스마트 그리드 환경에서 변조 방지 디바이스를 사용하지 않는 안전한 사용자 인증 및 키 합의 방식
A Secure Authentication and Key Agreement Scheme for Smart Grid Environments without Tamper-Resistant Devices
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최근 스마트 그리드 관련 기술의 발전으로 사용자는 다양한 환경에서 보다 안전하고 신뢰성 있는 전력 서비스를제공 받을 수 있다. 그러나 이러한 서비스들은 인터넷을 통하여 제공되므로 공격자의 데이터 주입, 변경, 삭제 및 추출 등 다양한 잠재적인 공격에 취약하다. 따라서 올바른 사용자에게만 서비스를 제공하기 위한 사용자 인증하고 키를 합의 하는 것은 반드시 이루어져야 하는 보안 필수요소 이다. 본 논문에서는 Zhang 등이 제안한 인증 및 키 합의 방식이 안전성을 tamper-resistant 디바이스에 의존하는 문제가 있으며 스마트 미터 도난 및 위장 공격, 세션키 노출 공격 등 다양한 공격에 취약함을 밝히고 이를 개선한 스마트 그리드 환경에서 변조 방지 디바이스를 사용하지 않으며 안전한 사용자 인증 및 키 합의 방식을 제안한다. 또한 제안된 인증 방식의 안전성 및 성능을 분석하고BAN(Abadi-Burrow-Needham) logic 분석을 통하여 제안한 방식이 안전한 상호 인증을 제공함을 입증하였다. 따라서 제안된 방식은 효율적이고 안전하며 실제 스마트 그리드 환경에서 효율적으로 적용 가능한 인증 방식이다.
Abstract
With the development of smart grid technologies, a user can use the secure and reliable power services in smart girdenvironments. However, the users are not secure against various potential attacks because the smart gird services areprovided through the public channel. Therefore, a secure and lightweight authentication and key agreement scheme hasbecome a very important security issue in smart grid in order to guarantee user’s privacy. In 2019, Zhang et al. proposed alightweight authentication scheme for smart gird communications. In this paper, we demonstrate that Zhang et al.’s scheme isvulnerable to impersonation and session key disclosure attacks, and then we propose a secure authentication and keyagreement scheme for smart grid environments without tamper-resistant devices. Moreover, we perform the informal securityand the BAN logic analysis to prove that our scheme is secure various attacks and provides secure mutual authentication,respectively. We also perform the performance analysis compared with related schemes. Therefore, the proposed scheme isefficiently applicable to practical smart gird environments.
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