[논문 리뷰] Where Have You Been? Secure Location Provenance for Mobile Devices

Ragib Hasan, Randal Burns|arXiv (Cornell University)|2011. 07. 09.

Privacy-Preserving Technologies in Data참고 문헌 29인용 수 26

한 줄 요약

이 논문은 증인 서명을 받은 위치 증명을 사용하여 이동 사용자의 위치 기록의 연속성과 무결성을 검증하기 위한 보안성과 프라이버시를 보장하는 프레임워크를 제안한다. 해시 체인과 블룸 필터 기반의 두 가지 효율적인 기법을 도입하여 사용자가 전체 추적 기록을 드러내지 않은 채 자신의 위치 기록에서 임의의 부분 시퀀스를 증명할 수 있도록 하며, 공모 공격에 저항하고 안드로이드 기기에서 실용적으로 구현 가능하다.

ABSTRACT

With the advent of mobile computing, location-based services have recently gained popularity. Many applications use the location provenance of users, i.e., the chronological history of the users' location for purposes ranging from access control, authentication, information sharing, and evaluation of policies. However, location provenance is subject to tampering and collusion attacks by malicious users. In this paper, we examine the secure location provenance problem. We introduce a witness-endorsed scheme for generating collusion-resistant location proofs. We also describe two efficient and privacy-preserving schemes for protecting the integrity of the chronological order of location proofs. These schemes, based on hash chains and Bloom filters respectively, allow users to prove the order of any arbitrary subsequence of their location history to auditors. Finally, we present experimental results from our proof-of-concept implementation on the Android platform and show that our schemes are practical in today's mobile devices.

연구 동기 및 목표

• 청구, 접근 제어, 감사와 같은 고위험 응용 분야에서 사용되는 자가 보고한 위치 기록에 대한 신뢰 부족 문제를 해결하기 위해.
• 사용자와 위치가 공동으로 위조된 위치 증명을 만드는 공모 공격을 방지하기 위해.
• 전체 추적 기록을 폭 lộ하지 않고도 사용자가 자신의 위치 기록에서 임의의 부분 시퀀스의 연속성을 증명할 수 있도록 하기 위해.
• 다른 감사 기관에 대해 위치 기록을 선택적으로 공개할 수 있도록 해 사용자 프라이버시를 유지하기 위해.
• 자원이 제한된 이동 기기에서 실용적으로 사용할 수 있도록 경량이고 효율적인 기법을 설계하기 위해.

제안 방법

• 제3자 증인이 위치 증명을 검증하고 서명하는 증인 서명 기반 기법을 도입하여 사용자와 위치 간의 공모를 방지한다.
• 해시 체인을 활용해 위치 증명을 시간 순서에 따라 암호학적으로 묶어 시퀀스의 무결성을 감사할 수 있도록 한다.
• 블룸 필터를 사용해 위치 증명의 순서를 효율적으로 표현하고 검증함으로써 데이터 노출을 최소화한다.
• 성능과 실용성을 평가하기 위해 안드로이드 기기에서 개념 증명 구현체를 설계한다.
• 사용자가 감사 기관에 자신이 원하는 부분 시퀀스만 증명할 수 있도록 선택적 공개를 지원한다.
• 증명 발급 이전에 신체적 존재를 보장하기 위해 안정적인 국소화 기술(예: 거리 기반 검증)에 의존한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 사용자와 위치 제공자 간의 공모 공격에 저항할 수 있는 위치 기록 기반 기법은 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ2 동기화된 시계나 중심화된 타임스탬프 기반 기법에 의존하지 않고도 위치 증명의 시간 순서를 어떻게 검증할 수 있는가?
• RQ3 사용자가 위치 기록의 임의의 부분 시퀀스를 증명하면서도 프라이버시를 유지할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ4 이동 기기에서 최소한의 계산 오버헤드로 위치 증명을 시간 순서에 따라 묶는 데 사용할 수 있는 효율적인 암호 기법은 무엇인가?
• RQ5 이러한 기법들이 현대 이동 플랫폼에 실제로 구현 가능한 정도로 실용적인가?

주요 결과

• 증인 서명 기반 기법은 제3자 검증을 통해 사용자와 위치 간의 공모 공격을 효과적으로 방지한다.
• 해시 체인 기반 기법은 낮은 계산 비용으로 감사자가 위치 증명의 시간 순서를 검증할 수 있도록 한다.
• 블룸 필터 기반 기법은 낮은 대역폭과 스토리지로 효율적이고 프라이버시를 보장하는 위치 순서 검증을 지원한다.
• 안드로이드 기기에서의 실험적 평가를 통해 두 기법 모두 낮은 지연 시간과 메모리 사용량을 보이며 실질적인 구현이 가능하다.
• 시스템은 선택적 공개를 지원하여 사용자가 다양한 감사 기관에 관련된 부분만 공개할 수 있다.
• 기존의 Path-stamps와 비교해 본 논문에서 제안한 기법은 부분 증명 공개가 가능하고 중심화된 신뢰할 수 있는 증명 발급 기관에 의존하지 않아 성능 면에서 뛰어나다.