[논문 리뷰] SecureTime: Secure Multicast Time Synchronization

Robert Annessi, Joachim Fabini외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 05. 30.

Advanced Authentication Protocols Security참고 문헌 16인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 NTP와 PTP에서 데이터 원본 인증을 제공하기 위해 고성능 디지털 서명(Ed25519 및 MQQ-SIG)을 활용하는 안전한 멀티캐스트 시간 동기화 프로토콜인 SecureTime를 제안한다. 재전송 공격 및 지연 공격에 저항하면서도 동기화 정밀도에 최소한의 영향을 미치며, 1단계 및 2단계 모드 모두에서 강력한 보안을 확보하면서도 효율성을 해치지 않는다.

ABSTRACT

Due to the increasing dependency of critical infrastructure on synchronized clocks, network time synchronization protocols have become an attractive target for attackers. We identify data origin authentication as the key security objective and suggest to employ recently proposed high-performance digital signature schemes (Ed25519 and MQQ-SIG)) as foundation of a novel set of security measures to secure multicast time synchronization. We conduct experiments to verify the computational and communication efficiency for using these signatures in the standard time synchronization protocols NTP and PTP. We propose additional security measures to prevent replay attacks and to mitigate delay attacks. Our proposed solutions cover 1-step mode for NTP and PTP and we extend our security measures specifically to 2-step mode (PTP) and show that they have no impact on time synchronization's precision.

연구 동기 및 목표

• 비상 기반 인fra구조의 네트워크 시간 동기화를 공격하는 사이버 공격 증가에 대응하기 위해.
• 시간 동기화 프로토콜에서 데이터 원본 인증을 주요 보안 요구사항으로 식별하기 위해.
• 현대의 디지털 서명 체계를 활용해 멀티캐스트 시간 동기화를 위한 안전하고 효율적인 솔루션을 설계하기 위해.
• 보안 메커니즘이 NTP 및 PTP 프로토콜의 동기화 정밀도를 떨어뜨리지 않도록 보장하기 위해.

제안 방법

• 멀티캐스트 환경에서 시간 메시지의 인증을 위해 Ed25519 및 MQQ-SIG 디지털 서명 체계를 활용하기 위해.
• NTP 및 PTP 프로토콜의 1단계 및 2단계 모드에 서명 기반 인증을 통합하기 위해.
• 재전송 공격을 방지하기 위해 메시지 시퀀스 카운터 및 타임스탬프 기반 재전송 방지 기법을 도입하기 위해.
• 동기화된 타임스탬프 검증 및 메시지 신선도 검사를 통해 지연 공격을 완화하기 위해.
• NTP 및 PTP의 원래 시간 정밀도를 유지하는 보안 메커니즘을 설계하기 위해.
• 표준 하드웨어에서의 계산 및 통신 오버헤드를 평가하기 위해 실험을 수행하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 멀티캐스트 시간 동기화 프로토콜에서 데이터 원본 인증을 효율적으로 달성할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 고성능 디지털 서명을 NTP 및 PTP에 통합할 경우 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 재전송 및 지연 공격을 정밀도 저하 없이 효과적으로 완화할 수 있는가?
• RQ4 제안된 보안 조치는 다양한 네트워크 조건 및 배포 환경에서 어떻게 스케일링되는가?
• RQ5 멀티캐스트 시간 동기화에서 보안, 성능, 정밀도 간의 상호 교환 관계는 무엇인가?

주요 결과

• Ed25519 및 MQQ-SIG 서명의 사용은 NTP 및 PTP 모두에서 계산 및 통신 오버헤드를 극히 낮춘다.
• 재전송 및 지연 공격을 위한 제안된 보안 조치는 동기화 프로토콜의 시간 정밀도를 떨어뜨리지 않는다.
• SecureTime는 PTP의 1단계 및 2단계 모드를 모두 성공적으로 지원하며, 눈에 띄는 성능 저하가 없다.
• 실험 결과는 보안 메커니즘이 실시간 및 비상 기반 인프라 응용 분야에 적합하고 효율적임을 확인한다.
• 현대 암호 체계를 활용해 디지털 서명을 시간 동기화 프로토콜에 통합하는 것은 가능하고 실용적이다.
• 낮은 지터 특성을 유지하면서도 고강도 보안 보장을 유지한다.