KR20020079264A - 비동기방식 이동통신 시스템의 키 생성 방법 - Google Patents

비동기방식 이동통신 시스템의 키 생성 방법 Download PDF

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KR20020079264A
KR20020079264A KR1020010020052A KR20010020052A KR20020079264A KR 20020079264 A KR20020079264 A KR 20020079264A KR 1020010020052 A KR1020010020052 A KR 1020010020052A KR 20010020052 A KR20010020052 A KR 20010020052A KR 20020079264 A KR20020079264 A KR 20020079264A
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신상욱
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 비동기방식(3GPP : 3rd Generation Partnership Project) 이동통신 시스템의 키(Key) 생성 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 비동기방식 이동통신 시스템에서 인증 및 키 일치 메커니즘을 수행함에 있어, 3GPP 기술 규격에 제시된 파라미터들과 함수들의 식별자인 타입아이디(Typeid)를 사용한 키 생성 방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 비동기방식 이동통신 시스템의 키(Key) 생성 시스템에 적용되는 키 생성 방법에 있어서, 비트 단위의 난수 데이터(Rand)를 입력받아 바이트 단위로 나누어 저장하여, 2개의 난수 데이터로 구분하는 제 1 단계; 상기 구분된 2개의 난수 데이터와 입력받은 사용자 비밀키 데이터를 배타적 논리합(XOR) 및 카수미(KASUMI) 연산하는 제 2 단계; 상기 구분된 2개의 난수 데이터를 변형시켜, 변형된 2개의 난수 데이터를 생성하는 제 3 단계; 상기 변형된 2개의 난수 데이터와 입력받은 사용자 비밀키 데이터를 배타적 논리합(XOR) 및 카수미(KASUMI) 연산하는 제 4 단계; 및 상기 제 2 단계의 연산 결과 데이터와 상기 제 4 단계의 연산 결과 데이터를 병렬 결합하여 키(Key)를 생성하는 제 5 단계를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 비동기방식 이동통신 시스템 등에 이용됨.

Description

비동기방식 이동통신 시스템의 키 생성 방법{The Method for Generating Key in 3GPP System}
본 발명은 비동기방식(3GPP : 3rd Generation Partnership Project) 이동통신 시스템의 키 생성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비동기방식 이동통신 시스템에서 인증 및 키 일치 메커니즘을 수행함에 있어, 3GPP 기술 규격에 제시된 파라미터들과 함수들의 식별자인 타입아이디(Typeid)를 사용한 키 생성 방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
3GPP 규격에 제시되어 있는 키 생성 함수를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, f0는 시스템의 내부상태를 입력 변수로 하여 난수를 발생시키기 위한 함수이며, f1은 64 비트의 네트워크 인증값을 계산하기 위한 함수이고, f2는 32 내지 128 비트의 USIM 인증값을 계산하기 위한 함수이다.
또한, 각각 128 비트의 암호화 키와 무결성 키를 생성하기 위한 함수 f3과 f4및 48 비트의 익명 키를 생성하기 위한 함수 f5가 있으며, 본 발명에서는 이러한 함수들 중 새로운 알고리즘의 f3과 f4를 제안하고자 한다.
차세대 이동통신(IMT-2000) 시스템 등에서 인증 및 키 일치 메커니즘을 수행하기 위한 종래의 방법으로는, "루슨트(Lucent)"사에서 제안한 해시 함수를 이용하는 방법 등이 있다.
하지만, 상기 종래의 "루슨트(Lucent)"사에서 제안한 해시 함수를 이용한 방법에 있어서는, 사용되는 해시 함수의 특성상 512 비트의 입력이 필요하므로 파라미터들을 반복하여 사용하였으며, 3GPP 기술 규격에 제시된 파라미터들 이외에 함수 식별 값, 운영자 식별 값, 카운터(counter) 등의 파라미터들이 부가적으로 필요한 문제점이 있었다.
또한, 키 생성 함수는 이동통신 사용자의 핵심망에 연결된 인증센터와 단말기 내의 사용자 서비스 식별 모듈(User Service Identity Module, 이하 'USIM' 이라 함)에서 수행되어 키 일치가 일어나야 하는데, 카운터 등의 변수를 사용한다면, 카운터가 증가될 때 마다 일치가 일어나야 하므로, 이를 수행하기 위한 부가적인 절차가 필요하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 비동기방식 이동통신 시스템에서 인증 및 키 일치 메커니즘을 수행함에 있어, 3GPP 기술 규격에 제시된 파라미터들과 함수들의 식별자인 타입아이디(Typeid)를 사용한 키 생성 방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 는 본 발명에 따른 비동기방식 이동통신 시스템의 키 생성 방법의 일실시예 흐름도.
도 1b 는 본 발명에 따른 비동기방식 이동통신 시스템의 키 생성 방법 중, 입력된 난수 데이터를 저장하고 구분하는 과정의 일실시예 상세 흐름도.
도 1c 는 본 발명에 따른 비동기방식 이동통신 시스템의 키 생성 방법 중, 구분된 난수 데이터와 사용자 식별키를 이용한 연산 과정의 일실시예 상세 흐름도.
도 1d 는 본 발명에 따른 비동기방식 이동통신 시스템의 키 생성 방법 중, 구분된 난수 데이터를 변형시키는 과정의 일실시예 상세 흐름도.
도 1e 는 본 발명에 따른 비동기방식 이동통신 시스템의 키 생성 방법 중, 변형된 난수 데이터와 사용자 식별키를 이용한 연산 과정의 일실시예 상세 흐름도.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 비동기방식 이동통신 시스템의 키(Key) 생성 시스템에 적용되는 키 생성 방법에 있어서, 비트 단위의 난수 데이터(Rand)를 입력받아 바이트 단위로 나누어 저장하여, 2개의 난수 데이터로 구분하는 제 1 단계; 상기 구분된 2개의 난수 데이터와 입력받은 사용자 비밀키 데이터를 배타적 논리합(XOR) 및 카수미(KASUMI) 연산하는 제 2 단계; 상기 구분된 2개의 난수 데이터를 변형시켜, 변형된 2개의 난수 데이터를 생성하는 제 3 단계; 상기 변형된 2개의 난수 데이터와 입력받은 사용자 비밀키 데이터를 배타적 논리합(XOR) 및 카수미(KASUMI) 연산하는 제 4 단계; 및 상기 제 2 단계의 연산 결과 데이터와 상기 제 4 단계의 연산 결과 데이터를 병렬 결합하여 키(Key)를 생성하는 제 5 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 프로세서를 구비한 비동기 방식 이동통신 시스템의 키 생성 시스템에, 비트 단위의 난수 데이터(Rand)를 입력받아 바이트 단위로 나누어 저장하여, 2개의 난수 데이터로 구분하는 제 1 기능; 상기 구분된 2개의 난수 데이터와 입력받은 사용자 비밀키 데이터를 배타적 논리합(XOR) 및 카수미(KASUMI) 연산하는 제 2 기능; 상기 구분된 2개의 난수 데이터를 변형시켜, 변형된 2개의 난수 데이터를 생성하는 제 3 기능; 상기 변형된 2개의 난수 데이터와 입력받은 사용자 비밀키 데이터를 배타적 논리합(XOR) 및 카수미(KASUMI) 연산하는 제 4 기능; 및 상기 제 2 기능의 연산 결과 데이터와 상기 제 4 기능의 연산 결과 데이터를 병렬 결합하여 키(Key)를 생성하는 제 5 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
이하에서 설명하는 본 발명의 실시예에서는, 차세대 이동통신(IMT-2000) 시스템을 일례로 들어 설명하였으나, 본 발명은 IMT-2000 시스템뿐만 아니라 3GPP 기술 규격이 적용되는 모든 시스템에 적용될 수 있으며, 본 발명에 따른 알고리즘의 안전성(security)은 카수미(KASUMI)의 암호학적 안정성에 의존한다.
도 1a 내지 도 1e 에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1a 는 본 발명에 따른 비동기방식 이동통신 시스템의 키 생성 방법의 일실시예 흐름도이고, 도 1b 는 본 발명에 따른 비동기방식 이동통신 시스템의 키 생성 방법 중, 입력된 난수 데이터를 저장하고 구분하는 과정의 일실시예 상세 흐름도이며, 도 1c 는 상기 구분된 난수 데이터와 사용자 식별키를 이용한 연산 과정의 일실시예 상세 흐름도이고, 도 1d 는 상기 구분된 난수 데이터를 변형시키는 과정의 일실시예 상세 흐름도이며, 도 1e 는 상기 변형된 난수 데이터와 사용자 식별키를 이용한 연산 과정의 일실시예 상세 흐름도이다.
도 1a 내지 도 1e 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비동기방식 이동통신 시스템의 키 생성 방법은, 비동기 방식 IMT-2000 시스템 가운데 핵심망의 인증센터(AUC)와 USIM에서 수행되는 메커니즘으로서, 세부 과정은 다음과 같다.
먼저, 입력값인 128비트의 난수 데이터, 랜드(Rand)를 바이트 단위로 구분하여 저장하고(100), 그 첫 번째 바이트 Rand[0](111)와 Typeid(112)를 더한다.
여기서 상기 랜드(Rand)는, 비동기방식(3GPP) 통신 시스템에 사용되는 난수 데이터를 지칭하고, 상기 타입아이디(Typeid,112)는, 일정한 입력값 128비트랜드(Rand,100)에 대해, 128 비트 암호화 키를 생성할 것인지(f3), 아니면 무결성 키를 생성할 것인지(f4)에 따라, 각각 이를 구별하기 위해 미리 정해 놓은 식별자를 나타낸다. 단, 이때 한 바이트를 넘는 캐리(carry)는 없는 것으로 한다.
상기의 과정으로부터 얻은 랜드(Rand,110)를 상위의 64비트 R1(120)과 하위의 64비트 R2(130)로 나누고, 상기 R1(120)과 128 비트 사용자 비밀 키(Key)를 배타적 논리합(XOR)하여(121) 얻은 128 비트와 상기 R2(130)를 입력값으로 하여, 다음의 <수학식 1>에 따라 T1(122)을 구한다(140).
여기서 카수미(KASUMI)는 64비트의 입력문과 128비트의 키(Key)를 입력받아 64비트의 출력을 생성하기 위한 암호화 알고리즘이다.
다음, 다시 상기 <수학식 1>에 따라 구해진 64비트의 T1(122)과 상기 R1(120)을 배타적 논리합(XOR)하여(123) 얻은 64비트의 값을 입력문으로 하고, 상기 R2(130)와 128비트 사용자 비밀 키(Key)를 배타적 논리합(XOR)하여(124) 얻은 128비트의 값을 키로 하여, 다음의 <수학식 2>에 따라 64 비트의 출력, O1(125)을구한다(150).
다음으로는, 상기의 입력 난수 데이터, 랜드(Rand,110)로부터 나뉘어진 상위의 64비트 R1(120)과 하위의 64비트 R2(130)에 대해, R1'(160)과 R2'(170)을 생성한다.
이때, 상위 64비트 R1(120)과 하위 64비트 R2(130)로부터 R1'(160)과 R2'(170)을 생성하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있으나, 본 발명의 일실시예에서는 R1(120)과 R2(130) 각각에 +1을 하는 방법만을 나타내었다.
이렇게 얻어진 R1'(160)과 R2'(170)에 대해, 다시 상기 R1'(160)과 128 비트 사용자 비밀 키(Key)를 배타적 논리합(XOR)하여(131) 얻은 128 비트와 상기 R2'(170)을 입력값으로 하여, 다음의 <수학식 3>에 따라 T2(132)를 구한다(180).
그리고, 다시 상기 <수학식 3>에 따라 구해진 64비트의 T2(132)와 상기 R1'(160)을 배타적 논리합(XOR)하여(133) 얻은 64비트의 값을 입력문으로 하고, 상기 R2'(170)과 128비트 사용자 비밀 키(Key)를 배타적 논리합(XOR)하여(134) 얻은 128비트의 값을 키로 하여, 다음의 <수학식 4>에 따라 64 비트의 출력, O2(135)를 구한다(150).
마지막으로, 상기의 과정을 통하여 구해진 O1(125)과 O2(135)를 이용하여 128 비트의 최종 출력, O = O1||O2를 구한다.
본 발명에서 제안한 알고리즘은, 암호화 키와 무결성 키를 생성하기 위한 f3과 f4뿐만 아니라, USIM 인증값 계산을 위한 f2가 128 비트의 인증값을 생성하도록 설계되었을 경우에도 사용 가능함은 자명하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 비동기방식 이동통신 시스템에서 인증 및 키 일치 메커니즘을 수행함에 있어, 3GPP 기술 규격에 제시된 파라미터들과 함수들의 식별값인 타입아이디(Typeid)를 사용하고 카수미(KASUMI) 연산을 4번만 사용하도록 설계함으로써, 단순하고 효율적이며 고속인 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 비동기방식 이동통신 시스템의 키(Key) 생성 시스템에 적용되는 키 생성 방법에 있어서,
    비트 단위의 난수 데이터(Rand)를 입력받아 바이트 단위로 나누어 저장하여, 2개의 난수 데이터로 구분하는 제 1 단계;
    상기 구분된 2개의 난수 데이터와 입력받은 사용자 비밀키 데이터를 배타적 논리합(XOR) 및 카수미(KASUMI) 연산하는 제 2 단계;
    상기 구분된 2개의 난수 데이터를 변형시켜, 변형된 2개의 난수 데이터를 생성하는 제 3 단계;
    상기 변형된 2개의 난수 데이터와 입력받은 사용자 비밀키 데이터를 배타적 논리합(XOR) 및 카수미(KASUMI) 연산하는 제 4 단계; 및
    상기 제 2 단계의 연산 결과 데이터와 상기 제 4 단계의 연산 결과 데이터를 병렬 결합하여 키(Key)를 생성하는 제 5 단계
    를 포함하는 비동기방식 이동통신 시스템의 키(Key) 생성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단계는,
    상기 입력받은 난수 데이터(Rand)에 식별자(Typeid)를 부가하는 제 6 단계
    를 더 포함하는 비동기방식 이동통신 시스템의 키(Key) 생성 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    상기 구분된 일측의 난수 데이터와 입력받은 사용자 비밀키 데이터를 배타적 논리합(XOR)하여 얻은 제 1 중간 데이터에, 상기 구분된 타측의 난수 데이터를 카수미(KASUMI) 연산하여, 제 2 중간 데이터를 구하는 제 7 단계; 및
    상기 타측의 난수 데이터와 상기 사용자 비밀키 데이터를 배타적 논리합(XOR)하여 얻은 제 3 중간 데이터에, 상기 구해진 제 2 중간 데이터와 상기 일측의 난수 데이터를 배타적 논리합(XOR)하여 얻은 제 4 중간 데이터를 카수미(KASUMI) 연산하여, 제 5 중간 데이터를 구하는 제 8 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비동기방식 이동통신 시스템의 키(Key) 생성 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 4 단계는,
    상기 구분된 일측의 난수 데이터와 입력받은 사용자 비밀키 데이터를 배타적 논리합(XOR)하여 얻은 제 6 중간 데이터에, 상기 구분된 타측의 난수 데이터를 카수미(KASUMI) 연산하여, 제 7 중간 데이터를 구하는 제 9 단계; 및
    상기 타측의 난수 데이터와 상기 사용자 비밀키 데이터를 배타적 논리합(XOR)하여 얻은 제 8 중간 데이터에, 상기 구해진 제 7 중간 데이터와 상기 일측의 난수 데이터를 배타적 논리합(XOR)하여 얻은 제 9 중간 데이터를 카수미(KASUMI) 연산하여, 제 10 중간 데이터를 구하는 제 10 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비동기방식 이동통신 시스템의 키(Key) 생성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 5 단계는,
    상기 제 5 중간 데이터와 상기 제 10 중간 데이터를 순서대로 병렬 결합하는 것을 특징으로 하는 비동기방식 이동통신 시스템의 키(Key) 생성 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 5 단계는,
    상기 제 10 중간 데이터와 상기 제 5 중간 데이터를 순서대로 병렬 결합하는 것을 특징으로 하는 비동기방식 이동통신 시스템의 키(Key) 생성 방법.
  7. 프로세서를 구비한 비동기 방식 이동통신 시스템의 키 생성 시스템에 있어서,
    비트 단위의 난수 데이터(Rand)를 입력받아 바이트 단위로 나누어 저장하여, 2개의 난수 데이터로 구분하는 제 1 기능;
    상기 구분된 2개의 난수 데이터와 입력받은 사용자 비밀키 데이터를 배타적 논리합(XOR) 및 카수미(KASUMI) 연산하는 제 2 기능;
    상기 구분된 2개의 난수 데이터를 변형시켜, 변형된 2개의 난수 데이터를 생성하는 제 3 기능;
    상기 변형된 2개의 난수 데이터와 입력받은 사용자 비밀키 데이터를 배타적 논리합(XOR) 및 카수미(KASUMI) 연산하는 제 4 기능; 및
    상기 제 2 기능의 연산 결과 데이터와 상기 제 4 기능의 연산 결과 데이터를 병렬 결합하여 키(Key)를 생성하는 제 5 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 기능은,
    상기 입력받은 난수 데이터(Rand)에 식별자(Typeid)를 부가하는 제 6 기능
    을 더 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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