[논문 리뷰] Providing a hybrid cryptography algorithm for lightweight authentication protocol in RFID with urban traffic usage case

V. Chegeni, Hamid Haj Seyyed Javadi외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 04. 15.

Advanced Authentication Protocols Security인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 도시 교통 관리 시스템의 RFID 시스템을 대상으로 경량이며 하이브리드 암호 기반 상호 인증 프로토콜을 제안한다. 대칭 암호와 비대칭 암호를 조합하여 고속이고 안정된 태그-리더 간 통신을 보장한다. 프로토콜은 위조 공격, 추적 공격, 재생 공격에 저항하면서도 계산 오버헤드를 최소화하여 실시간으로 자원이 제한된 환경, 예를 들어 스마트 시티 인프라에 적합하다.

ABSTRACT

Today, the Internet of Things (IoT) is one of the emerging technologies that enable the connection and transfer of information through communication networks. The main idea of the IoT is the widespread presence of objects such as mobile devices, sensors, and RFID. With the increase in traffic volume in urban areas, the existing intelligent urban traffic management system based on IoT can be vital. Therefore, this paper focused on security in urban traffic based on using RFID. In our scheme, RFID tags chose as the purpose of this article. We, in this paper, present a mutual authentication protocol that leads to privacy based on hybrid cryptography. Also, an authentication process with RFID tags is proposed that can be read at high speed. The protocol has attempted to reduce the complexity of computing. At the same time, the proposed method can withstand attacks such as spoofing of tag and reader, tag tracking, and replay attack.

연구 동기 및 목표

• RFID 기반 도시 교통 관리 시스템의 보안 취약점을 해결하기 위해.
• 자원이 제한된 RFID 태그에 적합한 경량 인증 프로토콜을 설계하기 위해.
• RFID 태그와 리더 간의 상호 인증을 보장하면서 강력한 개인정보 보호 기능을 확보하기 위해.
• 태그 위조, 추적, 재생 공격과 같은 일반적인 공격을 완화하기 위해.
• 실시간 교통 응용 프로그램에서 고속 작동을 위해 계산 복잡도를 최소화하기 위해.

제안 방법

• 프로토콜은 빠른 인증을 위해 대칭 키 암호(예: 경량 블록 암호)를 통합하고, 키 교환을 위해 비대칭 암호(예: ECC)를 사용한다.
• 상호 인증은 케이지-응답 메커니즘을 포함한 3메시지 교환을 통해 달성된다.
• 태그와 리더의 신원은 단방향 해시 함수와 무작위화를 사용하여 보호되어 추적을 방지한다.
• 타원 곡선 암호(ECC)의 사용으로 기존 공개 키 시스템에 비해 키 크기와 계산 비용을 감소시킨다.
• 모든 암호 연산은 저전력 RFID 태그에 최적화되어 있어 고속 스캔과 최소 지연을 보장한다.
• 메시지 무결성 검사를 위해 해시 기반 MAC를 사용하여 메시지 변조를 방지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 하면 도시 교통 시스템의 성능과 보안 요구 사항을 충족하는 경량 RFID 인증 프로토콜을 설계할 수 있는가?
• RQ2 RFID 시스템에서 보안, 효율성, 일반 공격에 대한 저항성을 균형 잡는 데 어떤 하이브리드 암호 기법을 사용할 수 있는가?
• RQ3 강력한 상호 인증과 개인정보 보호를 유지하면서 계산 복잡도를 얼마나 줄일 수 있는가?
• RQ4 제안된 프로토콜은 실제 도시 교통 환경에서 위조 공격, 추적 공격, 재생 공격에 효과적으로 저항할 수 있는가?
• RQ5 기존의 RFID 인증 체계와 비교해 성능과 자원 사용 측면에서 프로토콜의 성능은 어떠한가?

주요 결과

• 제안된 프로토콜은 계산 오버헤드를 최소화하여 저전력 장치에 적합한 태그와 리더 간의 상호 인증을 달성한다.
• ECC와 대칭 암호의 통합으로 키 크기와 처리 시간이 감소하여 고속 환경에서 성능이 향상된다.
• 고유하고 시간에 민감한 챌린지에 기반한 인증으로 위조 공격에 효과적으로 저항한다.
• 무작위화된 식별자와 단방향 해시 함수의 사용으로 태그 추적을 방지한다.
• 챌린지-응답 메커니즘에 타임스탬프와 순서 번호를 통합하여 재생 공격을 완화한다.
• 통신 중에 정적 또는 예측 가능한 정보가 노출되지 않도록 하여 강력한 프라이버시를 유지한다.