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Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea

물리계층 보안 성능 향상을 위한 재밍 조건

김종엽, 주창희, Jihwan P. Choi, Jongyeop Kim, Changhee Joo

Published Jan 1, 2019• 0 citations
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Abstract

물리계층 보안기법은 무선 채널의 통계적 특성에 의존하지 않는 인공노이즈 기법과 결합되어 MIMO 시스템, 멀티유저, 릴 레이 시나리오 등 다양한 모델에서 연구되고 있다. 하지만 정교하게 수립되지 않는 무분별한 재밍 전략은 오히려 보안성능을 감소시키기 때문에 성능에 영향을 주는 요소들을 이론적으로 분석해야 한다. 따라서, 본 논문에서는 도청자가 존재하는 MIMO 채널에서 재밍파워와 노드배치의 관점에서 보안성능의 변화를 살펴보았다.

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최근 물리계층 보안에 대한 관심이 높아지면서 이를 이동통신 시스템에 적용하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 또한 차세대 이동통신의 중요한 기술적 요소로 각광받고 있는 협력중계 기술을 기반으로 물리계층 보안을 극대화하기 위한 다양한 방식이 개발된 바 있다. 본고에서는 협력중계 시스템에서의 다양한 물리계층 보안 확보 기법을 소개하고 각각의 성능을 비교한다.

한국통신학회지(정보와통신)•Jan 1, 2014•0 citations

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본고에서는 센서 네트워크의 분산 검출 분야에서 최근 활발히 연구되고 있는 물리계층 보안기술들을 소개하고자 한다. 복잡한 연산과정을 요구하는 기존 암호학 기반의 보안 시스템은 배터리용량과 연산 능력이 제한된 센서 네트워크에서 많은 유지보수 비용을 유발할 수 밖에 없다. 본고에서 소개할 물리계층 보안기술들은 기존의 통신 모뎀 기술을 보안 강화의 목적으로 재활용하는 기술이다. 따라서, 복잡한 연산이나 추가적인 하드웨어를 필요로 하지 않기 때문에 자원이 제한된 센서 네트워크에 매우 적합하다. 본고에서는 센서네트워크에서 제안된 대표적인 물리계층 보안기술인 확률적 암호화 (stochastic encryption) 기법과 채널 인지 암호화 (channel aware encryption) 기법을 소개한다. 제안된 물리계층 암호화 기술을 두 가지 무선 채널 모형 PAC (parallel access channel)과 MAC (multiple access channel)에서 간략화된 모델로 재해석하여 센서 네트워크를 위한 보안 기술로서 적합성 여부를 평가하도록 하겠다.

한국통신학회지(정보와통신)•Jan 1, 2014•0 citations

하드웨어왜곡과 불완전한 채널상태정보가 물리계층보안에 미치는 영향

심규성, 안병구

물리계층보안은 신호의 물리적 특성을 이용하여 정보를 보호하는 보안 기법이다. 현재 이에 대한 연구가 활발히 진행 중이지만 해결해야할 다음과 같은 문제점들이 존재한다. 도청자는 자신의 존재를 숨기기 위해서 자신의 채널상태정보를 다른 합법적인 노드와 공유하지는 않는다. 그리고 노드가 신호를 전송할 때 하드웨어 왜곡이 발생하지만 많은 연구들은 노드 모델들이 이상적인 것으로 가정을 하고, 하드웨어 왜곡문제를 고려하지 않고 있다. 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 본 논문의 주요한 특징 및 기여도는 다음과 같다. 첫째, 도청자의 채널상태정보를 얻기 위해서 조력자노드를 합법적인 노드주변에 설치하고, 조력자노드의 채널상태정보를 이용하여 노드모델에서 하드웨어 왜곡을 고려한다. 둘째, 제안된 시스템 모델의 인터셉트 확률에 대한 Closed-Form Expression을 제시한다. 제안된 시스템의 성능평가를 위해서 다양한 시뮬레이션를 통하여 제안된 시스템 모델의 물리계층보안에 미치는 영향을 알아본 결과, 불완전한 채널상태정보는 인터셉트 확률에는 영향을 미치지 못한 반면에, 불완전한 노드모델의 경우, 인터셉트 확률, 에르고딕 시크리스 용량과 보안채널용량에 영향을 준다는 것을 보여준다.

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재머를 사용하는 복호 후 재전송 기반 물리 계층 보안의 성능 분석

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본 논문에서는 복호 후 재전송 기반의 중계기 시스템에서 재머를 사용했을 때의 보안 불능 확률을 연구한다. 물리 계층에서 보안 용량을 증가시키기 위해서 선택되지 않은 중계기들 중에서 재머를 선택하여 의도적인 잡음을 발생시키도록 할 수 있다. 재머에 의한 잡음은 수신자와 도청자에서 동일하게 간섭으로 작용하지만 송신자-도청자 링크 간의 채널 품질을 송시자-수신자 링크의 채널보다 더 악화 시키는 최적의 재머를 선택하여 물리 계층 보안을 강화할 수 있다. 본 논문에서는 재머의 유무에 따른 보안 불능 확률의 이론적인 식을 계산하고, 그 식이 타당한지 증명하기 위하여 이론값과 모의실험을 통한 실험값을 비교해 본다.

한국인터넷방송통신학회 논문지•Jun 1, 2018•0 citations

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본 논문에서는 마흐-젠더 간섭계에서 진행파의 위상정보와 직교 편광을 이용하여 광학적 암호화 시스템을 제안하였다. 두 개의 서로 직교편광의 가간섭성에 의해 간섭현상이 제거되기 때문에 복호 영상이 안정하다. 암호화 과정에서는 원 영상이 수직편광과 수평편광간의 상대적인 위상차에 의해 랜덤한 편광상태를 가지는 영상으로 암호화 된다. 따라서 랜덤한 편광분포로부터 원 영상의 정보를 알 수 없다. 영상을 복호화하기 위해서는 암호화된 영상의 랜덤한 편광분포를 서로 직교하는 두 성분으로 나누고 키영상을 간섭계에 수직 경로에 위치시킨다. 복호 영상은 검광기를 사용하여 세기형태로 재생하였다.

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다수의 중계기가 존재하는 복호 후 재전송 기반 협력 통신 시스템에서 부분적인 중계기 선택을 사용하는 물리 계층 보안의 성능 분석

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본 논문에서는 다수의 중계기가 존재하는 복호 후 재전송 기반의 협력 통신 시스템에서 부분적인 중계기 선택 기법 을 사용 했을 때의 보안 불능 확률을 연구한다. 수신 노드와 도청 노드는 각각 송신 노드와 중계 노드 모두에서 신호를 수신 한다고 가정한다. 수신된 두 신호는 MRC 기법을 사용하여 다이버시티 이득을 얻는데 이용된다. 본 논문에서는 다수의 중계 기가 존재하는 시스템의 보안 불능 확률 식을 계산하고, 그 식이 타당한지 증명하기 위해서 이론값과 모의실험 결과값을 비교한다. 중계기의 수에 따라 보안 불능 확률이 어떻게 변하는지를 모의실험 결과를 통해 도출한다.

한국인터넷방송통신학회 논문지•Feb 1, 2019•0 citations
물리계층 보안기법은 무선 채널의 통계적 특성에 의존하지 않는 인공노이즈 기법과 결합되어 MIMO 시스템, 멀티유저, 릴 레이 시나리오 등 다양한 모델에서 연구되고 있다. 하지만 정교하게 수립되지 않는 무분별한 재밍 전략은 오히려 보안성능을 감소시키기 때문에 성능에 영향을 주는 요소들을 이론적으로 분석해야 한다. 따라서, 본 논문에서는 도청자가 존재하는 MIMO 채널에서 재밍파워와 노드배치의 관점에서 보안성능의 변화를 살펴보았다.
최근 물리계층 보안에 대한 관심이 높아지면서 이를 이동통신 시스템에 적용하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 또한 차세대 이동통신의 중요한 기술적 요소로 각광받고 있는 협력중계 기술을 기반으로 물리계층 보안을 극대화하기 위한 다양한 방식이 개발된 바 있다. 본고에서는 협력중계 시스템에서의 다양한 물리계층 보안 확보 기법을 소개하고 각각의 성능을 비교한다.
본고에서는 센서 네트워크의 분산 검출 분야에서 최근 활발히 연구되고 있는 물리계층 보안기술들을 소개하고자 한다. 복잡한 연산과정을 요구하는 기존 암호학 기반의 보안 시스템은 배터리용량과 연산 능력이 제한된 센서 네트워크에서 많은 유지보수 비용을 유발할 수 밖에 없다. 본고에서 소개할 물리계층 보안기술들은 기존의 통신 모뎀 기술을 보안 강화의 목적으로 재활용하는 기술이다. 따라서, 복잡한 연산이나 추가적인 하드웨어를 필요로 하지 않기 때문에 자원이 제한된 센서 네트워크에 매우 적합하다. 본고에서는 센서네트워크에서 제안된 대표적인 물리계층 보안기술인 확률적 암호화 (stochastic encryption) 기법과 채널 인지 암호화 (channel aware encryption) 기법을 소개한다. 제안된 물리계층 암호화 기술을 두 가지 무선 채널 모형 PAC (parallel access channel)과 MAC (multiple access channel)에서 간략화된 모델로 재해석하여 센서 네트워크를 위한 보안 기술로서 적합성 여부를 평가하도록 하겠다.
물리계층보안은 신호의 물리적 특성을 이용하여 정보를 보호하는 보안 기법이다. 현재 이에 대한 연구가 활발히 진행 중이지만 해결해야할 다음과 같은 문제점들이 존재한다. 도청자는 자신의 존재를 숨기기 위해서 자신의 채널상태정보를 다른 합법적인 노드와 공유하지는 않는다. 그리고 노드가 신호를 전송할 때 하드웨어 왜곡이 발생하지만 많은 연구들은 노드 모델들이 이상적인 것으로 가정을 하고, 하드웨어 왜곡문제를 고려하지 않고 있다. 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 본 논문의 주요한 특징 및 기여도는 다음과 같다. 첫째, 도청자의 채널상태정보를 얻기 위해서 조력자노드를 합법적인 노드주변에 설치하고, 조력자노드의 채널상태정보를 이용하여 노드모델에서 하드웨어 왜곡을 고려한다. 둘째, 제안된 시스템 모델의 인터셉트 확률에 대한 Closed-Form Expression을 제시한다. 제안된 시스템의 성능평가를 위해서 다양한 시뮬레이션를 통하여 제안된 시스템 모델의 물리계층보안에 미치는 영향을 알아본 결과, 불완전한 채널상태정보는 인터셉트 확률에는 영향을 미치지 못한 반면에, 불완전한 노드모델의 경우, 인터셉트 확률, 에르고딕 시크리스 용량과 보안채널용량에 영향을 준다는 것을 보여준다.
본 논문에서는 복호 후 재전송 기반의 중계기 시스템에서 재머를 사용했을 때의 보안 불능 확률을 연구한다. 물리 계층에서 보안 용량을 증가시키기 위해서 선택되지 않은 중계기들 중에서 재머를 선택하여 의도적인 잡음을 발생시키도록 할 수 있다. 재머에 의한 잡음은 수신자와 도청자에서 동일하게 간섭으로 작용하지만 송신자-도청자 링크 간의 채널 품질을 송시자-수신자 링크의 채널보다 더 악화 시키는 최적의 재머를 선택하여 물리 계층 보안을 강화할 수 있다. 본 논문에서는 재머의 유무에 따른 보안 불능 확률의 이론적인 식을 계산하고, 그 식이 타당한지 증명하기 위하여 이론값과 모의실험을 통한 실험값을 비교해 본다.
본 논문에서는 마흐-젠더 간섭계에서 진행파의 위상정보와 직교 편광을 이용하여 광학적 암호화 시스템을 제안하였다. 두 개의 서로 직교편광의 가간섭성에 의해 간섭현상이 제거되기 때문에 복호 영상이 안정하다. 암호화 과정에서는 원 영상이 수직편광과 수평편광간의 상대적인 위상차에 의해 랜덤한 편광상태를 가지는 영상으로 암호화 된다. 따라서 랜덤한 편광분포로부터 원 영상의 정보를 알 수 없다. 영상을 복호화하기 위해서는 암호화된 영상의 랜덤한 편광분포를 서로 직교하는 두 성분으로 나누고 키영상을 간섭계에 수직 경로에 위치시킨다. 복호 영상은 검광기를 사용하여 세기형태로 재생하였다.
본 논문에서는 다수의 중계기가 존재하는 복호 후 재전송 기반의 협력 통신 시스템에서 부분적인 중계기 선택 기법 을 사용 했을 때의 보안 불능 확률을 연구한다. 수신 노드와 도청 노드는 각각 송신 노드와 중계 노드 모두에서 신호를 수신 한다고 가정한다. 수신된 두 신호는 MRC 기법을 사용하여 다이버시티 이득을 얻는데 이용된다. 본 논문에서는 다수의 중계 기가 존재하는 시스템의 보안 불능 확률 식을 계산하고, 그 식이 타당한지 증명하기 위해서 이론값과 모의실험 결과값을 비교한다. 중계기의 수에 따라 보안 불능 확률이 어떻게 변하는지를 모의실험 결과를 통해 도출한다.