KR20090015736A - 통신 시스템에서 인증 방법 - Google Patents

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KR20090015736A
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Abstract

본 발명은 통신 시스템에서, 제1범용 가입자 식별 모듈(USIM: Universal Subscriber Identity Module)을 포함하는 제1휴대 장치와 제2USIM을 포함하는 제2휴대 장치간의 인증 통신을 위한 인증시 그 필요로되는 공개키들을 생성함에 있어 상기 제1휴대 장치와 제2휴대 장치가 상기 공개키들을 생성하기 위해 필요로되는 다수의 인증 동작들중 일부의 인증 동작들을 수행하고, 상기 제1USIM과 제2USIM이 상기 다수의 인증 동작들중 상기 일부의 인증 동작들을 제외한 나머지 인증 동작들을 수행한다.
USIM, 서명, 개인키, 난수, 타임 스탬프

Description

통신 시스템에서 인증 방법{AUTHENTICATION METHOD IN A COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 통신 시스템에서 인증 방법에 관한 것이다.
현재 통신 시스템에서는 사용자 인증 및 키 교환 방식으로 대칭키 기반의 인증 및 키 합의(Authentication and Key Agreement, 이하 'AKA'라 칭하기로 한다) 방식을 사용하고 있다. 그러나, 상기 대칭키 기반의 AKA 방식의 경우 사용자의 식별자(identifier, 이하 'ID'라 칭하기로 한다)가 노출되고, 사용자 추적이 가능하게 된다는 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 최근에는 공개키 기반의 AKA 방식을 사용함으로써 대칭키 기반의 AKA 방식 사용에 따른 문제점, 즉 사용자의 ID가 노출되고, 사용자 추적이 가능하게 된다는 문제점을 해결하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그러나, 대칭키 기반의 AKA 방식을 사용할 경우에는 상기 사용자의 범용 가입자 식별 모듈(USIM: Universal Subscriber Identity Module, 이하 'USIM'이라 칭하기로 한다)에서의 연산량이 증가된다는 문제점을 가진다.
즉, 대칭키 기반의 AKA 방식에서 필요로 되는 연산량과 대칭키 기반의 AKA 방식을 사용할 경우 필요로 되는 연산량을 비교할 경우, 대칭키 기반의 AKA 방식을 사용할 경우 필요로 되는 연산량이 훨씬 않고, 따라서 연산량에 있어 제한을 받는 USIM의 경우 상기 대칭키 기반의 AKA 방식을 사용할 경우 필요로 되는 연산량을 처리하는 것이 난이하다는 문제점을 가진다.
따라서, 본 발명은 통신 시스템에서 인증 방법을 제안한다.
본 발명에서 제안하는 방법은; 통신 시스템에서 인증 방법에 있어서, 제1휴대 장치는 인증 통신 요구를 검출하면, 제1값을 생성하여 상기 제1휴대 장치가 포함하는 제1범용 가입자 식별 모듈(USIM: Universal Subscriber Identity Module)로 송신하는 과정과, 상기 제1USIM은 상기 제1값을 사용하여 상기 제1휴대 장치에 대한 서명인 제1서명을 생성하여 상기 제1휴대 장치로 송신하는 과정과, 상기 제1휴대 장치는 상기 제1값과, 제1서명 및 제1타임 스탬프를 포함시켜 제2휴대 장치로 인증 통신을 위한 인증을 요구하는 과정과, 상기 제2휴대 장치는 상기 제1타임 스탬프가 유효할 경우 상기 제1값과, 제2값과, 상기 제1타임 스탬프 및 제2타임 스탬프를 상기 제2휴대 장치가 포함하는 제2 USIM으로 송신하는 과정과, 상기 제2USIM은 상기 제1값과, 제2값과, 제1타임 스탬프 및 제2타임 스탬프가 유효할 경우 상기 제2값을 사용하여 상기 제2휴대 장치의 개인키와 서명을 생성한 후 상기 제2휴대 장치로 송신하는 과정과, 상기 제2휴대 장치는 상기 제2값과, 제2타임 스탬프와, 개인키와 서명을 상기 제1휴대 장치로 송신하는 과정과, 상기 제2휴대 장치는 상기 제2타임 스탬프가 유효할 경우 상기 제2USIM으로 상기 제2값과, 제2타임 스탬프와 서명을 송신하는 과정과, 상기 제2USIM은 상기 서명이 유효할 경우 상기 제1휴대 장치에 대한 개인키를 생성하여 상기 제1휴대 장치로 송신하는 과정을 포함한다.
본 발명은, 통신 시스템에서, 제1범용 가입자 식별 모듈(USIM: Universal Subscriber Identity Module)을 포함하는 제1휴대 장치와 제2USIM을 포함하는 제2휴대 장치간의 인증 통신을 위한 인증시 그 필요로되는 공개키들을 생성함에 있어 상기 제1휴대 장치와 제2휴대 장치가 상기 공개키들을 생성하기 위해 필요로되는 다수의 인증 동작들중 일부의 인증 동작들을 수행하고, 상기 제1USIM과 제2USIM이 상기 다수의 인증 동작들중 상기 일부의 인증 동작들을 제외한 나머지 인증 동작들을 수행한다. 따라서, 본 발명은 공개키 기반의 인증 통신을 위한 인증을 수행함에 있어 제1USIM 및 제2USIM이 수행하는 동작들을 감소시키는 것을 가능하게 하여, 제1USIM 및 제2USIM의 부하를 감소시킬 수 있다는 이점을 가진다.
이하, 본 발명에 따른 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 인증 시스템의 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 인증 시스템은 공개키 생성 장치(PKG: Public Key Generator, 이하 'PKG'라 칭하기로 한다)(110)와, 다수의, 일 예로 2개의 휴대 장치, 즉 휴대 장치 #1(120)과 휴대 장치 #2(130)를 포함한다. 여기서, 상기 휴대 장 치 #1(120)은 범용 가입자 식별 모듈(USIM: Universal Subscriber Identity Module, 이하 'USIM'이라 칭하기로 한다) #1(121)을 포함하고, 상기 휴대 장치 #2(130)는 USIM #2(131)를 포함한다.
상기 PKG(110)는 사용자에 대해서 인증이 필요함을 검출하면, 상기 사용자의 식별자(ID: identifier, 이하 'ID'라 칭하기로 한다)에 대한 개인키를 생성하고, 그 생성한 개인키를 상기 사용자로 송신한다. 여기서, 상기 사용자는 휴대 장치가 될 수도 있고, 휴대 장치가 포함하는 USIM이 될 수도 있다. 본 발명에서는 설명의 편의상 상기 사용자를 휴대 장치라고 정의하기로 한다. 또한, 상기 PKG(110)는 ID가 i인 휴대 장치에 대해 하기 수학식 1과 같이 개인키를 생성한다. 이하, 설명의 편의상 ID가 i인 휴대 장치를 '휴대 장치 #i'라 칭하기로 한다.
Figure 112007057965351-PAT00001
상기 수학식 1에서, Si는 휴대 장치 #i의 개인키를 나타내며, H(IDi)는 휴대 장치 #i의 공개키를 나타내며, s는 PKG에서 제공하는 시스템내 모든 사용자의 공유키를 나타내며, H는 임의의 스트링(string)
Figure 112007057965351-PAT00002
을 덧셈 그룹 G1에 매핑하는 해시 함수를 나타내며, 상기 해시 함수 H는 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007057965351-PAT00003
상기 수학식 2에서, G1은 타원 곡선
Figure 112007057965351-PAT00004
상의 포인트(point)들의 그룹을 나타낸다.
상기에서 설명한 PKG(110)가 휴대 장치 #i에 대해 개인키를 생성하고, 그 생성한 개인키를 휴대 장치 #i로 송신하는 동작은 상기 휴대 장치 #i가 상기 통신 시스템에 최초에 등록되는 시점에서 수행된다. 물론, 상기 통신 시스템의 필요에 따라 PKG(110)가 휴대 장치 #i에 대해 개인키를 생성하고, 그 생성한 개인키를 휴대 장치 #i로 송신하는 동작을 수행할 수도 있다.
한편, 상기 도 1에서 상기 PKG(110)가 휴대 장치 #A(120)에 대해서 생성한 개인키는 SA이고, 휴대 장치 #B(130)에 대해서 생성한 개인키는 SB라고 가정하기로 하며,
Figure 112007057965351-PAT00005
이고,
Figure 112007057965351-PAT00006
이다.
또한, 휴대 장치 #i는 상기 함수 H를 미리 알고 있으며, 따라서 상기 PKG(110)로부터 개인키 Si를 수신하면, 상기 개인키 Si와 함수 H를 사용하여 휴대 장치 #i에 대한 공개키
Figure 112007057965351-PAT00007
를 생성할 수 있다.
한편, 상기 도 1에서 휴대 장치 #A(120)는 상기 함수 H를 미리 알고 있으며, 따라서 상기 PKG(110)로부터 SA를 수신하면, 상기 SA와 함수 H를 사용하여 휴대 장치 #A에 대한 공개키 H(IDA)를 생성할 수 있다. 또한, 상기 도 1에서 상기 휴대 장치 #B(130)는 상기 함수 H를 미리 알고 있으며, 따라서 상기 PKG(110)로부터 SB를 수신하면, 상기 SB와 함수 H를 사용하여 휴대 장치 #B에 대한 공개키 H(IDB)를 생성할 수 있다.
또한, 휴대 장치 #i는 상기 휴대 장치 #i의 USIM인 USIM #i에게 상기 생성한 공개키
Figure 112007057965351-PAT00008
를 송신한다.
그러면 여기서 도 2a 및 도 2b를 참조하여 도 1의 휴대 장치 #A(120)와 휴대 장치 #B(130)간의 인증 통신을 위한 인증 과정에 대해서 설명하기로 한다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 휴대 장치 #A(120)와 휴대 장치 #B(130)간의 인증 통신을 위한 인증 과정을 도시한 신호 흐름도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 먼저 휴대 장치 #A(120)가 인증 통신 요구를 검출하면(211단계), 상기 휴대 장치 #A(120)는 난수 r과 타임 스탬프(time stamp) TP를 생성한다(213단계). 상기 휴대 장치 #A(120)는 상기 휴대 장치 #A(120)가 포함하는 USIM #A(121)로 난수 r과 타임 스탬프 TP를 포함하는 제1요구 메시지를 송신한다(215단계). 상기 USIM #A(121)는 상기 제1요구 메시지를 수신하고, 상기 제1요구 메시지에 포함되어 있는 난수 r과 타임 스탬프 TP를 검출한다. 그리고 나서 상기 USIM #A(121)는 상기 검출한 난수 r과 타임 스탬프 TP를 사용하여 상기 휴대 장치 #A(120)에 대한 서명인
Figure 112007057965351-PAT00009
을 생성한다(217단계). 상기 USIM #A(121)는 상기 생성한 서명
Figure 112007057965351-PAT00010
을 상기 제1요구 메시지에 대한 응답 메시지인 제1응답 메시지에 포함시켜 상기 휴대 장치 #A(120)로 송신한다(218단계).
상기 휴대 장치 #A(120)는 휴대 장치 #B(130)로 인증 통신을 요구하는 제2요구 메시지를 송신한다(219단계). 여기서, 상기 제2요구 메시지는 상기 난수 r과, 타임 스탬프 TP 및 서명
Figure 112007057965351-PAT00011
을 포함한다. 상기 휴대 장치 #B(130)는 상기 제 2 요구 메시지를 수신하고, 상기 제2요구 메시지에 포함되어 있는 난수 r과, 타임 스탬프 TP 및 서명
Figure 112007057965351-PAT00012
을 검출한다. 그리고 나서, 상기 휴대 장치 #B(130)는 상기 검출한 타임 스탬프 TP가 유효한지 판단한다(221단계). 상기 휴대 장치 #B(130)는 상기 판단 결과 상기 타임 스탬프 TP가 유효할 경우에만 이후의 인증 통신을 위한 과정을 수행한다. 또한, 상기 판단 결과 상기 타임 스탬프 TP가 유효하지 않을 경우 상기 휴대 장치 #B(130)는 인증 통신을 위한 인증에 실패하였음으로 판단한다(223단계).
한편, 상기 타임 스탬프 TP가 유효할 경우 상기 휴대 장치 #B(130)는 상기 난수 r과 상이한 난수 r'를 생성하고, 상기 타임 스탬프 TP와 상이한 타임 스탬프 TP'를 생성한다(225단계). 그리고 나서 상기 휴대 장치 #B(130)는 상기 난수 r과, 난수 r'과, 타임 스탬프 TP와, 타임 스탬프 TP'와, 서명
Figure 112007057965351-PAT00013
를 포함하는 제3 요구 메시지를 상기 휴대 장치 #B(130)가 포함하는 USIM #B(131)로 송신한다(227단계).
상기 USIM #B(131)는 상기 제3 요구 메시지를 수신하고, 상기 수신한 제3 요구 메시지로부터 난수 r과, 난수 r'과, 타임 스탬프 TP와, 타임 스탬프 TP'와, 서명
Figure 112007057965351-PAT00014
를 검출한다. 상기 USIM #B(131)는 상기 USIM #A(121)의 공개키를 사용하여 상기 난수 r과, 타임 스탬프 TP와, 서명
Figure 112007057965351-PAT00015
이 유효한지 판단한다(229단계). 상기 판단 결과 상기 난수 r과, 타임 스탬프 TP와, 서명
Figure 112007057965351-PAT00016
이 유효하지 않을 경우 상기 USIM #B(131)는 상기 휴대 장치 #B(130)로 상기 난수 r 과, 타임 스탬프 TP와, 서명
Figure 112007057965351-PAT00017
이 유효하지 않음을 나타내는 제2응답 메시지를 송신한다(231단계). 상기 휴대 장치 #B(130)는 상기 USIM #B(131)로부터 상기 제2응답 메시지를 수신하면 인증 통신을 위한 인증에 실패하였음으로 판단한다(233단계).
한편, 상기 판단 결과 상기 난수 r과, 타임 스탬프 TP와, 서명
Figure 112007057965351-PAT00018
이 유효할 경우 상기 USIM #B(131)는 상기 난수 r'과 타임 스탬프 TP'를 사용하여 상기 휴대 장치 # B(130)에 대한 서명인
Figure 112007057965351-PAT00019
와 상기 휴대 장치 # B(130)에 대한 개인키인
Figure 112007057965351-PAT00020
를 생성한다(235단계). 상기 USIM #B(131)는 상기 서명
Figure 112007057965351-PAT00021
과 개인키
Figure 112007057965351-PAT00022
를 포함하는 제3응답 메시지를 상기 휴대 장치 # B(130)로 송신한다(237단계).
상기 휴대 장치 # B(130)는 상기 제3응답 메시지를 수신하여 상기 서명
Figure 112007057965351-PAT00023
과 개인키
Figure 112007057965351-PAT00024
를 검출한다. 그리고 나서 상기 휴대 장치 # B(130)는 상기 난수 r'과, 타임 스탬프 TP'과 개인키
Figure 112007057965351-PAT00025
를 포함하는 제4응답 메시지를 상기 휴대 장치 # A(120)로 송신한다(239단계). 상기 휴대 장치 # A(120)는 상기 제4응답 메시지를 수신하여 상기 난수 r'과, 타임 스탬프 TP'과 서명
Figure 112007057965351-PAT00026
를 검출한다. 그리고, 상기 휴대 장치 # A(120)는 상기 타임 스탬프 TP'가 유효한지 판단한다(241단계). 상기 판단 결과 상기 타임 스탬프 TP'가 유효하지 않을 경우 상기 휴대 장치 # A(120)는 인증 통신을 위한 인증에 실패하였음으로 판단한다(243단계).
한편, 상기 판단 결과 상기 타임 스탬프 TP'가 유효할 경우 상기 휴대 장치 #A(120)는 상기 USIM #A(121)로 상기 난수 r'과, 타임 스탬프 TP'와, 서명
Figure 112007057965351-PAT00027
를 제4요구 메시지에 포함시켜 상기 USIM #A(121)로 송신한다(245단계). 상기 USIM #A(121)는 상기 제4요구 메시지에 포함되어 있는 서명
Figure 112007057965351-PAT00028
를 검출하고, 상기 서명
Figure 112007057965351-PAT00029
이 유효한지 판단한다(247단계). 상기 판단 결과 상기 서명
Figure 112007057965351-PAT00030
이 유효하지 않을 경우 상기 USIM #A(121)는 상기 서명
Figure 112007057965351-PAT00031
이 유효하지 않음을 나타내는 제5응답 메시지를 상기 휴대 장치 #A(120)로 송신한다(249단계). 상기 휴대 장치 #A(120)는 상기 제5응답 메시지를 수신함에 따라 인증 통신을 위한 인증에 실패하였음으로 판단한다(251단계).
한편, 상기 판단 결과 상기 서명
Figure 112007057965351-PAT00032
이 유효할 경우 상기 USIM #A(121)는 개인키
Figure 112007057965351-PAT00033
를 생성한다(253단계). 상기 USIM #A(121)는 상기 생성한 개인키
Figure 112007057965351-PAT00034
를 제6응답 메시지에 포함시켜 상기 휴대 장치 #A(120)로 송신한다(255단계). 이렇게, 255단계까지의 과정을 수행하게 되면 상기 휴대 장치 #A(120)와 휴대 장치 #B(130)간에 인증 통신이 가능하게 된다.
상기에서 설명한 바와 같이 인증 통신을 위한 인증 과정이 성공적으로 수행 완료되면, 상기 휴대 장치 #A(120)의 개인키는
Figure 112007057965351-PAT00035
이 되며, 상기 휴대 장치 #B(130)의 개인키는
Figure 112007057965351-PAT00036
이 된다. 또한, 상기 휴대 장치 #A(120)와 휴대 장치 #B(130)는 상기 휴대 장치 #A(120)의 개인키
Figure 112007057965351-PAT00037
와, 상 기 휴대 장치 #B(130)의 개인키
Figure 112007057965351-PAT00038
및
Figure 112007057965351-PAT00039
과 같은 공개 정보를 공유하게 된다.
따라서, 상기 휴대 장치 #A(120)와 휴대 장치 #B(130)간의 인증 통신을 위해 사용되는 공개키 쌍은 변경되며, 일 예로 상기 휴대 장치 #A(120)의 공개키 쌍은 기존 인증 통신을 위한 인증 과정에서는
Figure 112007057965351-PAT00040
,
Figure 112007057965351-PAT00041
이나 각각
Figure 112007057965351-PAT00042
,
Figure 112007057965351-PAT00043
으로 변경된다. 여기서, r''은 r + r'이다( r'' = r + r').
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에서는 USIM이 수행하는 동작은 생성된 난수 r과 타임 스탬프 TP에 대한 서명과, 생성된 서명에 대한 검증, USIM이 관리하고 있는 개인키
Figure 112007057965351-PAT00044
와 난수
Figure 112007057965351-PAT00045
의 곱을 통한 임시 개인키
Figure 112007057965351-PAT00046
의 생성의 3가지이다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 상기 3가지 동작외의 동작, 즉 난수 및 타임 스탬프 생성, 공개 파라미터에 대한 난수 r''의 곱셈 연산, 임시 개인키를 사용하는 메시지 서명, 인증, 세션 키 생성을 위한 키 합의 등 암호 연산은 모두 휴대 장치가 담당하게 된다. 하기 표 1에 USIM에서 수행하는 동작에 대한 연산량을 나타내었다.
Figure 112007057965351-PAT00047
상기 표 1에서 REQ1은 제1요구 메시지와 관련되어 USIM이 수행해야만 하는 동작을 나타내며, REQ2는 제3요구 메시지와 관련되어 USIM이 수행해야만 하는 동작을 나타내며, REQ3는 제4요구 메시지와 관련되어 USIM이 수행해야만 하는 동작을 나타낸다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 인증 시스템의 구조를 도시한 도면
도 2a 및 도 2b는 도 1의 휴대 장치 #A(120)와 휴대 장치 #B(130)간의 인증 통신을 위한 인증 과정을 도시한 신호 흐름도

Claims (5)

  1. 통신 시스템에서 인증 방법에 있어서,
    제1휴대 장치는 인증 통신 요구를 검출하면, 제1값을 생성하여 상기 제1휴대 장치가 포함하는 제1범용 가입자 식별 모듈(USIM: Universal Subscriber Identity Module)로 송신하는 과정과,
    상기 제1USIM은 상기 제1값을 사용하여 상기 제1휴대 장치에 대한 서명인 제1서명을 생성하여 상기 제1휴대 장치로 송신하는 과정과,
    상기 제1휴대 장치는 상기 제1값과, 제1서명 및 제1타임 스탬프를 포함시켜 제2휴대 장치로 인증 통신을 위한 인증을 요구하는 과정과,
    상기 제2휴대 장치는 상기 제1타임 스탬프가 유효할 경우 상기 제1값과, 제2값과, 상기 제1타임 스탬프 및 제2타임 스탬프를 상기 제2휴대 장치가 포함하는 제2 USIM으로 송신하는 과정과,
    상기 제2USIM은 상기 제1값과, 제2값과, 제1타임 스탬프 및 제2타임 스탬프가 유효할 경우 상기 제2값을 사용하여 상기 제2휴대 장치의 개인키와 서명을 생성한 후 상기 제2휴대 장치로 송신하는 과정과,
    상기 제2휴대 장치는 상기 제2값과, 제2타임 스탬프와, 개인키와 서명을 상기 제1휴대 장치로 송신하는 과정과,
    상기 제2휴대 장치는 상기 제2타임 스탬프가 유효할 경우 상기 제2USIM으로 상기 제2값과, 제2타임 스탬프와 서명을 송신하는 과정과,
    상기 제2USIM은 상기 서명이 유효할 경우 상기 제1휴대 장치에 대한 개인키를 생성하여 상기 제1휴대 장치로 송신하는 과정을 포함하는 통신 시스템에서 인증 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2휴대 장치는 상기 제1타임 스탬프가 유효하지 않을 경우 인증 통신을 위한 인증에 실패하였음으로 판단하는 과정을 더 포함하는 통신 시스템에서 인증 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2USIM은 상기 제1값과, 제2값과, 제1타임 스탬프 및 제2타임 스탬프가 유효하지 않을 경우, 상기 제2휴대 장치로 상기 제1값과, 제2값과, 제1타임 스탬프 및 제2타임 스탬프가 유효하지 않음을 통보하는 과정과,
    상기 제2휴대 장치는 상기 제1값과, 제2값과, 제1타임 스탬프 및 제2타임 스탬프가 유효하지 않음을 통보받으면 인증 통신을 위한 인증에 실패하였음으로 판단하는 과정을 더 포함하는 통신 시스템에서 인증 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2휴대 장치는 상기 제2타임 스탬프가 유효하지 않을 경우, 인증 통신을 위한 인증에 실패하였음으로 판단하는 과정을 더 포함하는 통신 시스템에서 인 증 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2USIM은 상기 서명이 유효하지 않을 경우 상기 제2휴대 장치로 상기 서명이 유효하지 않음을 통보하는 과정과,
    상기 제2휴대 장치는 상기 제2USIM으로부터 상기 서명이 유효하지 않음을 통보받으면 인증 통신을 위한 인증에 실패하였음으로 판단하는 과정을 더 포함하는 통신 시스템에서 인증 방법.
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