이석원 부은성 2020-02 29454 https://aurora.ajou.ac.kr/handle/2018.oak/19560 학위논문(석사)--아주대학교 일반대학원 :컴퓨터공학과,2020. 2 본 연구는 사물인터넷 (Internet of Things, IoT) 기기를 위한 Datagram TLS (DTLS) 기반의 스토리지 및 네트워크 통합 경량화 보안 프로토콜을 다루고 있다. 기존의 사물인터넷에서는 스토리지 및 네트워크 보안이 분리되어 사용되어 불필요한 암호화 작업이 발생하였다. 이러한 불필요한 암호화 작업은 배터리 수명, 계산 능력, 네트워크 대역폭 등의 자원 제약적인 특성을 가진 사물인터넷 기기에 큰 부담으로 작용한다. 본 연구에서는 이러한 부담을 없애기 위해 네트워크와 스토리지의 보안을 결합함으로써 불필요한 암호화 작업을 줄이고, DTLS 기반의 스토리지 및 네트워크 통합 프로토콜을 설계할 때 발생 가능한 리플레이 공격(replay attack)과 여러 시스템 문제들을 정의한다. 또한, 리플레이 공격을 방지하기 위한 비대칭 키 생성 매커니즘, 통신 가능한 피어 노드가 없을 때 사용 가능한 가상 피어 기반의 핸드세이킹 매커니즘 그리고 스토리지 오버헤드를 줄이기 위한 헤더 사이즈 감소 메커니즘를 해결책으로 제시한다. 최종적으로 본 연구는, Openmote B 보드와 Contiki OS를 사용하여 구현된 본 시스템의 성능 평가에서, 본 연구가 제안하는 프로토콜이 기존의 네트워크와 스토리지 보안이 분리되어 있는 시스템보다 네트워크 응답 지연시간과 에너지 사용량을 크게 개선시킬 수 있다는 것을 제시한다. List of Figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III 1. Introduction 1 2. Related Work 5 3. Background 7 3.1 DTLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3.2 Fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4. Challenges in Designing Fusion with DTLS 12 4.1 Technical Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 4.2 Threat Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 5. FDTLS 17 5.1 Virtual Peer Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 5.2 FDTLS Pseudo-random Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 5.3 Storage Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 6. Evaluation 24 6.1 Experimental Scenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 6.2 Operation Latency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 6.3 Energy Consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 7. Limitations 30 8. Conclusion 31 References 32 요약 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 eng The Graduate School, Ajou University 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다. 네트워크 보안과 스토리지 보안을 결합한 DTLS 기반 IoT 경량화 보안 프로토콜 설계 EunSeong Boo Thesis 아주대학교 일반대학원 EunSeong Boo 일반대학원 컴퓨터공학과 2020. 2 Master I804:41038-000000029454 http://dcoll.ajou.ac.kr:9080/dcollection/common/orgView/000000029454 DTLS Secure Internet of Things Self-KeyGeneration This work presents FDTLS, a security framework that combines storage and communication-level security for resource limited Internet of Things (IoT) devices using Datagram Transport Layer Security (DTLS). While coalescing the storage and network-ing security schemes can reduce redundant and unnecessary cryptographic operations, we identify security- and system-level challenges that can occur when applying DTLS towards such concept. FDTLS addresses these challenges by employing an asymmetric key generation scheme, a virtual peer-based handshaking mechanism, and a header size reduction scheme. Our results obtained using Contiki-based implementations on Open-Mote devices show that compared to using storage and networking security separately, FDTLS can reduce the network response latency and improve energy savings.