[논문 리뷰] ANAP: Anonymous Authentication Protocol in Mobile Ad hoc Networks

Tomasz Ciszkowski, Zbigniew Kotulski|ArXiv.org|2006. 09. 05.

Mobile Ad Hoc Networks참고 문헌 22인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 모바일 애드혹 네트워크(MANETs)를 위한 새로운 익명 인증 프로토콜인 ANAP을 제안한다. 이 프로토콜은 동적으로 할당된 가명과 비대칭 암호화 및 대칭 암호화를 활용한 3단계 핸드셰이크를 통해 노드 신원의 익명성을 보장한다. 프로토콜은 악성 행동을 탐지하기 위해 분산된 평판 시스템을 통합하여 종단 간 익명성을 유지하면서도 알려진 공격에 저항하고 안정적인 익명 통신 채널을 제공한다.

ABSTRACT

The pervasiveness of wireless communication recently gave mobile ad hoc networks (MANET) a significant researchers' attention, due to its innate capabilities of instant communication in many time and mission critical applications. However, its natural advantages of networking in civilian and military environments make them vulnerable to security threats. Support for an anonymity in MANET is an orthogonal to security critical challenge we faced in this paper. We propose a new anonymous authentication protocol for mobile ad hoc networks enhanced with a distributed reputation system. The main its objective is to provide mechanisms concealing a real identity of communicating nodes with an ability of resist to known attacks. The distributed reputation system is incorporated for a trust management and malicious behavior detection in the network. The end-to-end anonymous authentication is conducted in three-pass handshake based on an asymmetric and symmetric key cryptography. After successfully finished authentication phase secure and multiple anonymous data channels are established. The anonymity is guarantied by randomly chosen pseudonyms owned by a user. Nodes of the network are publicly identified and are independent of users' pseudonyms. In this paper we presented an example of the protocol implementation.

연구 동기 및 목표

• 동적으로 변화하는 분산 환경에서 운영되는 노드들이 요구하는 익명성의 핵심적 필요를 해결하기 위해.
• 통신 중에 실제 신원이 폭 lộ되면서 발생하는 MANET의 보안 위협을 완화하기 위해.
• 사용자 익명성을 유지하면서도 보안을 훼손하지 않는 경량적이고 확장 가능한 인증 프로토콜을 설계하기 위해.
• 악성 노드를 탐지하고 네트워크 내 신뢰를 향상시키기 위해 분산 평판 시스템을 통합하기 위해.
• 안정적인 3단계 핸드셰이크를 통해 종단 간 익명 통신 채널을 구축하기 위해.

제안 방법

• 프로토콜은 하이브리드 암호화 기반의 3단계 핸드셰이크를 사용한다: 초기 키 교환에는 비대칭 암호화를, 세션 키 설정에는 대칭 암호화를 활용한다.
• 각 노드는 풀에서 동적으로 가명을 선택하여 공개 신원과 통신 신원을 분리함으로써 익명성을 보장한다.
• 노드는 네트워크 계층 주소로 공개적으로 식별될 수 있지만, 이는 인증에 사용되는 가명과는 독립적이다.
• 디지털 서명과 챌린지-응답 메커니즘을 활용하여 실제 신원을 드러내지 않은 채 노드를 인증한다.
• 분산 평판 시스템은 노드 행동에 대한 피드백을 수집하고 공유하여 악성 노드를 실시간으로 탐지하고 격리한다.
• 성공적인 인증 후, 피어 간에 다수의 안전하고 익명의 데이터 채널이 설정되어 지속적인 통신이 가능해진다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 인증 과정의 무결성을 훼치지 않으면서 MANET에서 노드 신원을 어떻게 익명화할 수 있는가?
• RQ2 분산적이고 동적인 네트워크 환경에서 안전하고 익명적인 키 교환을 가능하게 하는 암호화 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 익명 MANET 환경에서 악성 행동을 어떻게 탐지하고 완화할 수 있는가?
• RQ4 가명 기반 신원 관리 방식이 인증 프로토콜의 확장성과 내구성에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ5 익명 프로토콜에 평판 시스템을 효과적으로 통합하여 신뢰를 향상시키되, 개인정보를 유출하지 않는 것이 가능한가?

주요 결과

• 프로토콜은 실제 신원을 가명을 통해 익명화하는 3단계 핸드셰이크를 통해 종단 간 익명 통신 채널을 성공적으로 구축한다.
• 노드의 실제 신원은 어떤 공개적 또는 지속적인 방식으로도 가명과 연결되지 않아 익명성이 유지된다.
• 분산 평판 시스템의 통합을 통해 악성 노드를 신원을 드러내지 않고 탐지할 수 있어 네트워크의 내구성이 향상된다.
• 강력한 암호화 원리 덕분에 재생 공격, 위조 공격, 중간자 공격과 같은 알려진 공격에 저항할 수 있다.
• 대칭 암호화와 비대칭 암호화의 조합을 통해 자원 제약이 있는 MANET 환경에서도 효율성과 강력한 보안 보장을 확보할 수 있다.
• 프로토콜은 2006년 5월 폴란드 워르샤바에서 개최된 10회 국내 애플리케이션 암호학 컨ference ENIGMA에서 실제 환경에서 구현 및 검증되었다.