키를 연산, 저장 및 전송하는 서버가 필수적으로 요구되거나, 이러한 서버를 이용하지 않는 방법에 의한다 하더라도, 센서네트워크내에 속한 모든 센서 노드에서의 순차적 지수 연산이 요구되었다.
그러나, 이러한 종래기술에 의하는 경우에는 매번 그룹 키를 생성하는 과정에서의 시간적, 비용적 효율성을 기대할 수 없다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 의 목적은, 해쉬함수를 이용한 효율적 그룹 키 생성방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 그룹 키 생성방법은, 복수개의 노드에 적용되는 그룹 키 생성 방법에 있어서, 상기 복수개의 노드 중 제1 노드는 상기 제1 노드에 인접한 복수개의 인접 노드들과 복수개의 비밀키를 공유하는 단계, 상기 복수개의 비밀키에 의한 복수개의 함수값을 획득하고, 상기 복수개의 함 수값을 이용하여 결과값을 획득하는 단계, 상기 결과값을 브로드캐스팅하는 단계, 상기 복수개의 노드 중 자신을 제외한 노드들로부터 상기 결과값의 획득 방식에 의하여 생성된 복수개의 결과값을 수신하는 단계; 및 상기 함수값 및 상기 복수개의 결과값에서 추출된 복수개의 함수값을 이용하여 그룹키를 획득하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 복수개의 인접 노드들과 복수개의 비밀키를 공유하는 단계는, 상기 복수개의 인접 노드 중 제1 인접 노드와 제1 비밀키를 공유하는 단계; 및 상기 복수개의 인접 노드 중 제2 인접 노드와 제2 비밀키를 공유하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 결과값을 획득하는 단계는, 상기 복수개의 비밀키를 복수개의 대입값 중 일부로써 각각 단방향 함수에 대입하여 복수개의 함수값을 획득하는 단계 및 상기 복수개의 함수값을 배타적 논리합 연산하여 상기 결과값을 획득하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 복수개의 대입값은 난스 값을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 난스(nonce)값은 시간정보에 의해 생성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 브로드캐스팅하는 단계의 브로드캐스팅은 인증채널을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공유하는 단계의 공유하는 방식은 대역외(Out of band) 방식에 의하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 노드의 복수개의 비밀키는 미리 설정되어 입력되는 것을 특 징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 그룹 키 생성방법은, 복수개의 노드에 적용되는 그룹 키 생성 방법에 있어서, 상기 복수개의 노드 중 제1 노드는 상기 복수개의 인접 노드 중 제1 인접 노드와 제1 비밀키를 공유하고, 상기 복수개의 인접 노드 중 제2 인접 노드와 제2 비밀키를 공유하는 단계, 상기 제1 비밀키 및 상기 제2 비밀키를 복수개의 대입값 중 일부로 각각 단방향 함수에 대입하여 제1 및 제2 함수값을 획득하고, 대입 결과 도출된 각 값을 논리합 연산하여 결과값을 획득하는 단계, 상기 결과값을 브로드캐스팅하는 단계, 상기 복수개의 노드 중 자신을 제외한 노드들로부터 복수개의 결과값을 수신하는 단계 및 상기 제1 함수값 및 상기 복수개의 결과값에서 추출된 복수개의 함수값을 배타적 논리합 연산하여 그룹키를 획득하는 단계를 포함한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 그룹 키 생성방법이 적용되는 노드 그룹을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 그룹 키 생성방법을 설명하면, 본 발명을 실시함에 있어서, 먼저 노드 그룹을 구성하는 모든 노드들의 순번을 정하게 된다. 여기서, 노드 그룹을 구성하는 노드의 개수가 N개라고 가정하면, 모든 노드들은 각각 적어도 2개의 비밀키를 인접노드와 공유한다. 본 발명을 실시함에 있어서, 각각의 노드는 3개 이상의 비밀키를 인접노드와 공유할 수도 있을 것이나, 본 발명을 설명함에 있어서는 모든 노드가 각각 2개의 비밀키를 인접노드와 공유하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
즉, 모든 노드가 각각 2개의 비밀키를 인접노드와 공유하는 경우에, i번째 노드인 노드_i는 도면상에 우측에 있는 i+1번째 노드인 노드_i+1과 비밀키로서 R_i를 공유하고, 도면상에서 좌측에 있는 i-1번째 노드인 노드_i-1과 비밀키로서 L_i를 공유한다.
또한, i+1번째 노드인 노드_i+1는 자신의 우측에 있는 i+2번째 노드인 노드_i+2과 비밀키로서 R_i+1를 공유하고, 자신의 좌측에 있는 i번째 노드인 노드_i와 비밀키로서 L_i+1을 공유한다.
따라서, 노드_i가 저장하고 있는 두개의 비밀키중 하나인 R_i와 노드_i+1가 저장하고 있는 두개의 비밀키중 하나인 L_i+1은 동일한 비밀키가 된다. 발명을 실시함에 있어서 비밀키를 공유하는 방식은 대역외(Out of band) 방식에 의할 수도 있을 것이다.
전술한 방법에 따라, 노드 그룹내의 모든 노드들은, 이웃하는 두개의 노드와 각각 공유하는 두개의 비밀키(제1비밀키, 제2비밀키)를 저장하게 된다.
본 발명을 실시함에 있어서, 제1비밀키 및 제2비밀키는 비밀키 관리자에 의해서 미리 생성되어 각 노드에 입력될 수도 있을 것이며, 임의의 노드에서 생성한 후, 이웃노드에 전송하는 방법에 의해서도 공유될 수 있을 것이며, 인접한 노드 상호간의 교신을 통한 합의에 의해서 생성될 수도 있을 것이다.
노드 그룹 전체가 공유하게 되는 그룹 키를 생성함에 있어서, 상기의 비밀키를 이용하는 원리를 이하의 수학식을 통해 설명하기로 한다.
Figure 112005040156061-pat00001
상기 수학식 1에서 X_i는 해쉬함수에 자신의 제1비밀키(R_i) 및 임의의 난스(nonce)값(Sesssin ID)을 대입한 결과값과 해쉬함수에 자신의 제2비밀키(L_i) 및 임의의 난스(nonce)값을 대입한 값의 역원을 연산한 결과값이다.
여기서 해쉬 함수란, 임의의 길이의 입력값을 정해진 길이의 출력 값으로 압축하는 함수로서, 다음과 같은 성질을 갖고 있다. 해쉬 함수상에서는 주어진 출력값에 대하여 입력값을 구하는 것이 계산상 불가능하며, 주어진 입력값에 대하여 같은 출력값을 내는 또 다른 입력값을 찾아내는 것이 계산상 불가능하다. 또한, 해쉬 함수상에서는 같은 출력값을 내는 임의의 서로 다른 두 입력값을 찾는 것 또한 계산상 불가능하다.
전술한 바와 같은 성질을 만족하는 해쉬 함수는 데이터의 무결성, 인증, 부인 방지 등에서 응용되는 중요한 함수 중의 하나로서, 본 발명을 실시함에 있어서 노드 그룹내의 노드들은 해쉬 함수를 공유할 것이다.
또한, 해쉬 함수는 단방향 함수의 일 예이며 본 발명을 실시함에 있어서는 해쉬 함수뿐만 아니라 단방향 함수가 적용될 수도 있을 것이다.
또한, 여기서 임의의 난스(nonce)값(Sesssin ID)은 그룹 키의 생성시점에서 모든 노드들이 공통적으로 획득할 수 있는 값으로서, 생성시점의 시간 정보나 기타의 무작위 숫자 등이 될 수 있을 것이다. 단, 동일한 값이 반복될 수는 없다.
또한, 여기서 연산기호인
Figure 112005040156061-pat00002
는 임의의 연산기호를 의미하며, 이러한 연산기호에서 임의의 값 'A'와 이에 대한 역원을 연산하게 되면, 그 결과값은 해당 연산기호에서의 항등원이 된다.
본 발명을 실시함에 있어서, 전술한 연산은 배타적 논리합(XOR) 연산이 될 수도 있을 것이며, 이 경우 해당 연산에 대한 임의의 값의 역원은 해당 임의의 값 그 자체가 될 것이다.
즉, 본 발명에 따른 그룹 노드내에 N개의 노드가 있다고 가정하면, 각각의 노드들(노드_1,노드_2,..,노드_i,..,노드_N)은 공통되는 해쉬함수를 보유하고 있으며, 자신의 제1비밀키(R_i), 제2비밀키(L_i) 및 임의의 난스(nonce)값을 통해 각각 전술한 결과값(X_i)들을 산출하게 된다.
그 다음 각각의 노드들(노드_1,노드_2,..,노드_i,..,노드_N)은 자신의 결과값(X_i)을 브로드캐스팅(Broadcasting)하게 된다. 이에 모든 노드들(노드_1,노드_2,..,노드_i,..,노드_N)은 자신이외의 다른 노드들의 결과값(X_i)을 전송받게 된다. 발명을 실시함에 있어서, 여기서의 브로드캐스팅은 인증채널을 통하여 이루어지는 것이 바람직할 것이다.
그 결과 각 노드들(노드_1,노드_2,..,노드_i,..,노드_N)은 이하의 수학식에서 설명되는 연산과정을 통해 각각 그룹 키를 공유하게 된다.
Figure 112005040156061-pat00003
상기 수학식 2에 표현된 것과 같이, 임의의 노드_i는 해쉬함수에 자신의 제1비밀키(R_i) 및 임의의 난스(nonce)값(Sesssin ID)을 대입한 결과값인 함수값(B_i)을 산출한다.
Figure 112005040156061-pat00004
그 다음, 임의의 노드_i는 수학식 1에서의 결과값인 함수값(B_i)에 노드_i+1로부터 전송받은 결과값(X_i+1)을 연산한 결과값인 함수값(B_i+1)을 산출한다. 수학식 3의 결과값(X_i+1)을 상기 수학식 1을 이용하여 식을 도출하면,
Figure 112005040156061-pat00005
을 구할 수 있다. 이를 수학식 3에 대입하면, 수학식 3은
Figure 112005040156061-pat00006
으로 표현된다. 한편,
Figure 112005040156061-pat00007
이므로, 다시 수학식 2에서의 함수값(B_i)를 대입하면,
Figure 112005040156061-pat00008
가 성립된다. 전술한 원리에 의해, 임의의 노드는 함수값들인 B_i+2, B_i+3,..,B_i-1값들을 순차적으로 연산한다. 즉, 전술한 연산과정을 하기의 수학식 4에 표현하였다.
Figure 112005040156061-pat00009
역원과의 연산의 특성에 의해 수학식 4를 통해 얻게된 최종적인 연산값들은 하기의 수학식 5와 같을 것이다.
Figure 112005040156061-pat00010
이후 각 노드들(노드_1,노드_2,..,노드_i,..,노드_N)은 상기 수학식 5에 표현된 연산값들을 이용하여, 그룹노드에서 사용할 그룹 키를 생성하여 저장하게 된다.
Figure 112005040156061-pat00011
상기 수학식 6은 각 노드들(노드_1,노드_2,..,노드_i,..,노드_N)이 생성하여 저장하고 있는 그룹 키를 표현하고 있다. 즉, 그룹 키(KG)는 수학식 1내지 수학식 5를 통해 획득한 연산값들인 함수값들(B_1,B_2,..,B_i,..,B_N)을 연접하여, 이를 해쉬함수에 대입한 값이 될 수 있다. 이후에 그룹 노드들은 전술한 과정을 통해 생성된 그룹 키를 공유하게 된다.
본 발명을 실시함에 있어서, 본 명세서상에서는 노드의 순번들을 정하고, 순번이 증가하는 방향에 따라, 그룹 키(KG)를 생성하였지만, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 순번이 감소하는 방향에 따라, 그룹 키(KG)를 생성할 수도 있을 것이고, 이러한 경우에 상기 수학식 1 내지 수학식 6에서 사용된 기호중 우측을 의미하는 'R'과 좌측을 의미하는'L'은 서로 교체될 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 홈 네트워크의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하여, 홈 네트워크에서의 본 발명의 동작과정을 살펴보면, 먼저 노드 그룹을 구성하게 되는 홈 디바이스들을 넘버링하여, 개념상의 원형을 설정한다.
이러한 홈 디바이스에는 정적인(Static) 디바이스 및 동적인(Mobile) 디바이스도 포함될 수 있을 것이다. 도 2에 나타난 상태에서, 전술한 과정을 통해 그룹 키가 생성된 후, 이후에 디바이스 2가 네트워크상에서 제외된 경우에 디바이스2를 인접디바이스로 두고 있었던, 디바이스 1과 디바이스3만이 각각 자신의 비밀키를 변경하여 저장하게 되며, 디바이스 2를 인접디바이스로 두고 있지 않았던, 디바이 스들은 기존의 제1비밀키 및 제2비밀키를 계속저장하고 있게 된다.
즉, 디바이스 2가 네트워크상에서 제외된 경우에, 디바이스 1은 디바이스 2와 공유하고 있었던, 제1비밀키(R_1) 대신에 디바이스 3과 공유하게 되는 새로운 제1비밀키를 저장할 것이다.
또한, 디바이스 3은 디바이스 2와 공유하고 있었던, 제2비밀키(L_3) 대신에 디바이스 1과 공유하게 되는 새로운 제2비밀키를 저장할 것이다.
이로서, 새로운 환경에서의 각 디바이스들의 제1비밀키 및 제2비밀키의 공유가 완료되게 되며, 이후에는 수학식 1내지 수학식 6을 통하여 설명한 과정을 통해, 새로운 그룹키(KG)를 생성하게 될 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 노드 그룹내의 노드의 유출입이 빈번한 환경에서 효율적으로 그룹 키를 생성할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따르면, 그룹 키를 생성하는 과정중에 지수연산을 사용하지 않게 되므로, 노드에서의 계산량이 적으며, 서버 및 공개키의 존재를 필요로 하지 않게 된다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되 어져서는 안될 것이다.

Claims (9)

  1. 복수개의 노드에 적용되는 그룹 키 생성 방법에 있어서,
    상기 복수개의 노드 중 제1 노드는 상기 제1 노드에 인접한 복수개의 인접 노드들과 복수개의 비밀키를 공유하는 단계;
    상기 복수개의 비밀키에 의한 복수개의 함수값을 획득하고, 상기 복수개의 함수값을 이용하여 결과값을 획득하는 단계;
    상기 결과값을 브로드캐스팅하는 단계;
    상기 복수개의 노드 중 자신을 제외한 노드들로부터 상기 결과값의 획득 방식에 의하여 생성된 복수개의 결과값을 수신하는 단계; 및
    상기 함수값 및 상기 복수개의 결과값에서 추출된 복수개의 함수값을 이용하여 그룹키를 획득하는 단계;를 포함하는 그룹 키 생성 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 인접 노드들과 복수개의 비밀키를 공유하는 단계는,
    상기 복수개의 인접 노드 중 제1 인접 노드와 제1 비밀키를 공유하는 단계; 및
    상기 복수개의 인접 노드 중 제2 인접 노드와 제2 비밀키를 공유하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그룹 키 생성 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 결과값을 획득하는 단계는,
    상기 복수개의 비밀키를 복수개의 대입값 중 일부로써 각각 단방향 함수에 대입하여 복수개의 함수값을 획득하는 단계; 및
    상기 복수개의 함수값을 배타적 논리합 연산하여 상기 결과값을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그룹 키 생성방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 복수개의 대입값은 난스(nonce)값을 포함하는 것을 특징으로 하는 그룹 키 생성방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 난스(nonce)값은 시간정보에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 그룹 키 생성방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 브로드캐스팅하는 단계의 브로드캐스팅은 인증채널을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 그룹 키 생성방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 공유하는 단계의 공유하는 방식은 대역외(Out of band) 방식에 의하는 것을 특징으로 하는 그룹 키 생성방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 노드의 복수개의 비밀키는 미리 설정되어 입력되는 것을 특징으로 하는 그룹 키 생성방법.
  9. 복수개의 노드에 적용되는 그룹 키 생성 방법에 있어서,
    상기 복수개의 노드 중 제1 노드는 상기 복수개의 인접 노드 중 제1 인접 노드와 제1 비밀키를 공유하고, 상기 복수개의 인접 노드 중 제2 인접 노드와 제2 비밀키를 공유하는 단계;
    상기 제1 비밀키 및 상기 제2 비밀키를 복수개의 대입값 중 일부로 각각 단방향 함수에 대입하여 제1 및 제2 함수값을 획득하고, 대입 결과 도출된 각 값을 논리합 연산하여 결과값을 획득하는 단계;
    상기 결과값을 브로드캐스팅하는 단계;
    상기 복수개의 노드 중 자신을 제외한 노드들로부터 복수개의 결과값을 수신하는 단계; 및
    상기 제1 함수값 및 상기 복수개의 결과값에서 추출된 복수개의 함수값을 배타적 논리합 연산하여 그룹키를 획득하는 단계;를 포함하는 그룹 키 생성 방법.
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