KR20170119054A - 사물 인터넷 환경의 종단간 보안 플랫폼 - Google Patents

사물 인터넷 환경의 종단간 보안 플랫폼 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 사물 인터넷 장치와, 사물 인터넷 게이트웨이와, 사물 인터넷 사용자 단말기는, 사물 인터넷 서버에서 생성된 보안 동기화 정보인 보안속성값, 키 정보, 식별자 정보를 물리적 및 온라인상 분리된 보안 요소 발급 장치에 의해서 발급된 보안 동기화 정보(보안속성값, 키 정보, 식별자 정보)를 적어도 포함하고 보안 프로토콜과 암호화 기능을 수행하는 보안 요소(SE)와; 암호화 및 복호화 기능을 제공하는 (경량) 암호 모듈과; (경량) 암호 모듈 및 보안 요소의 인터페이스를 제공하는 어플리케이션 프로그램 인터페이스 모듈과; 소프트웨어 보안 모듈 자가 검증과, 보안 정책과 보안 메시지를 파싱하며 암호화 및 복호화를 수행하는 사물 인터넷 소프트웨어 보안 모듈을 포함한다.

Description

사물 인터넷 환경의 종단간 보안 플랫폼{End-to-End Security Platform of Internet of Things}
본 발명은 사물 인터넷 환경의 종단간 보안 플랫폼에 관한 것으로서 좀 더 자세하게는 종래 기술에 의한 보안 프로토콜에 비해 보안성이 향상되고 처리 성능이 개선된 보안 플랫폼에 관한 것이다.
사물 인터넷의 국제 표준 기관인 oneM2M은 사물 인터넷 서비스 환경을 사물 인터넷 장치 도메인, 사물 인터넷 네트워크 도메인, 사물 인터넷 서버(플랫폼) 도메인 및 사물 인터넷 사용자 도메인으로 구분하여 서비스를 제공하도록 규정하고 있다.
oneM2M은 상기 네 개의 도메인에서 식별자, 인증서, 민감 데이터, 보안 연계 정보 등을 기반으로 SSL, TLS 및 DTLS를 통해 각 구간에서 보안 채널을 구성하여 메시지를 암호화하여 송수신하는 것을 권고하고 있다.
그런데 이러한 방식에는 다음과 같은 보안상 취약점이 존재한다.
첫째, 각 구간에서 DTLS, SSL/TSL 전송구간 보안 프로토콜을 사용하면 각각의 도메인 내에서 수신된 정보를 복호화하고 다시 암호화해서 전송해야 하기 때문에 장치 내부의 보안에 취약성이 존재한다.
둘째, SSL/TSL 및 DTLS 전송 구간 보안 프로토콜을 사용하는 경우 상호인증을 보장하기 위하여 신뢰기관(CA)이 필요한 PKI 구조로 보안 처리를 수행해야 하므로 사물 인터넷 서비스 전체에 대해 처리 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하는 사물 인터넷 환경의 보안 플랫폼의 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 사물 인터넷 장치와, 사물 인터넷 게이트웨이와, 사물 인터넷 사용자 단말기는, 사물 인터넷 서버에서 생성된 보안 동기화 정보인 보안속성값, 키 정보, 식별자 정보를 물리적 및 온라인상 분리된 보안 요소 발급 장치에 의해서 발급된 보안 동기화 정보(보안속성값, 키 정보, 식별자 정보)를 적어도 포함하고 보안 프로토콜과 암호화 기능을 수행하는 보안 요소(SE)와; 암호화 및 복호화 기능을 제공하는 (경량) 암호 모듈과; (경량) 암호 모듈 및 보안 요소의 인터페이스를 제공하는 어플리케이션 프로그램 인터페이스 모듈과; 소프트웨어 보안 모듈 자가 검증과, 보안 정책과 보안 메시지를 파싱하며 암호화 및 복호화를 수행하는 사물 인터넷 소프트웨어 보안 모듈을 포함한다.
본 발명에 의한 사물 인터넷 서버는, 물리적 및 온라인상 분리된 보안 요소 발급 장치에 의해서 발급된 보안속성값, 키 정보, 식별자 정보를 적어도 포함하고 보안 프로토콜과 암호화 기능을 수행하는 보안 요소와; 암호화 및 복호화 기능을 제공하는 암호 모듈과; 암호 모듈 및 보안 요소의 인터페이스를 제공하는 어플리케이션 프로그램 인터페이스 모듈과; 소프트웨어 보안 모듈 자가 검증과, 보안 정책과 보안 메시지를 파싱하며 암호화 및 복호화를 수행하는 사물 인터넷 소프트웨어 보안 모듈을 포함한다.
본 발명에 의한, 사물 인터넷 서버가 수행하는 보안 정보 생성 방법은 사물 인터넷 서버가 각각의 사물 인터넷 장치, 사물 인터넷 게이트웨이, 사물 인터넷 사용자 단말기별로 생성한 보안 속성, 키와 식별자 정보를 사물 인터넷 서버의 데이터베이스에 저장하고 키 정보는 별도의 하드웨어 보안 모듈(HSM)에 저장하는 것과 동시에 보안 요소 발급 장치를 통하여 보안 요소 발급을 요청하는 제1단계와; 보안 요소 발급 장치가 각각의 사물 인터넷 장치, 사물 인터넷 게이트웨이, 사물 인터넷 사용자 단말기별로 전달받은 보안 동기화 정보(보안 속성, 키와 식별자 정보)를 보안 요소에 발급하는 제2단계를 포함한다.
본 발명에 의하면 사물 인터넷 사용자 단말기 장치 내에 보안성이 보장되는 하드웨어 보안 모듈 형태인 보안 요소에 보안속성 값, 키, 식별자 정보 등을 저장하고 관리할 수 있기 때문에 장치 내부에 대한 제3자의 해킹을 방어하기에 용이하다. 그리고 신뢰할 수 있는 추가 인증기관(CA)를 필요로 하는 종래 기술에서 나타나는 사물 인터넷 서비스 처리 성능 저하 문제가 해결된다.
또한, 보안 요소 발급 장치가 보안 요소를 발급할 때에 보안 연계성을 고려한 암호화 연산 기반 보안속성 값, 키 생성 및 식별자 생성 등의 핵심 보안 정보를 사전에 선처리하여 하드웨어 보안 모듈인 보안 요소에 주입함으로써 보안 강도를 높일 수 있다.
나아가 각 도메인별(사물인터넷 장치/게이트웨이/서버/사용자 단말기) 인증 과정과 키 동기화 과정을 거친 다음에, 사물 인터넷 사용자 단말기의 세션 키로 사물 인터넷 장치의 제어 메시지 정보를 암호화하여 사물 인터넷 서버 및 게이트웨이를 경유하여 사물 인터넷 장치로 전송하면, 사물 인터넷 장치가 사용자 단말기 세션 키로 복호화 및 제어 메시지를 처리한 후 처리 결과를 사용자 단말기 세션 키로 암호화하여 사물 인터넷 게이트웨이와 사물 인터넷 서버로 전송 및 바이패스(bypass)하여 사물 인터넷 사용자 단말기의 세션 키로 최종 전송된 제어 결과 메시지를 복호화함으로써 처리 성능 또한 개선되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 보안 플랫폼의 도메인별 보안 모듈 스택 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 보안 플랫폼의 개요를 도시한 도면.
이하에서는 본 발명에 대해서 자세하게 설명한다.
본 명세서에서 수행되는 정보(데이터) 전송 과정은 필요에 따라서 암호화/복호화가 적용될 수 있으며, 본 명세서 및 특허청구범위에서 정보(데이터) 전송 과정을 설명하는 표현은 별도로 언급되지 않더라도 모두 암호화/복호화하는 경우도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "A로부터 B로 전송(전달)" 또는 "A가 B로부터 수신"과 같은 형태의 표현은 중간에 다른 매개체가 포함되어 전송(전달) 또는 수신되는 것도 포함하며, A로부터 B까지 직접 전송(전달) 또는 수신되는 것만을 표현하는 것은 아니다. 본 발명의 설명에 있어서 각 단계의 순서는 선행 단계가 논리적 및 시간적으로 반드시 후행 단계에 앞서서 수행되어야 하는 경우가 아니라면 각 단계의 순서는 비제한적으로 이해되어야 한다. 즉 위와 같은 예외적인 경우를 제외하고는 후행 단계로 설명된 과정이 선행 단계로 설명된 과정보다 앞서서 수행되더라도 발명의 본질에는 영향이 없으며 권리범위 역시 단계의 순서에 관계없이 정의되어야 한다. 그리고 본 명세서에서 “A 또는 B”은 A와 B 중 어느 하나를 선택적으로 가리키는 것 뿐만 아니라 A와 B 모두를 포함하는 것도 의미하는 것으로 정의된다. 또한, 본 명세서에서 "포함"이라는 용어는 포함하는 것으로 나열된 요소 이외에 추가로 다른 구성요소를 더 포함하는 것도 포괄하는 의미를 가진다.
본 명세서에서 "모듈"이라 함은 범용적인 하드웨어와 그 기능을 수행하는 소프트웨어의 논리적 결합을 의미한다.
도 1에는 본 발명에 의한 보안 플랫폼의 도메인별 보안 모듈 스택 구조가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 의한 보안 플랫폼 환경의 일례가 도시되어 있다.
도 1과 도 2에는 본 발명에 의한 보안 플랫폼 환경의 일례가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 보안 플랫폼 환경은 사물 인터넷 장치(10)와, 사물 인터넷 게이트웨이(20)와, 사물 인터넷 서버(30)와, 사물 인터넷 사용자 단말기(40)를 포함한다. 사물 인터넷 사용자 단말기(40)는 스마트폰이나 PC 등 데이터 통신이 가능하고 전자적 연산이 가능한 장치라면 어느 장치를 사용해도 무방하다.
각각의 구성요소에는 어플리케이션 모듈(11, 21, 31, 41)과 사물 인터넷 보안 모듈(12, 22, 32, 42)이 포함된다.
사물 인터넷 보안 모듈(12, 22, 42)에 탑재되는 구체적인 보안 속성들은 다를 수 있지만 기본적인 구조는 동일하므로, 사물 인터넷 장치(10)의 보안 모듈(12)에 대해서만 설명한다.
사물 인터넷 장치(10)의 보안 모듈(12)은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 보안 프로토콜 및 암호화 기능과 보안속성 값, 키, 식별자 정보 등을 저장하고 관리하는 보안 요소(121)와, 암호화 및 복호화 기능을 제공하는 경량암호모듈(122)과, 보안 요소(121)의 인터페이스 및 경량암호모듈(121)의 인터페이스를 제공하는 핵심(core) API(123) 모듈과, 소프트웨어 자가 검증을 수행하고 보안 정책 및 보안 메시지의 파싱/암호화/복호화를 수행하는 사물 인터넷 소프트웨어 보안 모듈(124)를 포함한다.
다음으로 사물 인터넷 서버(30)가 보안 정보를 생성하는 방법에 대해서 설명한다.
사물 인터넷 서버(30)는 사물 인터넷 환경에서 사용되는 각각의 사물 인터넷 장치(10)와 사물 인터넷 사용자 단말기(40)에 대해서 보안 요소를 발급해 줄 것을 보안 요소 발급 장치(50)에 요청한다. 보안 요소 발급 장치(50)는 각각의 사물 인터넷 장치(10), 사물 인터넷 게이트웨이(20) 및 사물 인터넷 사용자 단말기(40)별로 보안속성과, 키와, 식별자 정보를 생성하고, 생성된 보안 요소들은 사물 인터넷 서버(30)로 전달된다. 사물 인터넷 서버(30)는 보안 속성과 식별자 정보를 사물 인터넷 서버(30)의 데이터베이스에 저장하고, 키 정보는 별도의 하드웨어 보안 모듈(HSM)에 저장한다.
보안 요소 발급 장치(50)가 발급하는 보안 요소는 사물 인터넷 서버(30) 및 하드웨어 보안 모듈(HSM)에서 사물 인터넷 장치(10)와 사물 인터넷 사용자 단말기(40), 그리고 사물 인터넷 게이트웨이(20) 각각의 보안 요소(SE)들과 보안 정보를 안전하게 공유한다.
각 도메인별(사물 인터넷 장치/게이트웨이/서버/사용자 단말기)로 인증 과정과 키 동기화 과정을 거친 다음에, 사물 인터넷 사용자 단말기의 세션 키로 사물 인터넷 장치의 제어 메시지 정보를 암호화하여 사물 인터넷 서버 및 게이트웨이를 경유하여 사물 인터넷 장치로 전송하면, 사물 인터넷 장치가 사용자 단말기 세션 키로 복호화 및 제어 메시지를 처리한 후 처리 결과를 사용자 단말기 세션 키로 암호화하여 사물 인터넷 게이트웨이와 사물 인터넷 서버로 전송 및 바이패스(bypass)하여 사물 인터넷 사용자 단말기의 세션 키로 최종 전송된 제어 결과 메시지를 복호화한다.
보안요소 발급 장치(50)는 사물 인터넷 장치(10)와, 사물 인터넷 게이트웨이(20)와, 사물 인터넷 사용자 단말기(40)와는 물리적 및 온라인상으로 분리된 장치이다.
보안요소 발급 장치(50)에 의해서 발급된 보안 요소는 하드웨어 형태로서 보안 카드 내지 보안 칩에 탑재되며, 보안 요소(121, 221, 421)은 오프라인을 통해 사물 인터넷 장치(10), 사물 인터넷 게이트웨이(20), 사물 인터넷 사용자 단말기(40)의 제조사 등으로 전달되어 각각의 장치에 탑재된다.
사물 인터넷 사용자 단말기(40)가 사물 인터넷 서버(30)에 사물 인터넷 서비스를 등록하고, 서비스를 요청하면 사물 인터넷 사용자 단말기(40)와 사물 인터넷 서버(30)의 보안 모듈끼리 기기간 상호 인증을 수행하고, 보안 채널을 구성한 후에 아이디/패스워드 또는 생체 인증을 통하여 로그인한다. 그리고 제어 대상 사물 인터넷 장치를 선택하고 제어 명령을 보안 채널로 안전하게 전송한다.
이어서 사물 인터넷 서버(30)는, 사물 인터넷 서버(30) 및 사물 인터넷 게이트웨이(20)의 보안 모듈끼리 기기간 상호 인증을 수행하고, 사물 인터넷 사용자 단말기(40)에서 요청받은 서비스를 보안 채널로 안전하게 전송한다.
이어서 사물 인터넷 게이트웨이(20)는, 사물 인터넷 게이트웨이(20)와 사물 인터넷 장치(10)의 보안 모듈끼리 기기간 상호 인증을 수행하고 보안 채널을 구성한 후 제어 메시지를 보안 채널로 안전하게 전송한다.
사물 인터넷 장치(10)는 요청된 제어 메시지를 복호화하여 장치를 제어하고 제어 결과 메시지를 상기 과정의 역순으로 전송한다.
이상 첨부 도면을 참고하여 본 발명에 대해서 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되며 전술한 실시예 및/또는 도면에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 그리고 특허청구범위에 기재된 발명의, 당업자에게 자명한 개량, 변경 및 수정도 본 발명의 권리범위에 포함된다는 점이 명백하게 이해되어야 한다.
10: 사물 인터넷 장치
20: 사물 인터넷 게이트웨이
30: 사물 인터넷 서버
40: 사물 인터넷 사용자 단말기

Claims (5)

  1. 사물 인터넷 장치와, 사물 인터넷 게이트웨이와, 사물 인터넷 서버와, 사물 인터넷 사용자 단말기를 포함하는 환경에서 사용되는 사물 인터넷 장치에 있어서,
    물리적 및 온라인상 분리된 보안 요소 발급 장치에 의해서 발급된 보안속성값, 키 정보, 식별자 정보를 적어도 포함하고 보안 프로토콜과 암호화 기능을 수행하는 보안 요소와,
    암호화 및 복호화 기능을 제공하는 경량 암호 모듈과,
    경량 암호 모듈 및 보안 요소의 인터페이스를 제공하는 어플리케이션 프로그램 인터페이스 모듈과,
    소프트웨어 보안 모듈 자가 검증과, 보안 정책과 보안 메시지를 파싱하며 암호화 및 복호화를 수행하는 사물 인터넷 소프트웨어 보안 모듈을 포함하는,
    사물 인터넷 장치.
  2. 사물 인터넷 장치와, 사물 인터넷 게이트웨이와, 사물 인터넷 서버와, 사물 인터넷 사용자 단말기를 포함하는 환경에서 사용되는 사물 인터넷 게이트웨이에 있어서,
    물리적 및 온라인상 분리된 보안 요소 발급 장치에 의해서 발급된 보안속성값, 키 정보, 식별자 정보를 적어도 포함하고 보안 프로토콜과 암호화 기능을 수행하는 보안 요소와,
    암호화 및 복호화 기능을 제공하는 경량 암호 모듈과,
    경량 암호 모듈 및 보안 요소의 인터페이스를 제공하는 어플리케이션 프로그램 인터페이스 모듈과,
    소프트웨어 보안 모듈 자가 검증과, 보안 정책과 보안 메시지를 파싱하며 암호화 및 복호화를 수행하는 사물 인터넷 소프트웨어 보안 모듈을 포함하는,
    사물 인터넷 게이트웨이.
  3. 사물 인터넷 장치와, 사물 인터넷 게이트웨이와, 사물 인터넷 서버와, 사물 인터넷 사용자 단말기를 포함하는 환경에서 사용되는 사물 인터넷 사용자 단말기에 있어서,
    물리적 및 온라인상 분리된 보안 요소 발급 장치에 의해서 발급된 보안속성값, 키 정보, 식별자 정보를 적어도 포함하고 보안 프로토콜과 암호화 기능을 수행하는 보안 요소와,
    암호화 및 복호화 기능을 제공하는 경량 암호 모듈과,
    경량 암호 모듈 및 보안 요소의 인터페이스를 제공하는 어플리케이션 프로그램 인터페이스 모듈과,
    소프트웨어 보안 모듈 자가 검증과, 보안 정책과 보안 메시지를 파싱하며 암호화 및 복호화를 수행하는 사물 인터넷 소프트웨어 보안 모듈을 포함하는,
    사물 인터넷 사용자 단말기.
  4. 사물 인터넷 장치와, 사물 인터넷 게이트웨이와, 사물 인터넷 서버와, 사물 인터넷 사용자 단말기를 포함하는 환경에서 사물 인터넷 서버에 있어서,
    물리적 및 온라인상 분리된 보안 요소 발급 장치에 의해서 발급된 보안속성값, 키 정보, 식별자 정보를 적어도 포함하고 보안 프로토콜과 암호화 기능을 수행하는 보안 요소와,
    암호화 및 복호화 기능을 제공하는 암호 모듈과,
    암호 모듈 및 보안 요소의 인터페이스를 제공하는 어플리케이션 프로그램 인터페이스 모듈과,
    소프트웨어 보안 모듈 자가 검증과, 보안 정책과 보안 메시지를 파싱하며 암호화 및 복호화를 수행하는 사물 인터넷 소프트웨어 보안 모듈을 포함하는,
    사물 인터넷 서버.
  5. 사물 인터넷 장치와, 사물 인터넷 게이트웨이와, 사물 인터넷 서버와, 사물 인터넷 사용자 단말기를 포함하는 환경에서 사물 인터넷 서버가 수행하는 보안 정보 생성 방법에 있어서,
    사물 인터넷 서버가 각각의 사물 인터넷 장치, 사물 인터넷 게이트웨이, 사물 인터넷 사용자 단말기별로 생성한 보안 속성, 키와 식별자 정보를 사물 인터넷 서버의 데이터베이스에 저장하고 키 정보는 별도의 하드웨어 보안 모듈(HSM)에 저장하는 것과 동시에 보안 요소 발급 장치를 통하여 보안 요소 발급을 요청하는 제1단계와,
    보안 요소 발급 장치가 각각의 사물 인터넷 장치, 사물 인터넷 게이트웨이, 사물 인터넷 사용자 단말기별로 전달받은 보안 동기화 정보(보안 속성, 키와 식별자 정보)를 보안 요소에 발급하는 제2단계를 포함하는,
    보안 정보 동기화 방법.
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