스마트 컨트랙트를 적용한 역할 기반 접근 제어 기반 파일 접근제어 메커니즘

Ⅰ. 서 론

인터넷의 급격한 발전에 따라 점차 디지털화 되어가는 사회상에 의해 기존의 아날로그 방식에서 디지털 방식을 적용함에 따라 물리적 보안만이 요구되었던 과거와 달리 디지털 자료에 대한 보안성이 강조되고 있으며, 특히 디지털 자료에 대한 권리가 없는 사용자에 의해 침해되는 것이 큰 문제가 되고 있다[1]-[3]. 여기서 사용 권한이 없는 사용자는 자료와 관계가 없는 외부자일 수도 있으나 자료와 밀접한 관계를 가지고 있는 내부자일 가능성 또한 존재한다[4]-[6]. 내부자에 의한 정보 유출은 보안의 난이도가 급격히 상승하며, 일반적으로 장기적 진행이 요구되는 프로젝트의 특성상 내용의 유출은 기업에 대해 큰 피해를 가져올 수 있다[6][7].

본 논문에서는 파일에 대한 접근 권한을 블록에 기록하고, 사용자에 의해 자료에 접근 요청이 발생할 경우에 블록에 기록된 사용자의 역할에 기반한 접근 허가를 진행하며, 일정 기간 내에 요청한 기록을 블록에 추가함으로서 자료에 대한 접근 기록을 관리함으로서 자료가 외부에 유출될 경우, 유출 경로를 추적할 수 있는 하나의 방안이 될 수 있는 메커니즘을 제안한다.

Ⅱ. 관련 연구

2.2 RBAC

RBAC(Role-Based Access Control)은 사용자의 접근을 제어하기 위한 접근제어 기법으로, 사용자의 역할에 기반하여 접근을 제어한다[17][18]. 다수의 접근 권한자가 존재할 경우 많이 채택되는 방식으로 사전에 역할을 정의하고, 접근 권한자에 해당하는 역할을 부여함으로서 역할에 허가된 접근만을 허가함으로서 권한을 벗어나는 자료에 대한 접근을 제어하여 불필요한 자료의 유출을 방지할 수 있도록 한다[19][20].

Fig. 1.

Role based access control concept

Ⅲ. 제안하는 메커니즘

본 논문에서 제안하는 스마트 컨트랙트를 적용한 RBAC는 프라이빗 블록체인 환경에서 구현되어 다수의 기업에서 접근권한 관리자에 의해 구현된 접근 정책을 블록체인으로 기록하고 기업의 사용자 모두가 블록체인을 공유함으로서 데이터의 무결성을 보장할 수 있다. 사용자에 의한 자료 접근 요청이 발생할 경우, 암호화된 자료를 보관하고 있는 관리 시스템에서 사용자 권한 확인을 블록 네트워크에 요청하고, 스마트 컨트렉트에 의해 허가된 사용자로 확인된 경우, 자료를 복호화하여 사용자에게 전송하도록 함으로서 접근 제어를 구현하였다. 각 관리자에 의해 구현된 접근정책은 생성자의 공개키를 이용하여 암호화되어 블록 네트워크에 기록하고, 기록된 블록 데이터는 관리자의 비밀키로 복호화할 수 있는 데이터를 구하기 위한 식별키로서 공개키를 사용하여 찾을 수 있으며, 관리자는 자신의 블록을 찾아 접근정책을 확인할 수 있다[26][27].

그림 2는 제안하는 메커니즘에서 생성되는 블록데이터를 보이는 것이다. 관리자의 접근 정책 수정과성에서 발생되는 관리자 접근 정책 블록, 사용자의 접근 요청에 의해 생성되는 사용자 접근 관리 블록, 역할 기반 접근제어를 수행하기 위해 사용자와 사용자의 역할을 저장하는 접근 권한 블록의 3가지 블록으로 구성된다. 각 블록에 대한 식별 방법은 블록체인의 기타데이터에 식별키를 적용하는 방식을 적용하여 식별할 수 있다.

Fig. 2.

Proposed block configuration

Fig. 3.

Proposed mechanism schematic

3.1 용어

Table 1.

Term

3.2 사용자 접근 권한 변경

사용자의 접근 권한에 대한 생성/변경/삭제와 같은 권한 수정은 관리자에 의해서만 진행될 수 있다. 사용자의 접근 권한 변경이 요구되는 경우, 관리자는 관리 시스템에 권한 변경을 요청하고 관리자에 대한 인증 절차를 진행한다. 관리자의 인증키는 대칭키 암호 알고리즘은 AES(Advanced Encryption Standard)를 이용하여 관리자와 관리 시스템이 공유하는 비밀키를 이용하여 전송된다. 식 (1)은 관리자 인증 키 암호화 과정을 보이는 것이다.

$\[ E_{IDK}=AES\left(Identity Key\right) \]$

(1)

암호화된 관리자 인증키를 받은 관리 시스템은 인증키를 복호화하고, 관리자 인증키에 대해 블록에 기록되어 있는 데이터를 요청하여 기록되어있는 인증키와 대조하여 정당한 관리자임을 확인한다. 식 (2)는 관리자 인증키를 복원하는 과정을 보이는 것이다.

$\[ D_{IDK}=Decryption\left(E_{IDK}\right) \]$

(2)

관리자임이 인증되면 관리 시스템은 블록 네트워크에 기록된 접근 권한 목록을 요청하고, 해당 기록을 관리자에게 반환한다. 관리자는 접근 권한 목록에서 변경하고자 하는 사용자의 역할을 관리 시스템에 전달하고, 관리 시스템은 관리자의 정보와 관리자가 요청한 사용자의 역할을 변경한 기록을 블록데이터로 생성하여 블록 네트워크에 기록하고 블록 네트워크는 생성된 블록의 내용을 관리 시스템에 전달한다.

그림 4는 관리자에 의해 사용자의 접근 권한을 변경하는 과정을 보이는 순서도이다. 접근 권한의 생성/변경/삭제의 3가지 접근 권한 수정에 대해 아래의 그림과 같은 과정을 통해 수행된다.

Fig. 4.

Process for changing the administrator's user access permission

3.3 사용자 데이터 접근 요청

사용자는 데이터에 접근을 요청할 수 있고, 이를 수정할 수 있다. 사용자는 데이터를 요청하기 위해 관리 시스템에 자신의 식별키와 요청하고자하는 데이터를 관리 시스템으로 전송한다. 여기서 암호화키는 공개키 알고리즘인 RSA를 적용하며, 사용자는 비밀키를 사용하여 자신의 식별키와 요청 데이터를 암호화한다. 식 (3)은 사용자의 요청 데이터에 대한 암호문을 생성하는 것을 보이는 것이다.

$\[ E_{UD}=RS{A}_{PubK}\left(User Data\right) \]$

(3)

관리 시스템은 다수의 사용자로부터 공개키로 암호화된 암호문을 받아 비밀키로 복원하며, 복원된 사용자의 식별키를 통해 사용자의 권한을 확인한다. 식 (4)는 사용자의 정보를 복호화하는 과정을 보이는 것이다.

$\[ User Data={RSA}_{\text{Pr}i\text{K}}\left(E_{UD}\right) \]$

(4)

블록체인에서는 사용자의 권한 기록 대조 요청을 받으면 스마트 컨트렉트에 의해 사용자 권한 블록에 기록되어 있는 사용자의 권한 기록을 관리 시스템에 제공하고, 사용자의 접근 기록에 대해 공개키 기반의 암호화가 진행된 블록데이터를 생성한다. 암호화된 블록데이터는 블록 네트워크에 기록되고, 공개키에 의해 암호화된 블록은 이후 해당 블록을 찾기 위해 공개키를 같이 저장함으로서 저장된 공개키는 이후 하나의 식별키로 작용하여 계약 기록을 찾기위한 역할을 수행할 수 있다. 또한 프라이빗 블록체인에 연결되어 있는 다른 접근권한 관리자와는 서로 다른 암호키를 적용하여 시스템 내에서 다른 관리자의 정보를 확인할 수 없도록 한다.

그림 5는 사용자가 데이터를 요청하거나, 추가 또는 수정하는 과정을 보이는 것이다.

Fig. 5.

User data request course

Ⅳ. 기존 방법론과의 비교분석

본 논문에서 제안하는 메커니즘은 데이터베이스에 암호화되어 있는 데이터에 대한 접근 제어를 프라이빗 블록체인을 이용하여 진행하였으며, 관리자의 접근 권한 관리, 사용자의 데이터 접근 관리, 사용자의 접근 권한 관리의 작업이 진행될 때, 각각의 블록을 생성하여 관리하는 것을 특징으로 한다. 본 절에서는 기존의 방법론을 분석하고 제안된 메커니즘과의 비교분석을 진행하였다[24]-[30].

4.3 기존 연구와의 비교분석

본 논문에서 제안하는 내용은 접근권한을 블록체인에서 관리함으로서 접근권한의 무결성을 강화하는 것을 목적으로 하며, Admin에 의해 블록체인에 접근 권한을 기록하고, 사용자가 데이터에 접근을 요청하는 경우, 블록체인의 접근권한 기록을 공개키로 암호화하여 DB로 전송한다. DB에서는 저장되어있는 비밀키를 이용하여 받은 접근권한 기록을 복원하고, 사용자에게 할당된 권한이 정당할 경우, 사용자가 가진 비밀키에 대응하는 공개키를 이용하여 데이터를 전송하는 방법으로 그림 6과 같은 차별성을 가진다.

Fig. 6.

Comparative analysis with existing research

Ⅴ. 구현 결과

그림 7은 구현된 내용 중 사용자의 접근권한을 가진 블록을 임의적으로 생성한 결과를 보이는 것이다. 문자열로 기록된 사용자 블록은 hex로 변환되어 블록에 기록되며, 사용자의 요청에 따라 DB는 사용자 블록을 요청하고, 접근권한 블록의 hex코드를 문자열로 변환하여 사용자의 권한을 인증한다[31]-[39].

Fig. 7.

Access control block implementation results

Ⅵ. 결론 및 향후 과제

잘못된 접근 권한 관리나, 접근 권한의 조작 등에 의하여 데이터가 허가되지 않은 사용자에게 유출될 수 있다. 특히, 유출된 대상이 악의적인 의도를 가진 내부자인 경우에는 데이터가 외부로 유출될 가능성이 존재한다. 데이터의 관리가 아날로그 방식에서 디지털화됨에 따라 데이터의 유출은 유출 당사자에게 있어 큰 문제가 될 수 있으며, 데이터 유출을 방지하기 위한 철저한 접근 관리와, 외부의 악의적인 공격자에 의해 접근 권한이 위·변조되지 않았음을 증명할 수 있어야 한다.

위와 같은 문제를 보완하기 위해 본 논문에서는 블록체인을 이용하여 접근권한을 기록하고, 사용자가 데이터를 요청할 경우, 공개키에 의해 암호화된 접근권한을 비밀키를 가지고 있는 시스템으로 전송하여, 인가된 시스템에서만 사용자의 접근권한을 확인하고, 데이터를 제공하는 메커니즘을 제안하였다. 향후, 블록 데이터는 항시 공개되어있으므로 악의적인 공격자에 의해 비밀키를 유추할 수 있다는 점에서 보다 복잡하고 유추할 수 없는 암호화가 연구되어야 할 것이다.

Acknowledgments

이 논문은 2019년도 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 정보통신기술진흥센터의 지원을 받아 수행된 연구임[2019-0-00203,선제적 위험대응을 위한 예측적 영상보안 핵심기술 개발]. 그리고 2019년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단의 기초연구사업 지원을 받아 수행된 것임(과제번호:NRF-2019R1I1A3A01062789)

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