The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication (한국인터넷방송통신학회논문지)

The Institute of Internet, Broadcasting and Communication (한국인터넷방송통신학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

CoAP/6LoWPAN-based Smart Home Network system using DTLS

DTLS 보안기술이 적용된 CoAP/6LoWPAN 기반의 스마트 홈네트워크 시스템

  • 김연수 (한국산업기술대학교, 컴퓨터공학부) ;
  • 김기태 (한국산업기술대학교, 컴퓨터공학부) ;
  • 이보경 (한국산업기술대학교, 컴퓨터공학부)
  • Received : 2018.10.04
  • Accepted : 2018.12.07
  • Published : 2018.12.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Recently, technologies related to the Internet of Things have developed rapidly and research on mobile environment home network systems is actively in progress. The Internet Engineering Task Force (IETF) Working Group proposed the CoAP/6LoWPAN technology as a suitable protocol for internetworking IoT devices with the Internet in a limited environment and adopting it as a standard. However, the existing home network systems hardly include security protocols. IETF recommends DTLS(Datagram Transport Layer Security) on UDP as security protocol suitable for IoT environments. In this paper, smart home network system based on CoAP/6LoWPAN by using DTLS is implemented in mobile environments. The data transfer time is measured according to each procedure of the DTLS protocol and the need to improve DTLS protocol is suggested.

최근 사물인터넷 관련 기술이 급속도로 발전하고 있고 이에 따라 모바일 환경 중심의 홈 네트워크 시스템과 관련된 연구들이 활발하게 진행되고 있다. IETF(Internet Engineering Task Force)에서는 저전력, 저용량, 저성능 등 제한된 환경에서 인터넷과 연동하여 사물들을 동작시키기 위한 대표적인 기술로 CoAP/6LoWPAN 프로토콜을 제안하고 있다. 그러나 기존에 구현된 홈 네트워크 시스템은 보안 기능이 거의 구현되어 있지 않은 실정이다. IETF에서는 IoT환경에 적합한 UDP 기반의 보안 프로토콜로 DTLS(Datagram Transport Layer Security)을 권고하고 있다. 본 논문에서는 DTLS 보안기술을 적용하여 모바일 환경에서 CoAP/6LoWPAN 기반의 홈 네트워크 시스템을 동작시키고 제어하는 시스템을 구현하였다. 또한 본 시스템을 활용하여 DTLS 동작 절차에 따른 데이터 전송 시간을 측정하였으며 향후 보안 프로토콜의 성능 개선의 필요성을 제안한다.

Keywords

OTNBBE_2018_v18n6_53_f0001.png 이미지

그림 1. 통합 시스템 구성 Fig. 1. Integrated System Configuration

OTNBBE_2018_v18n6_53_f0002.png 이미지

그림 2 프로토콜 스텍 Fig. 2. Protocol Stack

OTNBBE_2018_v18n6_53_f0003.png 이미지

그림 3. 홈 네트워크 시스템 모델 구성 Fig. 3. Home Network System model

OTNBBE_2018_v18n6_53_f0004.png 이미지

그림 4. 안드로이드 앱 화면 Fig. 4. Android App Screen

OTNBBE_2018_v18n6_53_f0005.png 이미지

그림 5. 전체 핸드쉐이크 과정 Fig. 5. Message Flights for Full Handshake

OTNBBE_2018_v18n6_53_f0006.png 이미지

그림 6. 보안인증 과정 Fig. 6. Security certification process

OTNBBE_2018_v18n6_53_f0007.png 이미지

그림 7. CoAP/DTLS GET 메시지 과정 Fig. 7. Process of CoAP/DTLS GET message

OTNBBE_2018_v18n6_53_f0008.png 이미지

그림 8. CoAP, HTTP, DTLS의 전송 시간(ms) Fig. 8. Transmission Times of CoAP and HTTP and DTLS (ms)

OTNBBE_2018_v18n6_53_f0009.png 이미지

그림 9. 구간 별 소요시간(s) Fig. 9. Interval operation time(s)

표 1. DTLS의 Record Layer 포맷 Table 1. DTLS Record Layer Format

OTNBBE_2018_v18n6_53_t0001.png 이미지

표 2. 구간 별 소요시간(ms) Table 2. Interval operation time(ms)

OTNBBE_2018_v18n6_53_t0002.png 이미지

References

  1. SooHyun Ahn, Kwangjo Kim "A Method of lightweight DTLS protocol for IoT", Graduate school of information security, KAIST.
  2. HanByul Yeon, A Study on End-to-End Security from the Viewpoint of IoT Network Architecture, http://www.riss.kr/link?id=T14477869
  3. IETF-RFC6347 Datagram Transport Layer Security Version 1.2, https://tools.ietf.org/html/rfc6347
  4. IETF-RFC7252 The Constrained Application Protocol (CoAP), https://tools.ietf.org/html/rfc7252
  5. IETF-RFC6347 IPv6 over BLUETOOTH(R) Low Energy, https://trac.tools.ietf.org/html/rfc7668
  6. Sun-Jin Oh, Design of the Smart Application based on IoT DOI: https://doi.org/10.7236/JIIBC.2017.17.5.151
  7. Lei Hang, Wenquan Jin, Do-Hyeun Kim, A Design and Implementation for Registration Service of IoT Embedded Node using CoAP Protocol-based Resource Directory in Mobile Internet Environments DOI: http://dx.doi.org/10.7236/JIIBC.2016.16.1.147
  8. Minzheong Song, A Study on Business Types of IoT-based Smarthome: Based on the Theory of Platform Typology DOI: http://dx.doi.org/10.7236/JIIBC.2016.16.2.27
  9. Hyoung-Ro Lee, Chi-Ho Lin, Design and Implementation of Arduino-based Efficient Home Security Monitoring System DOI: http://dx.doi.org/10.7236/JIIBC.2016.16.2.49