[논문 리뷰] Private key encryption and recovery in blockchain

Mehmet Aydar, Salih Cemil Cetin외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 07. 09.

Biometric Identification and Security참고 문헌 21인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 블록체인을 위한 생체인증 기반 개인 키 암호화 및 분산 복구 메커니즘을 제안한다. 지문에서 유도된 대칭 키를 사용하여 안전한 키 저장을 구현하고, 비밀 분할 기반으로 장애에 강한 키 복구를 실현한다. 이 방법은 암호문 의존도를 제거하고 생체인증 기반 키 복원을 가능하게 하여 보안성과 사용자 편의성을 향상시킨다.

ABSTRACT

The disruptive technology of blockchain can deliver secure solutions without the need for a central authority. In blockchain protocols, assets that belong to a participant are controlled through the private key of an asymmetric key pair that is owned by the participant. Although, this lets blockchain network participants to have sovereignty on their assets, it comes with the responsibility of managing their own keys. Currently, there exists two major bottlenecks in managing keys; $a)$ users don't have an efficient and secure way to store their keys, $b)$ no efficient recovery mechanism exists in case the keys are lost. In this study, we propose secure methods to efficiently store and recover keys. For the first, we introduce an efficient encryption mechanism to securely encrypt and decrypt the private key using the owner's biometric signature. For the later, we introduce an efficient recovery mechanism using biometrics and secret sharing scheme. By applying the proposed key encryption and recovery mechanism, asset owners are able to securely store their keys on their devices and recover the keys in case they are lost.

연구 동기 및 목표

• 블록체인 시스템에서 안전하고 사용자 친화적인 개인 키 관리의 핵심 과제를 해결한다.
• 비밀번호 의존도, 물리적 손실, 중앙집중화된 신뢰성 등의 전통적 키 저장 방식의 한계를 극복한다.
• 지문 템플릿을 사용하여 대칭 키를 생성함으로써 개인 키 보호를 위한 생체기반 암호화 체계를 개발한다.
• 비밀 분할 기반으로 키 공유를 분산 배포하여 중앙 집중적 기관에 의존하지 않고도 손실된 키를 복원할 수 있는 분산 키 복구 메커니즘을 설계한다.
• 분산 환경에서 생체인증과 암호화 키 관리를 통합하여 보안성과 사용자 편의성을 동시에 향상시킨다.

제안 방법

• 지문 생체인증을 활용하여 개인 키를 암호화하기 위한 대칭 암호화 키를 생성함으로써, 오직 정당한 사용자만이 복호화할 수 있도록 보장한다.
• 재발급 가능한 지문 템플릿을 적용하여 생체정보 유출 시 키 재암호화가 가능하게 하여 보안성을 향상시킨다.
• 손실에 대비한 내구성과 안전한 저장을 위해 개인 키를 다수의 조각으로 분할하는 에러 복구 코드 기반 방법을 구현한다.
• 예를 들어 샤미어의 기법과 같은 비밀 분할 기법을 활용하여 키 조각을 신뢰할 수 있는 기관이나 장치에 분산 배포함으로써, 임계 수준의 조각이 모여야만 키를 재구성할 수 있도록 한다.
• 비밀 분할 과정에 생체인증을 통합하여 오직 정당한 소유자만이 키 복구를 시작할 수 있도록 보장한다.
• 로컬 암호화와 분산 복구를 모두 지원하는 프레임워크를 설계하여 중앙 집중형 서버나 암호문에 대한 의존도를 최소화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 원시 생체인증 템플릿을 폭 lộ하지 않으면서도 생체정보를 사용해 블록체인의 개인 키를 안전하게 암호화할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 탈중앙화된 블록체인 환경에서 실수로 분실된 개인 키를 효율적이고 안전하게 복구할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ3 생체기반 키 암호화가 생체 템플릿 유출나 재발급 상황에서도 내성적으로 견고하게 유지될 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ4 비밀 분할 기반 분산 구조와 생체인증을 효과적으로 융합하여 안전하고 사용자 친화적인 키 복구를 실현할 수 있는가?
• RQ5 기존의 키 저장 방식과 비교했을 때 제안된 시스템은 보안성, 사용자 편의성, 개인정보 보호 측면에서 어떤 차이를 보이는가?

주요 결과

• 제안된 생체기반 암호화 기법은 지문에서 유도된 대칭 키를 활용하여 개인 키를 안전하고 암호문 없이 암호화할 수 있다.
• 재발급 가능한 지문 기반 기법을 통합함으로써 생체정보 노출 시 키 재암호화가 가능해져 장기적인 보안성을 향상시킨다.
• 비밀 분할 기반 복구 기법은 충분한 수의 조각이 모여야만 개인 키를 재구성할 수 있도록 하여 단일 장애 지점의 위험을 방지한다.
• 중앙 집중형 키 저장소나 암호문 기억 의존도를 줄여 사용자 편의성과 보안성을 동시에 향상시킨다.
• 모바일 애플리케이션과의 통합 및 런타임 보호를 위한 화이트박스 암호화 기반 향후 배포를 지원하는 프레임워크를 제공한다.
• 기존 시스템의 주요 한계인 생체인증 통합 부재 및 손실된 키에 대한 효율적 복구 메커니즘 부재 문제를 해결한다.