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KR100879982B1 - 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 보안 시스템 및방법 - Google Patents

모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 보안 시스템 및방법 Download PDF

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KR100879982B1
KR100879982B1 KR1020060131971A KR20060131971A KR100879982B1 KR 100879982 B1 KR100879982 B1 KR 100879982B1 KR 1020060131971 A KR1020060131971 A KR 1020060131971A KR 20060131971 A KR20060131971 A KR 20060131971A KR 100879982 B1 KR100879982 B1 KR 100879982B1
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Abstract

본 발명에 따른 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 보안 시스템은 인증서를 제공하는 공인인증기관; 상기 공인인증기관으로부터 제공되는 인증서를 저장하고, 트레픽 암호화 키를 생성하고, 생성한 트래픽 암호화 키와 전송할 메시지를 저장된 인증서의 공개 키로 암호화한 후 목적지로 전송하는 한편, 트래픽 암호화 키로 암호화된 메시지를 수신하면 생성한 트래픽 암호화 키로 복호화하여 메시지를 처리하는 제 1 암호화 모듈; 및 상기 제 1 암호화 모듈로부터 인증서의 공개키를 통해 암호화된 메시지를 수신하면, 상기 공인인증기관으로부터 제공된 인증서의 개인 키를 통해 복호화하여 트래픽 암호화 키를 검출하는 한편, 검출된 트래픽 암호화 키로 메시지를 암호화하여 상기 제 1 암호화 모듈로 전송하는 제 2 암호화 모듈을 포함하는 것으로, 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서 액세스 네트워크 통신 과정의 보안 취약성을 해결할 수 있는 것이다.

Description

모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 보안 시스템 및 방법{Security system and method in mobile WiMax network system}
도 1은 모바일 와이맥스 네트워크 시스템의 구성을 나타낸 기능블록도.
도 2는 일반적인 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 초기 단말기 진입 과정을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 보안 시스템의 구성을 나타낸 기능블록도.
도 4는 도 3에 따른 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 보안 시스템에서 제 1 암호화 모듈과 제 2 암호화 모듈의 세부 구성을 나타낸 기능블록도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 와이맥스 네트워크 시스템에서 기지국과 제어국간의 보안 방법을 나타낸 순서도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 와이맥스 네트워크 시스템에서 기지국과 제어국간의 보안 방법을 나타낸 순서도.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 와이맥스 네트워크 시스템에서 제어국과 AAA 서버간의 보안 방법을 나타낸 순서도.
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 와이맥스 네트워크 시스템에서 제어국 과 AAA 서버간의 보안 방법을 나타낸 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 이동 단말기 20 : 기지국
30 : 제어국 40 : AAA 서버
50 : 공인인증기관 100 : 제 1 암호화 모듈
110 : 인증서 저장부 120 : 암호키 생성부
130 : 인증 메시지 생성부 140 : 메시지 인증 처리부
200 : 제 2 암호화 모듈 210 : 인증서 저장부
220 : 인증서 복호화부 230 : 메시지 암호화부
본 발명은 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 보안 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 모바일 와이맥스 네트워크 시스템의 구성도이다.
상기 모바일 와이맥스 네트워크 시스템은 이동 단말기(10), 기지국(20), 제어국(30), 인증 서버(40), 및 홈 에이전트(50) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 기지국(20)과 제어국(30)간 네트워크를 Access Service Network(ASN) 이라 하고, 상기 제어국(30)과 상기 AAA 서버(40)간 네트워크를 Connectivity Service Network(CSN)이라 한다.
상기 이동 단말기(10)는 Portable Subscriber Station으로도 불리며, 휴대용 인터넷 서비스를 제공하기 위한 장치에 해당한다.
그리고 상기 기지국(RAS : Radio Access Station)(20)은 유선 네트워크 종단에서 무선 인터페이스를 통해 이동 단말기(10)와 통신을 수행하는 구성 요소에 해당한다.
상기 제어국(ACR : Access Control Router)(30)은 이동 단말기(10)와 기지국(20)을 제어하는 구성 요소이며, IP 패킷을 라우팅하는 역할도 수행하게 된다.
그리고 홈 에이전트(HA : Home Agent)(50)는 홈 네트워크에서 이동 단말기(10)의 IP 이동성을 지원하기 위한 모바일 와이맥스 네트워크 시스템구성 요소이다.
또한 상기 AAA(Authentication, Authorization, Accounting) 서버(40)는 적법한 사용자에 한하여 와이맥스 인터넷 망에 접속, 서비스를 제공하기 위하여 사용자 및 이동 단말기(10)에 대한 인증(Authentication), 권한 검증(Authorization) 및 과금(Accounting)을 수행하는 역할을 담당한다.
여기서, 휴대용 무선 인터넷인 와이맥스 서비스를 제공하기 위하여 가장 중요한 기술적 과제는 보안 문제이다. 이하, 현재 와이맥스 포럼에 규정되어 있는 이동 단말기의 인증 절차에 대하여 살펴보기로 한다.
도 2는 일반적인 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 초기 단말기 진입 과정을 나타낸 순서도이다.
먼저, 이동 단말기(10)는 상기 기지국(20)으로부터 UL-MAP 메시지를 수신하게 된다(S201). 이와 같은 UL-MAP 메시지에는 다수의 초기 레인징 코드(Initial Ranging Code)가 포함되어 있다. 이 때 이동 단말기(10)는 다수의 레인징 코드 중 하나를 선택하여 기지국(20)으로 전송한다(S202).
이와 같이 레인징 코드의 선택 과정 후 기지국(20)과 이동 단말기(10)는 레인징 요청 메시지(RNG-RSP Message), 레인징 응답 메시지(RNG-REQ Message) 등을 교환함으로써 레인징 과정을 수행하게 된다(S203, S204). 이와 같은 과정은 IEEE 802.16e section 6.3.2.3.5에 더욱 자세히 기재되어 있다.
S201 내지 S204 과정의 레인징 과정이 종료된 이후 이동 단말기(10)와 기지국(20)은 단말기 기본 능력 협상 과정(BC : Basic Capability)을 수행하게 된다. 먼저, 이동 단말기(10)는 SBC 요청 메시지(SBC-REQ Message)를 기지국(20)으로 전송하게 되며(S206), 상기 SBC 요청 메시지를 수신한 기지국(20)은 상기 제어국(30)으로 단말기 상태 변경 요청 메시지(NetEntry MS State Change Request Message)를 보내 보안 정책(Authorization Policy)을 요구하게 된다(S207).
상기 제어국(30)은 상기 기지국(20)으로 단말기 상태 변경 응답 메시지(NetEntry MS State Change Response Message)를 이용하여 보안 정책을 전달하게 되며(S208), 기지국(20)은 제어국(30)으로부터 전달받은 보안 정책을 포함하는 SBC 응답 메시지(SBC-RSP Message)를 이동 단말기(10)로 전달하게 된다(S209). 상기 보안 정책에는 이동 단말기(10)가 수행할 인증 방법이 포함되어 있으므로 S206 내지 S209의 과정은 보안 협상 과정(Security Negotiation)에도 해당한다. 이 후 PKM(Privacy Key Management) 인증 과정 등이 수행된다.
상기 제어국(30)은 인증 릴레이 프로토콜(AuthRelay-EAP-Transfer : Authentication Relay Protocol)에 따라 EAP(Extensible Authentication Protocol) 요청 코드 및 식별자를 기지국(20)으로 전송한다(S210). 이를 수신한 기지국(20)은 PKM 응답 메시지를 이용하여 EAP 요청 코드 및 식별자를 이동 단말기(10)로 전송하게 된다(S211).
이동 단말기(10)는 EAP 요청에 대한 응답을 기지국(20)을 경유하여 제어국(30)으로 전달하게 된다. 이 과정을 세부적으로 설명하면 사용되는 이동 단말기(10)는 PKM 요청 메시지(PKM-REQ Message)를 이용하여 기지국(20)으로 EAP 응답(EAP Response/Identity - NAI)을 하게 되고(S212), 기지국(20)은 인증 릴레이 프로토콜을 이용하여 제어국(30)으로 이동 단말기의 EAP 응답을 전달하게 된다(S213). 상기 응답에는 네트워크 접근 식별자(NAI : Network Access Identifier)가 포함된다.
상기 네트워크 접근 식별자를 이용하여 EAP 인증 과정이 수행되며, 인증 과정이 성공적으로 이루어진 경우 컨텍스트-리포트 메시지(S216)와 PKM 응답 메시지(PKM-RSP Message)(S217)를 통하여 이동 단말기(10)로 보고된다.
기지국(20)과 이동 단말기(10)는 PKM 버전 2에 정의된 바와 같이 쓰리웨이 핸드쉐이킹(3 Way Handshaking)을 수행하게 된다. 상기 쓰리웨이 핸드쉐이킹 과정 은 각각 SA-TEK-Challgenge 메시지(S219), SA-TEK-Request 메시지(S220) 및 SA-TEK-Response 메시지(S221)의 전송 과정을 의미한다.
이와 같이 3웨이 핸드쉐이킹 과정이 종료된 이후 이동 단말기(10)는 기지국(20)으로 암호화 키(TEK : Traffic Encryption Key)를 요청하게 된다(S222). 이에 대하여 기지국(20)은 암호화 키를 이동 단말기(10)로 응답(TEK Response)함(S223)으로써 PKM 인증 과정이 종료된다.
이와 같이 PKM 인증 과정이 종료된 이후 이동 단말기(10)와 기지국(20)은 암호화 키를 이용하여 안전한 데이터 통신을 수행하는 것이다(S224).
상기의 동작 과정은 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서 이동 단말기(10)와 기지국(20) 간의 보안 방법을 동작 과정을 나타내고 있다.
이렇게 이동 단말기와 기지국 보안 방법은 IEEE 802.16e에서 그 표준을 정의하며, PKM 기반의 보안 서비스를 제공하고 있다. 즉, IEEE 802.16e 표준문서[1]과 WiMAX Forum의 네트워크 워킹 그룹(Network Working Group : NWG) Stage 문서[2][3]에서 언급되는 종래 보안 기술들은 네트워크 초기 진입 과정에서 PKMv2를 기반으로 RSA 인증이나 EAP 기반 인증을 수행하도록 권고하고 있다.
따라서 네트워크 초기 진입 과정에서 인증과정이 정상적으로 종료되기 이전에 교환되는 보안 컨텍스트(Security Context)들에 대해서 별도의 보안 기능을 제공하지 않는다.
또한, PKM 인증을 통한 인증 및 키 교환의 결과로서 이동 단말기와 기지국 간의 무선 트래픽 암호화 기능을 제공한다고 할지라도 상기 S201, S207, S208, 및 S213과 같이 ASN 내부 메시지 교환이나, ASN-CSN 메시지 교환에서는 별도의 보안 기능을 제공하지 않는다.
특히, 와이맥스(WiMAX) 포럼에서 제안하는 네트워크 참조 모델 상의 보안 관련 사항을 살펴보면 ASN 내부 메시지 교환에 있어서는 메시지의 교환이 신뢰하는 도메인에서 이루어짐을 가정하고 있고, ASN-CSN 간 메시지 교환에 있어서는 ASN과 CSN 내부의 AAA 서버와 인증 관련 메시지를 교환하는 경우 IPSec 터널을 통하여 보안 기능을 제공할 수도 있음을 언급하고 있다.
그러나 종래 모바일 와이맥스 네트워크 시스템은 ASN과 CSN 네트워크로 구성되는 Access network 구간은 와이맥스 포럼에서 특정 보안 기술을 적용하고 있지 않고 있다.
여기서, ASN 내부 네트워크 보안에 관한 종래 기술에서는 기지국과 ASN/GW의 Inter ASN 구간에서 SBC 협상 관련, 인증 관련 메시지 교환에 대해서 단지 ASN 내부를 안전한 도메인으로 가정하고 있기 때문에 Rogue 기지국, 트래픽 analysis 공격 등에 취약한 문제점을 가지고 있다.
마찬가지로 ASN과 CSN 네트워크 구간에서도 AAA 서버와 연결되어 사용자/단말기 인증 기능의 제공에 있어 중요한 메시지들이 교환되지만, NWG에서는 IPSec과 연동 가능한 AAA 서버 등의 사용 가능성만을 내세우고만 있을 뿐 전자에서의 문제점과 동일하게 트래픽 analysis 공격을 통한 인증 및 키 관련 정보의 누출 문제가 발생한다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 기지국과 ASN/GW 간의 통신으로 구성되는 ANS 내부 네트워크에서의 메시지 교환에 대한 보안 기능과, ASN과 CSN 간 발생하는 메시지 교환 과정에서의 보안 기능 부재를 해결하기 위한 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 보안 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 보안 시스템의 일 측면에 따르면, 인증서를 제공하는 공인인증기관; 상기 공인인증기관으로부터 제공되는 인증서를 저장하고, 트레픽 암호화 키를 생성하며, 생성한 트래픽 암호화 키와 전송할 메시지를 저장된 인증서의 공개 키로 암호화한 후 목적지로 전송하는 한편, 트래픽 암호화 키로 암호화된 메시지를 수신하면 생성한 트래픽 암호화 키로 복호화하여 메시지를 처리하는 제 1 암호화 모듈; 및 상기 제 1 암호화 모듈로부터 인증서의 공개키를 통해 암호화된 메시지를 수신하면, 상기 공인인증기관으로부터 제공된 인증서의 개인 키를 통해 복호화하여 트래픽 암호화 키를 검출하는 한편, 검출된 트래픽 암호화 키로 메시지를 암호화하여 상기 제 1 암호화 모듈로 전송하는 제 2 암호화 모듈을 포함한다.
상기 제 1 암호화 모듈은, 상기 공인인증기관으로부터 제공되는 인증서를 저장하는 인증서 저장부; 암호키 인 트래픽 암호화 키를 생성하는 암호키 생성부; 상기 암호키 생성부를 통해 생성한 트래픽 암호화 키와 메시지를 상기 공인인증기관으로부터 제공된 인증서의 공개 키로 암호화한 후 상기 제어국으로 전송하는 인증 메시지 생성부; 및 상기 제어국으로부터 트래픽 암호화 키로 암호화된 메시지를 수신하면 상기 암호키 생성부를 통해 생성한 트래픽 암호화 키로 복호화하여 인증을 완료하는 메시지 인증 처리부를 포함한다.
그리고 상기 제 2 암호화 모듈은, 상기 공인인증기관으로부터 제공되는 인증서를 저장하는 인증서 저장부; 암호화된 메시지가 수신되면, 상기 인증서 저장부에 저장된 인증서의 개인 키를 통해 해당 메시지와 같이 인증되어 전송된 상기 트래픽 암호화 키를 검출하는 인증서 복호화부; 및 상기 인증서 복호화부를 통해 검출된 트래픽 암호화 키를 통해 메시지를 암호화하여 전송하는 메시지 암호화부를 포함한다.
여기서 상기 제 1 암호화 모듈과, 제 2 암호화 모듈은, 상기 모바일 와이맥스 네트워크 시스템의 기지국, 제어국 및 AAA 서버에 각각 설치된다.
그리고 상기 인증서의 공개 키를 통해 암호화하는 메시지는, 타임스탬프 정보를 더 포함한다.
본 발명에 따른 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 보안 방법의 일 측면에 따르면, 상기 기지국과 상기 제어국이 공인인증기관으로부터 동일한 인증서를 제공받는 단계; 상기 기지국이 asn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성하는 단계; 상기 기지국이 생성된 asn-TEK와 전송할 메시지를 공인인증기관으로부터 제공받은 인증서의 공개 키로 암호화한 후 제어국으로 전송하는 단계; 상기 제어국이 상기 기지국으로부터 수신한 메시지를 공인인증기관으로부터 제공받은 인증서의 개인 키를 통해 asn-TEK를 확인한 후 실제 메시지를 복호화하는 단계; 및 상기 제어국이 확인한 asn-TEK를 이용하여 메시지를 암호화한 후 기지국으로 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 보안 방법의 다른 측면에 따르면, 상기 기지국과 상기 제어국이 공인인증기관으로부터 동일한 인증서를 제공받는 단계; 상기 제어국이 asn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성하는 단계; 상기 제어국이 생성된 asn-TEK와 전송할 메시지를 공인인증기관(50)으로부터 제공받은 인증서의 공개 키로 암호화한 후 기지국으로 전송하는 단계; 상기 기지국이 상기 제어국으로부터 수신한 메시지를 공인인증기관으로부터 제공받은 인증서의 개인 키를 통해 asn-TEK를 확인한 후 실제 메시지를 복호화하는 단계; 및 상기 기지국이 확인한 asn-TEK를 이용하여 메시지를 암호화한 후 제어국으로 전송하는 단계를 포함한다.
여기서 상기 기지국이 asn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성하는 단계는, 타임스탬프(Timestamp)를 생성하여 더 포함하며, 상기 asn-TEK는 공개키로 암호화되며, 공인인증기간의 인증서와 타임스탬프가 첨부된다.
본 발명에 따른 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 보안 방법의 일 측면에 따르면, 상기 제어국과 상기 AAA 서버가 공인인증기관으로부터 동일한 인증서를 제공받는 단계; 상기 제어국이 asn-csn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성하는 단계; 상기 제어국이 생성된 asn-csn-TEK와 전송할 메시지를 공인인증기관으로부터 제공된 인증서의 공개 키로 암호화한 후 상기 AAA 서버로 전송하는 단계; 상기 AAA 서버가 상기 제어국으로부터 수신한 메시지를 공인인증기관으로부터 제공받은 인증서의 개인 키를 통해 asn-csn-TEK를 확인한 후 실제 메시지를 복호화하는 단계; 및 상기 AAA 서버가 확인한 asn-csn-TEK를 이용하여 메시지를 암호화한 후 상기 제어국으로 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 보안 방법의 다른 측면에 따르면, 제어국과 AAA 서버가 공인인증기관으로부터 동일한 인증서를 제공받는 단계; 상기 AAA 서버가 asn-csn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성하는 단계; 상기 AAA 서버가 생성된 asn-csn-TEK와 전송할 메시지를 공인인증기관으로부터 제공된 인증서의 공개 키로 암호화한 후 후 제어국으로 전송하는 단계; 상기 제어국이 상기 AAA 서버로부터 수신한 메시지를 공인인증기관으로부터 제공받은 인증서의 개인 키를 통해 asn-csn-TEK를 확인한 후 실제 메시지를 복호화하는 단계; 및 상기 제어국이 확인한 asn-csn-TEK를 이용하여 메시지를 암호화한 후 AAA 서버로 전송하는 단계를 포함한다.
여기서 상기 제어국이 asn-csn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성하는 단계는, 타임스탬프(Timestamp)를 생성하여 더 포함하며, 상기 asn-csn-TEK는 공개키로 암호화되며, 공인인증기간의 인증서와 타임스탬프가 첨부된다.
이하, 본 발명에 따른 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 보안 시스템 및 방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 살펴보기로 한다. 이 때, 아래에서 설명하는 시스템 구성은 본 발명의 설명을 위해서 인용한 시스템으로써 아래 시스템으로 본 발명을 한정하지 않음을 이 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이해해야할 것이다.
도 1은 모바일 와이맥스 네트워크 시스템의 구성을 나타낸 도면으로서, 이동 단말기(1)와 무선 인터넷 통신을 수행하는 기지국(20)과, 상기 기지국(20)과 IP 네트워크 통신을 수행하는 제어국(30), AAA 서버(40)를 포함한다.
도 3은 본 발명에 따른 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 보안 시스템의 구성을 나타낸 도면으로서, 본 발명에 따른 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 보안 시스템은 인증서를 제공하는 공인인증기관(50), 제 1 암호화 모듈(100) 및 제 2 암호화 모듈(200)을 포함한다.
여기서, 상기 제 1 암호화 모듈(100)과 제 2 암호화 모듈(200)은 기지국(20), 제어국(30), AAA 서버(40)에 각각 설치된다.
상기 공인인증기관(50)은 상기 기지국(20), 제어국(30), 및 AAA 서버(40)에 동일한 인증서 제공한다.
그리고 상기 제 1 암호화 모듈(100)은 상기 공인인증기관(50)으로부터 제공되는 인증서를 저장하고, asn_TEK를 생성하며, 생성된 asn_TEK를 저장된 인증서의 공개 키로 암호화한 후 목적지로 전송하는 한편, asn_TEK를 통해 암호화된 메시지를 수신하면 생성된 asn_TEK를 통해 메시지를 복호화하여 메시지를 처리하며, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제 1 암호화 모듈(100)은 인증서 저장부(110), 암호키 생성부(120), 인증 메시지 생성부(130) 및 메시지 인증 처리부(140)를 포함한다.
상기 제 1 암호화 모듈(100)의 인증서 저장부(110)는 상기 공인인증기관(50)으로부터 제공되는 인증서를 저장한다.
그리고 상기 제 1 암호화 모듈(100)의 암호키 생성부(120)는 암호키 인 asn-TEK를 생성한다.
또한, 상기 제 1 암호화 모듈(100)의 인증 메시지 생성부(130)는 상기 암호키 생성부(120)를 통해 생성한 asn-TEK와 전송할 메시지를 상기 공인인증기관(50)으로부터 제공된 인증서의 공개 키를 통해 암호화한 후 상기 제어국(30)으로 전송한다.
그리고 상기 제 1 암호화 모듈(100)의 메시지 인증 처리부(140)는 상기 제어국(30)으로부터 asn-TEK로 암호화된 메시지를 수신하면 상기 암호키 생성부(120)를 통해 생성한 asn_TEK으로 복호화하여 인증을 완료한다.
한편 상기 제 2 암호화 모듈(200)은 상기 제 1 암호화 모듈(100)로부터 인증서의 공개 키를 통해 암호화된 메시지를 수신하면, 상기 공인인증기관(50)으로부터 제공된 인증서의 개인 키를 통해 복호화하여 asn_TEK을 검출하는 한편, 검출된 asn_TEK으로 메시지를 암호화하여 제 1 암호화 모듈(100)로 전송하며, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제 2 암호화 모듈(200)은 인증서 저장부(210), 인증서 복호화부(220) 및 메시지 암호화부(230)를 포함한다.
상기 제 2 암호화 모듈(200)의 인증서 저장부(210)는 상기 공인인증기관(50)으로부터 제공되는 인증서를 저장한다.
그리고 상기 제 2 암호화 모듈(200)의 인증서 복호화부(220)는 상기 제 1 암호화 모듈(100)로부터 인증서의 공개 키를 통해 암호화된 메시지를 수신하면 상기 인증서 저장부(210)에 저장된 인증서의 개인 키를 통해 해당 메시지와 같이 인증되어 전송된 상기 asn_TEK를 검출한다.
또한, 상기 제 2 암호화 모듈(200)의 메시지 암호화부(230)는 상기 인증서 복호화부(220)를 통해 검출된 asn_TEK를 통해 메시지를 암호화하여 제 1 암호화 모듈(100)로 전송한다.
여기서, 상기 제 1 암호화 모듈(100)과, 제 2 암호화 모듈(200)은 상기 모바일 와이맥스 네트워크 시스템의 기지국(20), 제어국(30) 및 AAA 서버(40)에 각각 설치되며, 상기 인증서의 공개 키를 통해 암호화하는 메시지는, 타임스탬프 정보를 더 포함한다.
상기한 각 구성들에 대한 일반적인 기능 및 각각의 상세한 동작에 대하여는 그 설명을 생략하고, 본 발명에 상응하는 동작 위주로 그 동작들을 설명하기로 한다.
먼저, 상기 제 1 암호화 모듈(100)과, 제 2 암호화 모듈(200)은 상기 모바일 와이맥스 네트워크 시스템의 기지국(20), 제어국(30) 및 AAA 서버(40)에 각각 설치된다.
상기 공인인증기관(50)은 상기 기지국(20), 제어국(30), 및 AAA 서버(40)에 동일한 인증서 제공한다.
이때, 상기 제 1 암호화 모듈(100)은 기지국(20), 제어국(30) 어디에도 설치될 수 있으나, 상기 제 1 암호화 모듈(100)이 상기 기지국(20)에 설치되고 상기 제 2 암호화 모듈(200)이 제어국(30)에 설치되어 동작하는 과정을 살펴보기로 한다.
먼저, 상기 기지국(20)에 설치된 제 1 암호화 모듈(100)은 상기 공인인증기관(50)으로부터 제공되는 인증서를 저장하고, asn_TEK를 생성하며, 생성된 asn_TEK와 메시지를 저장된 인증서의 공개 키를 통해 암호화한 후 상기 제어국(30)으로 전송한다.
즉, 상기 제 1 암호화 모듈(100)의 인증서 저장부(110)는 상기 공인인증기관(50)으로부터 제공되는 인증서를 저장한다.
이어서, 상기 제 1 암호화 모듈(100)의 암호키 생성부(120)는 암호키 인 asn-TEK를 생성한다.
그런 후 상기 제 1 암호화 모듈(100)의 인증 메시지 생성부(130)는 상기 암호키 생성부(120)를 통해 생성한 asn-TEK와 메시지를 상기 공인인증기관(50)으로부터 제공된 인증서의 공개 키를 통해 암호화한 후 상기 제어국(30)으로 전송한다.
그러면, 상기 제어국(30)에 설치된 제 2 암호화 모듈(200)은 상기 제 1 암호화 모듈(100)로부터 인증서의 공개 키를 통해 암호화된 메시지를 수신하면, 상기 공인인증기관(50)으로부터 제공된 인증서의 개인 키를 통해 복호화하여 asn_TEK를 검출하는 한편 인증서의 개인 키를 통해 복호화하여 검출된 asn_TEK으로 메시지를 암호화하여 기지국(20)으로 전송한다.
즉, 상기 제 2 암호화 모듈(200)은 상기 제 2 암호화 모듈(200)의 인증서 복호화부(220)는 상기 공인인증기관(50)으로부터 제공된 인증서의 공개 키를 통해 암호화된 메시지를 수신하면 저장된 인증서의 개인 키를 통해 해당 메시지에 암호화 된 asn_TEK를 검출한다.
그리고 상기 제 2 암호화 모듈(200)의 메시지 암호화부(230)는 상기 인증서 복호화부(220)를 통해 검출된 asn_TEK를 통해 메시지를 암호화하여 상기 기지국(20)으로 전송한다.
그러면, 상기 제어국(30)으로부터 asn_TEK으로 암호화된 메시지를 수신한 상기 기지국(20)의 제 1 암호화 모듈(100)은 생성한 asn_TEK으로 메시지를 복호화하여 메시지를 처리한다. 즉, 상기 제 1 암호화 모듈(100)의 메시지 인증 처리부(140)는 상기 제어국(30)으로부터 asn-TEK로 암호화된 메시지를 수신하면 상기 암호키 생성부(120)를 통해 생성한 asn_TEK으로 복호화하여 인증을 완료한다.
상기 인증서의 공개 키를 통해 암호화하는 메시지는 타임스탬프(Timestamp)를 생성하여 더 포함하고 있기 때문에 상기 기지국(20)이나 상기 제어국(30)은 타임스탬프를 통해 인증 기간을 결정할 수 있다.
그러면, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서 기지국과 제어국간 보안 방법에 대해 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 상기 기지국(20)과 상기 제어국(30)이 공인인증기관(50)으로부터 동일한 인증서를 제공받는다(S1).
이어서, 상기 기지국(20)은 asn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성한다(S2).
그런 후, 상기 기지국(20)은 생성된 asn-TEK와 전송할 메시지를 공인인증기관(50)으로부터 제공받은 인증서의 공개 키로 암호화한 후 제어국(30)으로 전송한다(S3).
그러면, 상기 제어국(30)은 상기 기지국(20)으로부터 메시지를 수신하면, 공인인증기관(50)으로부터 제공된 인증서의 개인 키를 통해 asn-TEK를 확인한 후 실제 메시지를 복호화한다(S4).
한편 상기 제어국(30)은 확인된 asn-TEK를 이용하여 메시지를 암호화한 후 기지국(20)으로 전송한다(S5).
그러면, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서 기지국과 제어국간 보안 방법에 대해 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 상기 기지국(20)과 상기 제어국(30)이 공인인증기관(50)으로부터 동일한 인증서를 제공받는다(S11).
이어서, 상기 제어국(30)은 asn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성한다(S12).
이 후, 상기 제어국(30)은 생성된 asn-TEK와 전송할 메시지를 공인인증기관(50)으로부터 제공받은 인증서의 공개 키로 암호화한 후 기지국(20)으로 전송한다(S13).
그러면, 상기 기지국(20)은 상기 제어국(30)으로부터 메시지를 수신하면, 공인인증기관(50)으로부터 제공된 인증서의 개인 키를 통해 asn-TEK를 확인한 후 실제 메시지를 복호화한다(S14).
이어서, 상기 기지국(20)은 확인한 asn-TEK를 이용하여 메시지를 암호화한 후 제어국(30)으로 전송한다(S15).
상기 기지국(20)이 asn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성하는 단계는 타임스탬프(Timestamp)를 생성하여 더 포함하고, 상기 asn-TEK는 공개키로 암호화되며 공인인증기간의 인증서와 타임스탬프가 첨부된다.
그러면, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서 제어국과 AAA 서버간 보안 방법에 대해 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 상기 제어국(30)과 상기 AAA 서버(40)가 공인인증기관(50)으로부터 동일한 인증서를 제공받는다(S101).
이어서, 상기 제어국(30)은 asn-csn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성한다(S102).
그러면, 상기 제어국(30)은 생성된 asn-csn-TEK와 전송할 메시지를 공인인증기관(50)으로부터 제공받은 인증서의 공개 키로 암호화한 후 상기 AAA 서버(40)로 전송한다(S103).
이에, 상기 AAA 서버(40)는 상기 제어국(30)으로부터 메시지를 수신하면, 공인인증기관(50)으로부터 제공된 인증서의 개인 키를 통해 asn-csn-TEK를 확인한 후 실제 메시지를 복호화한다(S104).
이어서, 상기 AAA 서버(40)는 확인한 asn-csn-TEK를 이용하여 메시지를 암호화한 후 상기 제어국(30)으로 전송한다(S105).
그러면, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 보안 방법에 대해 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
상기 제어국(30)과 AAA 서버(40)는 공인인증기관(50)으로부터 동일한 인증서를 제공받는다(S110).
상기 AAA 서버(40)는 asn-csn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성한다(S120).
이어서, 상기 AAA 서버(40)는 생성된 asn-csn-TEK와 전송할 메시지를 공인인증기관(50)으로부터 제공된 인증서의 공개 키로 암호화한 후 제어국(30)으로 전송한다(S130).
그러면, 상기 제어국(30)은 상기 AAA 서버(40)로부터 메시지를 수신하면 공인인증기관(50)로부터 제공된 인증서의 개인 키를 통해 asn-csn-TEK를 확인한 후 실제 메시지를 복호화한다(S140).
이어서, 상기 제어국(30)은 확인한 asn-csn-TEK를 이용하여 메시지를 암호화한 후 AAA 서버(40)로 전송한다(S150).
상기 제어국(30)이 asn-csn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성하는 단계는, 타임스탬프(Timestamp)를 생성하여 더 포함하고 있으며, 상기 asn-csn-TEK는 공개키로 암호화되며, 공인인증기간의 인증서와 타임스탬프가 첨부된다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 보안 시스템 및 방법에 의하면, 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서 액세스 네트워크 통신 과정의 보안 취약성을 해결할 수 있는 뛰어난 효과가 있다. 즉, 현재 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서 이동 단말기와 기지국 구간 이외의 통신 구 간 중 메시지 노출 취약성 문제를 해결하였으며, PKI를 기반으로 하는 전자인증체계를 적용하여 ASN 내부 메시지 보안과 ASN-CSN 간 메시지 기밀성을 제공하는 뛰어난 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 이동 단말기와 무선 인터넷 통신을 수행하는 기지국과, 상기 기지국과 IP 네트워크 통신을 수행하는 제어국, AAA 서버 및 홈 에이전트로 구성된 모바일 와이맥스 시스템에서의 암호화 시스템에 있어서,
    인증서를 제공하는 공인인증기관;
    상기 공인인증기관으로부터 제공되는 인증서를 저장하고, 트레픽 암호화 키를 생성하고, 생성한 트래픽 암호화 키와 전송할 메시지를 저장된 인증서의 공개 키로 암호화한 후 목적지로 전송하는 한편, 트래픽 암호화 키로 암호화된 메시지를 수신하면 생성한 트래픽 암호화 키로 복호화하여 메시지를 처리하는 제 1 암호화 모듈; 및
    상기 제 1 암호화 모듈로부터 인증서의 공개키를 통해 암호화된 메시지를 수신하면, 상기 공인인증기관으로부터 제공된 인증서의 개인 키를 통해 복호화하여 트래픽 암호화 키를 검출하는 한편, 검출된 트래픽 암호화 키로 메시지를 암호화하여 상기 제 1 암호화 모듈로 전송하는 제 2 암호화 모듈을 포함하는 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 암호화 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 암호화 모듈은,
    상기 공인인증기관으로부터 제공되는 인증서를 저장하는 인증서 저장부;
    암호키 인 트래픽 암호화 키를 생성하는 암호키 생성부;
    상기 암호키 생성부를 통해 생성한 트래픽 암호화 키와 메시지를 상기 공인인증기관으로부터 제공된 인증서의 공개 키로 암호화한 후 상기 제어국으로 전송하는 인증 메시지 생성부; 및
    상기 제어국으로부터 트래픽 암호화 키로 암호화된 메시지를 수신하면 상기 암호키 생성부를 통해 생성한 트래픽 암호화 키로 복호화하여 인증을 완료하는 메시지 인증 처리부를 포함하는 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 암호화 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 암호화 모듈은,
    상기 공인인증기관으로부터 제공되는 인증서를 저장하는 인증서 저장부;
    암호화된 메시지를 수신되면, 상기 인증서 저장부에 저장된 인증서의 개인 키를 통해 해당 메시지와 같이 인증되어 전송된 상기 트래픽 암호화 키를 검출하는 인증서 복호화부; 및
    상기 인증서 복호화부를 통해 검출된 트래픽 암호화 키를 통해 메시지를 암호화하여 전송하는 메시지 암호화부를 포함하는 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 암호화 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 암호화 모듈과, 제 2 암호화 모듈은,
    상기 모바일 와이맥스 네트워크 시스템의 기지국, 제어국 및 AAA 서버에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 암호화 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 인증서의 공개 키를 통해 암호화하는 메시지는,
    타임스탬프 정보를 더 포함되는 것을 특징으로 하는 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 암호화 시스템.
  6. 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 기지국과 제어국간 보안 방법에 있어서,
    상기 기지국과 상기 제어국이 공인인증기관으로부터 동일한 인증서를 제공받는 단계;
    상기 기지국이 asn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성하는 단계;
    상기 기지국이 생성된 asn-TEK와 전송할 메시지를 공인인증기관으로부터 제공받은 인증서의 공개 키로 암호화한 후 제어국으로 전송하는 단계;
    상기 제어국이 상기 기지국으로부터 암호화된 메시지를 수신하면 공인인증기관으로부터 제공된 인증서의 개인 키를 통해 asn-TEK를 검출하고 실제 메시지를 복호화하는 단계; 및
    상기 제어국이 검출한 asn-TEK를 이용하여 메시지를 암호화한 후 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 기지국과 제어국간 보안 방법.
  7. 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 기지국과 제어국간 보안 방법에 있어서,
    상기 기지국과 상기 제어국이 공인인증기관으로부터 동일한 인증서를 제공받는 단계;
    상기 제어국이 asn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성하는 단계;
    상기 제어국이 생성된 asn-TEK와 전송할 메시지를 공인인증기관으로부터 제공받은 인증서의 공개 키로 암호화한 후 기지국으로 전송하는 단계;
    상기 기지국이 상기 제어국으로부터 암호화된 메시지를 수신하면 공인인증기관으로부터 제공된 인증서의 개인 키를 통해 asn-TEK를 검출하고 실제 메시지를 복호화하는 단계; 및
    상기 기지국이 검출한 asn-TEK를 이용하여 메시지를 암호화한 후 제어국으로 전송하는 단계를 포함하는 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 기지국과 제어국간 보안 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 기지국이 asn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성하는 단계는,
    타임스탬프(Timestamp)를 생성하여 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 기지국과 제어국간 보안 방법.
  9. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 asn-TEK는,
    공개키로 암호화되며, 공인인증기간의 인증서와 타임스탬프가 첨부되는 것을 특징으로 하는 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 기지국과 제어국간 보안 방법.
  10. 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 제어국과 AAA 서버 간 보안 방법에 있어서,
    상기 제어국과 상기 AAA 서버가 공인인증기관으로부터 동일한 인증서를 제공받는 단계;
    상기 제어국이 asn-csn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성하는 단계;
    상기 제어국이 생성된 asn-csn-TEK와 전송할 메시지를 공인인증기관으로부터 제공된 인증서의 공개 키로 암호화한 후 상기 AAA 서버로 전송하는 단계;
    상기 AAA 서버가 상기 제어국으로부터 암호화된 메시지를 수신하면 공인인증기관으로부터 제공된 인증서의 개인 키를 통해 asn-csn-TEK를 확인한 후 실제 메시지를 복호화하는 단계; 및
    상기 AAA 서버가 확인한 asn-csn-TEK를 이용하여 메시지를 암호화한 후 상기 제어국으로 전송하는 단계를 포함하는 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 제어국과 AAA 서버간 보안 방법.
  11. 제어국과 AAA 서버가 공인인증기관으로부터 동일한 인증서를 제공받는 단계;
    상기 AAA 서버가 asn-csn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성하는 단계;
    상기 AAA 서버가 생성된 asn-csn-TEK와 전송할 메시지를 공인인증기관으로부터 제공된 인증서의 공개 키로 암호화한 후 후 제어국으로 전송하는 단계;
    상기 제어국이 상기 AAA 서버로부터 암호화된 메시지를 수신하면 공인인증기관으로부터 제공된 인증서의 개인 키를 통해 asn-csn-TEK를 확인한 후 실제 메시지를 복호화하는 단계; 및
    상기 제어국이 확인한 asn-csn-TEK를 이용하여 메시지를 암호화한 후 AAA 서버로 전송하는 단계를 포함하는 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 제어국과 AAA 서버간 보안 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제어국이 asn-csn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성하는 단계는,
    타임스탬프(Timestamp)를 생성하여 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 제어국과 AAA 서버간 보안 방법.
  13. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 asn-csn-TEK는,
    공개키로 암호화되며, 공인인증기간의 인증서와 타임스탬프가 첨부되는 것을 특징으로 하는 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 제어국과 AAA 서버간 보안 방법.
  14. 제 7항에 있어서,
    상기 제어국이 asn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성하는 단계는,
    타임스탬프(Timestamp)를 생성하여 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 기지국과 제어국간 보안 방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 AAA 서버가 asn-csn-트래픽 암호화 키(TEK)를 생성하는 단계는,
    타임스탬프(Timestamp)를 생성하여 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 와이맥스 네트워크 시스템에서의 제어국과 AAA 서버간 보안 방법.
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