세션 별 독립적 암호 키 생성을 위한 동적 키 교환 시스템

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Various methods such as AES, DES, and RSA are used for data encryption, but there is a common risk of exposure of cryptographic keys. In this paper, we propose a dynamic key exchange system for the independent cryptographic key generation for each session.
AES was used as the encryption algorithm and Diffie-Hellman public key exchange algorithm was used for key exchange. It is implemented on TCP, and the promised cryptographic key is generated before the session configuration phase by exchanging the public key during the 3-way handshaking.
To verify the performance of the implemented system, the key exchange process is practically shown. And we measured the cryptographic key generation time, CPU usage, bandwidth, and transmission rate to compare the performance with the fixed-key and variable-key algorithms. In addition, experimental results on performance measurement according to various AES key lengths are included.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 2. 관련 연구 4
• 2.1. AES 4
• 2.2. TCP 6
• 2.2.1. TCP 헤더 7
• 2.2.2. TCP 연결 설정 9
• 2.2.3. TCP 연결 해제 11
• 2.3. 공개 키 알고리즘 12
• 2.3.1. 원리 13
• 2.3.2. 디피-헬만 키 교환 알고리즘 14
• 3. 세션 별 독립적 암호 키 생성을 위한 동적 키 교환 시스템 설계 18
• 3.1. 패킷 구조 19
• 3.2. 세션 구성을 위한 노드 필요성 20
• 3.3. 키 교환 태그 21
• 3.4. 암호 키 생성을 위한 키 교환 과정 22
• 3.4.1. A 통신 단말 객체에서 SYN 패킷 송신 24
• 3.4.2. B 통신 단말 객체에서 SYN 패킷 수신 25
• 3.4.3. B 통신 단말 객체에서 SYNACK 패킷 송신 25
• 3.4.4. A 통신 단말 객체에서 SYNACK 패킷 수신 26
• 3.4.5. A 통신 단말 객체와 B 통신 단말 객체 사이의 데이터 교환 26
• 3.5. 세션 종료에 따른 암호 키 삭제 과정 27
• 3.5.1. A 통신 단말 객체에서 FIN 패킷 송신 28
• 3.5.2. B 통신 단말 객체에서 FIN 패킷 수신 28
• 3.5.3. B 통신 단말 객체에서 FIN 패킷 송신 29
• 3.5.4. A 통신 단말 객체에서 FIN 패킷 수신 29
• 4. 동적 키 교환 시스템 구현 및 검증 30
• 4.1. 구현 환경 30
• 4.2. 구현 및 검증 33
• 4.2.1. A 통신 단말 객체 -> 테스트 PC 1 33
• 4.2.2. 테스트 PC 1 -> C 통신 단말 객체 33
• 4.2.3. 인터넷 -> 테스트 PC 2 35
• 4.2.4. B 통신 단말 객체 -> 테스트 PC 2 36
• 4.2.5. 테스트 PC 2 -> C 통신 단말 객체 37
• 4.2.6. 인터넷 -> 테스트 PC 1 38
• 4.2.7. 세션 구성 이후 39
• 4.2.8. 세션 종료 39
• 5. 암호 키 생성 시스템 별 성능 시험 41
• 5.1. 시스템 추가 구성 41
• 5.2. 시나리오 42
• 5.3. 암호 키 생성 소요 시간 43
• 5.3.1. 동적 키 교환 시스템 43
• 5.3.2. 고정 값 키 시스템 44
• 5.3.3. 가변 값 키 시스템 45
• 5.3.4. 성능 비교 46
• 5.4. 패킷 암호화 소요 시간 47
• 5.4.1. 동적 키 교환 시스템 47
• 5.4.2. 고정 값 키 시스템 48
• 5.4.3. 가변 값 키 시스템 49
• 5.4.4. 성능 비교 49
• 5.5. 암호 키 생성시 CPU 사용률 50
• 5.5.1. 동적 키 교환 시스템 50
• 5.5.2. 고정 값 키 시스템 51
• 5.5.3. 가변 값 키 시스템 52
• 5.5.4. 성능 비교 52
• 5.6. 패킷 암호화 시 CPU 사용률 53
• 5.6.1. 동적 키 교환 시스템 54
• 5.6.2. 고정 값 키 시스템 54
• 5.6.3. 가변 값 키 시스템 55
• 5.6.4. 성능 비교 56
• 5.7. 대역폭 및 전송량 57
• 5.7.1. 동적 키 교환 시스템 57
• 5.7.2. 고정 값 키 시스템 58
• 5.7.3. 가변 값 키 시스템 58
• 5.7.4. 성능 비교 59
• 6. 암호 키 길이 별 성능 시험 61
• 6.1. 암호 키 길이 설정 61
• 6.2. 시나리오 62
• 6.3. 암호 키 생성 소요 시간 63
• 6.4. 패킷 암호화 소요 시간 64
• 6.5. 암호 키 생성 시 CPU 사용률 65
• 6.6. 패킷 암호화 시 CPU 사용률 66
• 6.7. 전송량 및 대역폭 67
• 7. 결론 69
• 8. 참고문헌 70