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Journal of Broadcast Engineering

Analysis on Zhou et al.'s ID-Based Authenticated Group Key Agreement To Exchange Secure Contents among Group Users

Jae-Tark Choi, Jeong Ok Kwon, Seok-Koo Yoon

Published Jan 30, 2008• 0 citations
Publisher

Abstract

유료 콘텐츠를 정당한 서비스 수신자에게 안전하게 제공하기 위해서는 서비스 제공자와 수신자 사이에 안전한 키 교환이 필요하다. 그룹 키 교환 프로토콜은 이러한 그룹에 속한 멤버들이 공개된 통신망을 이용하여 안전하고 효율적인 방법으로 그룹의 세션키를 설정할 수 있게 한다. 최근에 L. Zhou는 효율적인 인증된 그룹 키 교환 프로토콜을 설계하였다. 본 논문에서 우리는 Zhou의 기법이 전방향 안전성을 제공하지 않음을 보인다. An authenticated group key agreement protocol allows a group of parties communicating over an insecure network to share a common secret key. In this paper, we show that Zhou et al.'s ID-based authenticated group key agreement schemes do not provide forward secrecy.

DOI
10.5909/jbe.2008.13.1.79

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그룹 키 동의 프로토콜은 일련의 그룹을 형성하는 다수의 통신 참여자들이 공개된 통신망을 통해 안전하고 효율적인 방법으로 그룹의 세션키를 설정하기 위한 목적으로 설계된다. 하지만, 기존에 제안된 그룹 키 동의 프로토콜들은 모두 상당한 양의 통신 부하를 유발하기 때문에 전송 지연이 긴 WAN 환경에는 적합하지 않다. 이러한 네트워크 환경에서는 특히 라운드 복잡도와 메시지 복잡도가 프로토콜의 수행 시간을 결정하는 핵심 요소들로서, 무엇보다 이들을 줄이는 것이 효율적인 그룹 키 동의 프로토콜의 설계를 위해 중요하다고 할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 라운드 수와 메시지 수 측면에서 효율적인 그룹 키 동의 프로토콜을 제안하고, 이의 안전성을 소인수 분해 문제에 기반하여 랜덤 오라클 모델에서 증명한다. 제안된 프로토콜은 완전한 전방향 안전성과 최적의 메시지 복잡도를 제공하면서도 상수 라운드 만에 그룹멤버의 변경에 따른 세션키 갱신을 수행한다.
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본 연구에서는 무선 네트워크를 위하여 키 분배 관리 기반구조에 의존하지 않으며 완전 자율적이고 분산 구조의 초경량 보안 키 분배 방식을 제안하였다. 제안된 방식은 밥과 엘리스라 불리는 두 명의 적법한 사용자(legitimate users)들이 시분할 이중통신 (TDD, Time Division Duplex)방식으로 통신을 수행한다고 가정하며 채널의 쌍대성(reciprocity)에 의하여 상관성 (correlation)이 큰 무선 채널 이득을 가지는 것으로 가정하였다. 이러한 무선채널 이득을 두 적법한 사용자가 각자 독립적으로 양자화하여 얻은 무작위 비트 배열의 쌍을 생성하고 이를 보안 키로 사용하는 방식을 제안한다. 특히, 본 논문에서는 이러한 키 분배 프로토콜을 위한 적응형 양자화 기법을 제안하였다. 제안된 기법은 채널의 변화에 따라 양자화 임계값을 조정함으로써 앨리스와 밥에 의해 생성된 비트 배열 사이의 불일치 확률을 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 BCH 부호와 같은 실용적인 저 복잡도 부호를 사용하여 비트 배열의 쌍 간의 불일치를 정정하고 앨리스와 밥이 공유하게 될 보안키를 생성한다. 비밀 키 추출효율을 최대화하기 위해 양자화 단계와 BCH 부호의 부호율을 최적화시켰으며, 제안된 보안키 추출 시스템을 802.11a 기반의 무선 네트워크 카드를 이용하여 구현하였다. 하드웨어 기반의 실험을 통해 실내 환경에서 초 당 1비트 이상의 보안 키를 획득하는 것이 가능함을 실험적으로 보였다. In this paper, we present a secret key distribution protocol without resorting to a key management infrastructure targeting at providing a low-complexity distributed solution to wireless network. The proposed scheme extracts a secret key from the random fluctuation of wireless channels. By exploiting time division duplexing transmission, two legitimate users, Alice and Bob can have highly correlated channel gains due to channel reciprocity, and a pair of random bit sequences can be generated by quantizing the channel gains. We propose a novel adaptive quantization scheme that adjusts quantization thresholds according to channel variations and reduces the mismatch probability between generated bit sequences by Alice and Bob. BCH codes, as a low-complexity and pratical approach, are also employed to correct the mismatches between the pair of bit sequences and produce a secret key shared by Alice and Bob. To maximize the secret key extraction rate, the parameters, quantization levels and code rates of BCH codes are jointly optimized.
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