A Study on Secret Key Generation Using Biosignals = 생체신호를 이용한 비밀키 생성에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

헬스케어 시장이 확대됨에 따라 개인 생체정보의 중요성이 대두되고 있다. 특히 인슐린 펌프와 같은 임플란트 디바이스가 외부에서 공격당할 경우 사용자의 생명에 치명적일 수 있다. 따라서 임플란트 디바이스가 안전하게 외부와 통신하기 위해 비밀키를 생성할 수 있는 방법이 필요하다. 사전에 키 공유 없이 임플란트 디바이스와 통신하기 위해 생체 신호를 이용할 수 있다. 생체 신호 중 PPG 신호는 신체 내외부에서 측정할 수 있고 개개인마다 고유한 특성을 가지고 있다. PPG 신호를 이용해 비밀키를 생성하는 대표적인 방법으로는 fuzzy vault와 fuzzy commitment가 있다. 그러나 fuzzy vault는 상관관계 공격에 취약하고 fuzzy commitment는 항시 PPG 신호를 측정하고 있어야 비밀키를 생성할 수 있다. 본 논문에서는 fuzzy commitment의 시드 조각풀을 도입하여 기존에 측정된 PPG 신호를 이용해 비밀키를 생성할 수 있는 방법을 제안한다. 제안한 방법을 토대로. 제안한 방법을 토대로 생성된 생체 비밀키의 사용 가능성을 확인하기 위해 엔트로피 테스트 및 생성 시간 테스트 등의 실험을 진행하였다.

목차 (Table of Contents)

• List of Figures ⅲ
• List of Tables v
• Abstract vii
• Chapter 1. Introduction 1
• 1.1 Motivation 1
• 1.2 Contributions and Organization of the Thesis 2
• Chapter 2. Preliminaries 6
• 2.1 IPI features 6
• 2.2 Fuzzy Commitment 7
• 2.3 Fuzzy Vault 8
• Chapter 3. Biometric Secret Key Generation using Seed Piece Pool 11
• 3.1 Vulnerability of Fuzzy Vault 11
• 3.1.1 Attacking Fuzzy Vault 11
• 3.1.2 Attack Scenario 12
• 3.1.3 Experimental Environment 14
• 3.1.4 Result 15
• 3.2 Vulnerability of Fuzzy Commitment 17
• 3.2.1 Peak Misdetection 18
• 3.3 Seed Piece Pool Based Key Generation Method 19
• 3.3.1 Seed Piece Error Correction 20
• 3.3.2 Peak Misdetection Recovery 21
• 3.3.3 IPI Rearrangement 22
• 3.3.4 IPI Selection 23
• 3.3.5 Seed Piece Pool 23
• Chapter 4. BKG System Design and Implementation 26
• 4.1 System Overview 26
• 4.1.1 BKG System structure 27
• 4.1.2 Software Block 29
• 4.2 Biometric Secret Key Generator 32
• 4.2.1 Biometric Information Collection Block 33
• 4.2.2 Seed Piece Pool Management Block 33
• 4.2.3 Biometric Secret Key Generation Block 38
• 4.3 Security Protocol Simulator for Biometric Secret Key Verification 40
• 4.3.1 Security Protocol Establishment Block 41
• 4.3.2 User Interface Block 42
• Chapter 5. Experiment 45
• 5.1 IPI Entropy Test by LED Wavelength of PPG Sensor 45
• 5.1.1 IPI Data Collection 45
• 5.1.2 AIS.31 Test 47
• 5.1.3 Result 48
• 5.2 Entropy Verification of Seed Piece Data 50
• 5.2.1 Experiment 50
• 5.2.2 Result 52
• 5.3 FAR/FRR Test 60
• 5.3.1 FAR Test 60
• 5.3.2 FRR Test 60
• 5.4 Biometric Secret Key Randomness Test 61
• 5.4.1 Entropy Test Results By Number of Seed Pieces 62
• 5.4.2 Correlation Between the Number of Seed Pieces and the Randomness 64
• 5.5 Biometric Secret Key Generation Time Test 70
• 5.5.1 Experimental Environment 70
• 5.5.2 Result 70
• 5.6 IPI Recovery Test 71
• 5.6.1 Entropy Test 71
• 5.6.2 Number of Recovery 73
• Chapter 6. Conclusion 74
• Reference 76