형광 수술용 펜타입 프로브를 위한 단독 실행형 보안 아키텍처 및 데이터 암호화 시스템 연구

국문 초록 (Abstract)

형광 수술용 펜타입 프로브를 위한 단독 실행형 보안 아키텍처 및 데이터 암호화 시스템 연구 박준하 의공학과 가천대학교 대학원 형광 유도 수술에 사용되는 형광 현미경은 크기가 크고, 움직임이 자유 롭지 않아 사용에 제한사항이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 핸디 형 무선 펜타입 프로브가 개발되었으며, 이와 연동되어 시각화 및 촬영 데이터를 저장하는 애플리케이션의 필요성이 생기게 되었다. 이런 애플리 케이션은 의료 사물 인터넷(IoMT) 환경에 해당하며, 다층적 보안 위협에 직면한다. 본 연구는 이러한 위협에 대응하기 위해, 외부 서버 의존성을 제거한 ' 단독 실행형 아키텍처'와 '데이터 중심 다층 보안' 모델을 구현하고자 하 였다. 단독 실행형 아키텍처를 통해 서버와의 통신 과정에서 발생할 수 있는 보안 위협을 방지하였다. 또한 애플리케이션 내부에 저장되는 데이 터는 Android Keystore의 하드웨어 보안 영역(TEE)을 활용한 '봉투 암호 화' 방식을 적용하여, 키 암호화 키가 OS 해킹 시에도 노출되지 않도록 데이터 기밀성을 확보했다. 또한 본 연구에서는 대용량 수술 영상 처리 시 발생하는 성능 저하 문 제를 해결하기 위해 '청크(Chunk) 기반 암호화' 및 '내부 스트리밍 서버' 기반의 데이터 처리 방식을 제안한다. 제안하는 시스템이 충분한 기밀성을 확보하고 있는지 분석하기 위해 KISA의 '정보통신망연결기기 정보보호인증기준'을 준거로 평가되었으며, TEE 기반 키 관리(KISA 2.3), AES-GCM 데이터 보호, 5회 로그인 실패 시 계정 잠금 등 '베이식' 등급의 핵심 요구사항을 충족함을 입증하였다. 본 연구는 견고한 보안 모델을 구현했으나, WPA2-PSK 프로토콜의 내 재적 취약성, 그리고 Flutter-Java 간 Method Channel의 신규 공격 표면이 라는 한계점이 식별되었다. 향후 WPA3 도입, 하이브리드 암호화 최적화, 'Zero Trust' 원칙 적용을 통한 시스템 고도화가 필요하다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 01
• 1.1 연구 배경 및 목적 01
• 1.2 연구 내용 및 방법 02
• 제2장 의료 애플리케이션 보안 동향 03
• 2.1 의료 애플리케이션 보안 동향 03
• 2.1.1 의료 애플리케이션 보안 시스템 특성 및 주요 보안 위협 03
• 2.1.2 의료 데이터 보호 관련 규제 04
• 2.2 핵심 보안 기술 분석 05
• 2.2.1 시스템의 아키텍처 및 특징 05
• 2.2.2 데이터 생성, 전송 06
• 2.2.3 데이터 사용, 보관 07
• 제3장 의료 IoT 애플리케이션 보안 시스템 설계 10
• 3.1 의료 IoT 애플리케이션 보안 시스템 설계 10
• 3.1.1 사용자 인증·관리 시스템 10
• 3.1.2 키 관리 및 암호화 메커니즘 설계 10
• 3.2 데이터 처리 프로세스 설계 13
• 3.2.1 실시간 영상 캡처 및 메타데이터 암호화 13
• 3.2.2 대용량 녹화 영상의 청크(Chunk) 기반 암호화 13
• 제4장 시스템 구현 및 평가 15
• 4.1 개발 환경 구축 15
• 4.1.1 하드웨어 및 소프트웨어 환경 (Flutter, Java, Android 등) 15
• 4.1.2 네이티브 연동 구현 (Flutter Method Channel) 15
• 4.2 핵심 기능 구현 16
• 4.2.1 사용자 권한 및 접근 관리 16
• 4.2.2 Android Keystore 기반 암/복호화 모듈 17
• 4.2.3. 청크 암호화 및 스트리밍 서버 19
• 4.2.4 애플리케이션 UI 및 장치 제어 20
• 4.3 보안성 및 성능 평가 21
• 4.3.1 KISA IoT 보안인증 요구사항 분석 22
• 4.3.2 제안 시스템의 보안 요구사항 충족도 분석 23
• 4.3.3 암호화 엔트로피 비교 26
• 4.3.4 동영상 청크 trade-off 비교 27
• 4.3.5 하드웨어 기반 키 관리의 성능 오버헤드 및 분포 분석 28
• 제5장 시스템 보안성 및 안전성 증대 방안 30
• 5.1 성능 및 보안성 고찰 30
• 5.2 성능상 한계 및 개선 방안 32
• 5.2.1 WPA2의 취약성 및 WPA3로의 전환 전략 33
• 5.2.2 하이브리드 아키텍처 보안 위협 34
• 제6장 결론 35
• 참고문헌 37
• ABSTRACT 42