[논문 리뷰] Using Chinese Characters To Generate Text-Based Passwords For Information Security

Bing Yao, Yarong Mu외 13명|arXiv (Cornell University)|2019. 07. 11.

User Authentication and Security Systems참고 문헌 33인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 중국어 문자를 위상적 그래픽 암호(Topsnut-gpws)로 사용하여 고엔트로피이면서 기억에 오래 남는 텍스트 기반 암호(TB-paws)를 생성하는 새로운 방법을 제안한다. 중국어 문자를 그래프로 모델링하고, 특히 결함이 있는 유사완전 레이블링과 기수 유사완전 레이블링을 적용함으로써, 복잡하고 자기유사적인 한자 네트워크로 변환하여 대수적 그래프 군을 통해 보안성 있고 확장 가능한 네트워크 암호화를 실현한다.

ABSTRACT

Graphical passwords (GPWs) are in many areas of the current world. Topological graphic passwords (Topsnut-gpws) are a new type of cryptography, and they differ from the existing GPWs. A Topsnut-gpw consists of two parts: one is a topological structure (graph), and one is a set of discrete elements (a graph labelling, or coloring), the topological structure connects these discrete elements together to form an interesting "story". Our idea is to transform Chinese characters into computer and electronic equipments with touch screen by speaking, writing and keyboard for forming Hanzi-graphs and Hanzi-gpws. We will use Hanzigpws to produce text-based passwords (TB-paws). We will introduce flawed graph labellings on disconnected Hanzi-graphs.

연구 동기 및 목표

• 정보 보안 분야에서 기억에 오래 남는 동시에 고엔트로피를 갖는 암호를 생성하는 데 도전 과제를 해결하기 위해.
• 중국어 문자가 내재한 위상적 성질과 고정보 밀도 특성을 암호 설계에 활용하기 위해.
• 그래프 이론과 위상적 구조를 기반으로 한 새로운 그래픽 암호(Hanzis-gpws) 클래스를 개발하기 위해.
• 자기유사한 한자 네트워크와 그래픽 군을 활용하여 보안성 있고 확장 가능한 네트워크 암호화를 가능하게 하기 위해.
• 대수적 그래프 이론, 특히 그래프 레이블링과 동형성의 응용을 통해 암호 및 네트워크 보안을 향상시키기 위해.

제안 방법

• 중국어 문자를 내재된 구조적 및 의미적 성질을 지닌 위상적 그래프(Hanzi-graphs)로 모델링한다.
• 이산된 한자 그래프에 결함이 있는 그래프 레이블링을 적용하여, 유사완전 또는 기수 유사완전 성질을 지닌 다수의 연결된 Topsnut-gpws를 생성한다.
• 인접 행렬, e-값 행렬, ve-값 행렬을 사용하여 알고리즘적 절차를 통해 Topsnut-gpws를 텍스트 기반 암호(TB-paws)로 변환한다.
• 변수를 포함한 분석적 행렬을 기반으로 한 텍스트 기반 암호 생성을 위해 xOy 평면상의 분석적 한자(Analytic Hanzis)를 도입한다.
• 정점-중첩 및 간선-중첩 알고리즘(k = I, II, III, IV)을 활용하여 피보나치 및 재귀적 정점 식재 연산을 기반으로 한 자기유사한 한자 네트워크를 구축한다.
• 특히 아벨加법 유한군과 영회전 레이블링 체계를 포함한 그래픽 군을 활용하여 빠르고 확장 가능한 네트워크 암호화 및 AI 호환 보안 프로토콜을 실현한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 위상적 및 그래프 이론적 원리를 활용하여 중국어 문자를 보안성 있고 기억에 오래 남는 텍스트 기반 암호로 체계적으로 변환할 수 있는가?
• RQ2 어떤 그래프 레이블링 기법(예: 유사완전, 기수 유사완전, 결함 있는 레이블링)을 이산된 한자 그래프에 적용하여 연결되고 서로 동형이 아닌 Topsnut-gpws를 생성할 수 있는가?
• RQ3 자기유사한 한자 네트워크를 알고리즘적으로 어떻게 구성하여 확장 가능한 네트워크 암호화를 지원할 수 있는가?
• RQ4 대수적 그래픽 군과 동형성 기반의 구조는 네트워크 암호화의 보안성과 효율성을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 중국어 문자의 획 순서는 어떤 방식으로 인공지능 및 그래프 신경망 응용을 위한 방향성 있는 한자-gpws 설계에 기여할 수 있는가?

주요 결과

• 이산된 한자 그래프에 대한 결함이 있는 그래프 레이블링이 성공적으로 다수의 쌍별로 동형이 아닌 연결된 Topsnut-gpws를 생성하여 다양한 암호 생성을 가능하게 한다.
• x ∈ {I, II, III, VI} 및 k ∈ [1,4]인 ALGORITHM-x (1-line-O-k)는 e-값 및 ve-값 행렬을 활용하여 Topsnut-행렬을 복잡한 TB-paws로 체계적으로 변환할 수 있다.
• xOy 평면상의 분석적 한자(Analytic Hanzis)를 통해 변수를 포함한 행렬 기반 변환을 통해 더 복잡한 TB-paws를 생성할 수 있다.
• 피보나치 정점 알고리즘과 정점 또는 간선 중첩 알고리즘(k = I, II, III, IV)을 활용하여 자기유사한 한자 네트워크를 효과적으로 구축할 수 있으며, 이는 그래픽 반군을 형성한다.
• 특히 영회전 및 아벨 가법 유한군을 포함한 그래픽 군은 어떤 네트워크/그래프라도 빠르고 보편적으로 암호화할 수 있게 하며, AI 및 기계 수준의 보안을 지원한다.
• 방향성 그래프와 획 순서 모델링을 기반으로 한 방향성 한자-gpws는 AI 호환성과 관계 기반 인덕티브 바이어스 기반 보안 시스템을 위한 새로운 길을 열어 놓는다.