센서 네트워크에서 복원력을 지닌 키갱신 방안 = A Resilient Key Renewal Scheme in Wireless Sensor Networks

국문 초록 (Abstract)

센서 네트워크에서, 센서들은 보호되지 않는 환경에 배치되므로 공격자들의 오염타깃이 되기 쉽다. 만일 오염센서들의 수가 급격히 증가하면, 키 관리 자체가 무력화 된다. 특히, 클러스터 기반의 센서 네트워크에서 클러스터 헤드 (CH: Cluster Head)들의 오염은 일반센서들의 오염보다 훨씬 더 위협적이다. 따라서, 최근에는 오염된 센서들에게 노출된 키들을 그들에게 알려지지 않은 키들을 이용하여 변경시키는 키 갱신 기법들이 부상하고 있다. 그러나 이들은 클러스터 내에서의 그룹키 사용, 매우 소극적인 오염노드 퇴출, 과도한 통신 및 연산오버헤드 유발과 같은 문제점들을 발생시킨다. 본 논문에서는 클러스터 기반의 센서 네트워크에서 클러스터 조직의 갱신을 이용한 선행적인 키갱신 기법을 제안한다. 제안방법에서, 각 센서들은 네트워크 구성시간에 이웃센서들과 개별키들을 설정하며, 이 키들은 클러스터내의 통신에 이용된다. 주기적인 클러스터 재조직에 의해 오염노드들은 네트워크로부터 퇴출되며, 임의의 클러스터 내에서 사용되는 개별키들은 계속해서 변경된다. 또한 새로 선출된 CH들은 자신의 멤버들을 싱크에게 알리는 것에 의해 싱크와 안전하게 키를 일치시킨다. 실험결과는 제안방법이 오염노드들의 증가에도 불구하고 기밀성과 무결성을 크게 향상 시킴을 보여주었다. 또한 실험결과는 제안방법이 SHELL에 비해 소중한 에너지를 더 효율적으로 사용함을 보여주었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In sensor networks, because sensors are deployed in an unprotected environment, they are prone to be targets of compromise attack. If the number of compromised nodes increases considerably, the key management in the network is paralyzed. In particular, compromise of Cluster Heads (CHs) in clustered sensor networks is much more threatening than that of normalsensors. Recently, rekeying schemes which update the exposed keys using the keys unknown to the compromised nodes are emerging. However, they cause some security and efficiency problems such as single group key employment in a cluster, passive eviction of compromised nodes, and excessive communication and computation overhead. In this paper, we present a proactive rekeying scheme using renewals of cluster organization for clustered sensor networks. In the proposed scheme, each sensor establishes individual keys with neighbors at network boot-up time, and these keys are employed for later transmissions between sensors and their CH. By the periodic cluster reorganization, the compromised nodes are expelled from network and the individual keys employed in a cluster are changed continuously. Besides, newly elected CHs securely agree a key with sink by informing their members to sink, without exchangingany keying materials. The simulation results shows that the proposed scheme remarkably improves the confidentiality and integrity of data in spite of the increase of compromised nodes. Also, they show that the proposed scheme exploits the precious energy resource more efficiently than SHELL.

목차 (Table of Contents)

• 요약
• Abstract
• Ⅰ. 서론
• Ⅱ. 관련 연구
• Ⅲ. 네트워크 및 위협 모델
• Ⅳ. 클러스터 구조 변경을 통한 주기적인 키 갱신
• Ⅴ. 실험 결과
• Ⅵ. 결론 및 향후 연구
• 참고문헌
• 저자소개

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