The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology (한국정보전자통신기술학회논문지)

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IoT MQTT Security Protocol Design Using Chaotic Signals

혼돈신호를 이용한 IoT의 MQTT 보안 프로토콜 설계

  • Yim, Geo-Su (Department of Electrical Engineering, Pai Chai University)
  • Received : 2018.10.07
  • Accepted : 2018.12.20
  • Published : 2018.12.29
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Abstract

With the rapid advancement of information and communication technology and industrial technologies, a hyper-connected society is being realized to connect human beings, all programs and things via the Internet. IoT (Internet of Thing), which connects a thing and another thing, and things and human beings, gathers information to realize the hyper-connected society. MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) is a push-technology-based light message transmission protocol that was developed to be optimized to the limited communication environment such as IoT. In pursuing the hyper-connected society, IoT's sensor environment information is now being used as a wide range of information on people's diseases and health management. Thus, security problems of such MQTT include not only the leak of environmental information but also the personal information infringement. To resolve such MQTT security problems, we have designed a new security MQTT communication by applying the initial-value sensitivity and pseudorandomness of the chaotic system to the integrity and confidentiality. The encryption method using our proposed chaotic system offers a simple structure and a small amount of calculation, and it is deemed to be suitable to the limited communication environment such as IoT.

정보통신과 산업기술의 급속한 발전으로 인간과 모든 프로그램 그리고 사물들이 인터넷을 통해 연결되는 초연결사회(hyper-connected society)가 구현되고 있다. 초연결사회를 구현하기 위한 정보의 수집은 사물과 사물 그리고 사물과 인간을 연결하는 사물인터넷(IoT: Internet of Thing)이 그 역할을 담당하고 있다. (MQTT: Message Queuing Telemetry Transport)는 이런 사물인터넷의 제약된 통신환경에 최적화되어 개발된 푸시 기술(push technology) 기반의 경량 메시지 전송 프로토콜이다. 초연결사회를 지향하면서 IoT가 담고 있는 정보는 센서의 환경정보에서 이제는 사람의 질병과 건강관리까지 담당하는 광범위한 정보가 되었다. 이런 MQTT에 대한 보안 문제는 환경정보 유출뿐만 아니라 개인의 정보 침해에까지 이르게 되었다. 우리는 이런 MQTT의 보안의 문제점을 해결하기 위해 혼돈계의 초기치 민감성, 유사 난수성을 무결성과 기밀성에 적용하여 새로운 보안 MQTT통신방법을 설계하였다. 우리가 설계한 혼돈계를 이용한 암호화 방법은 구조가 간단하고 계산량이 적기 때문에 IoT와 같은 제한된 통신환경에 적합한 통신방법이라고 생각된다.

Keywords

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그림 1. MQTT 전송 프로토콜 Fig. 1. Protocol of MQTT Transport

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그림 3. 혼돈 신호를 이용한 암호화 구조 Fig. 3. Encryption scheme of chaotic signals

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그림 2. 디지털혼돈계의 시계열 도표 Fig. 2. Temporal behavior of digital chaotic signals

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그림 4. 전송 데이터 암호화 구조 Fig. 4. Encryption scheme of transmission data

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그림 5. 제안된 MQTT 프로토콜의 구조 Fig. 5. Structure of proposed MQTT protocol

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그림 6. 제안된 MQTT 프로토콜의 모의실험 Fig. 6. Simulation of proposed MQTT protocol

표 1. 제안된 MQTT 프로토콜의 효율성 Table 1. Effectiveness of proposed MQTT protocol

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