🔐 IoT 보안 이슈와 경량 암호화 알고리즘(LEA, PRESENT 등)

1. IoT 환경의 특성과 보안 취약 요인

1.1. IoT 환경 특성

• 센서, 엑추에이터, 게이트웨이 등 초경량 디바이스 중심의 연결 구조임
• 저전력, 저연산 자원 기반으로 설계되어 전통적인 보안기술 적용이 어려움
• 다양한 제조사와 표준 부재로 인해 상호운용성과 보안 일관성 부족 발생함
• 물리적 위치에 노출된 디바이스가 많아 물리적 공격에도 취약함

1.2. 보안 위협 요소

• 디바이스 인증 미흡 → MAC 스푸핑, 불법 접근 시도 가능함
• 펌웨어 무결성 결여 → 악성코드 삽입 및 무단 펌웨어 변경 발생 가능함
• 통신 구간 암호화 미비 → 도청, 리플레이 공격, 중간자 공격(MitM) 유발 가능함
• Default Credential 방치 → 하드코딩된 계정 노출, 대규모 봇넷에 악용됨
• 자율 업데이트 기능 미비 → 보안 패치 지연에 따른 지속적 취약성 발생함

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2. IoT 보안 요구사항

2.1. 경량화 보안 요구

• AES, RSA 등 전통적 암호는 연산 비용과 메모리 사용량이 크므로 적합하지 않음
• 전력 효율, 계산 복잡도, 메모리 소모가 낮은 암호화 기술이 필수 요구사항임

2.2. 보안 기능 요소

• 무결성 (Integrity) : 데이터 위·변조 방지 필요
• 기밀성 (Confidentiality) : 민감정보 유출 방지
• 인증 (Authentication) : 디바이스 상호 검증 필수
• 접근통제 (Access Control) : 불법 명령 실행 차단
• 가용성 (Availability) : 서비스 거부 공격(DoS) 방지

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3. 경량 암호화 알고리즘 개요

3.1. 경량 암호화(Lightweight Cryptography)의 정의

• IoT, RFID, 스마트카드 등 제한된 연산 자원을 가진 환경에서 사용 가능한 보안 알고리즘 총칭
• 국제 표준화 기구 ISO/IEC, NIST, ECRYPT 등의 평가 대상에 포함됨

3.2. 설계 고려사항

• 블록 크기 최소화 (예: 64-bit 이하)
• 키 크기 유연성 확보 (80 ~ 128bit 권장)
• 순환 구조 단순화 (SPN, Feistel 등 기반)
• 하드웨어/소프트웨어 양면 최적화

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4. 주요 경량 암호화 알고리즘 비교

알고리즘	구조	키 길이	블록 크기	특이점
LEA (Lightweight Encryption Algorithm)	ARX 구조 (Add-Rotate-XOR)	128/192/256	128	국정원 개발, 32비트 연산 최적화
PRESENT	SPN 구조	80/128	64	ISO/IEC 29192 표준, 초소형 회로 최적화
SIMON/SPECK	Feistel 구조 / ARX 구조	다양함	다양함	NSA 설계, 유연한 파라미터 제공
HIGHT	Feistel 구조	128	64	저전력 환경 특화, ISO/IEC 29192 등록
CHASKA	SPN 구조	128	128	IoT 네트워크 계층에 특화된 설계
LBlock	SPN 구조	80	64	하드웨어 구현 간편, 경량 디바이스에 최적화

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5. 대표 알고리즘 상세 분석

5.1. LEA (Lightweight Encryption Algorithm)

• 한국 ETRI 및 국정원에서 개발한 경량 대칭키 블록 암호
• ARX(Add-Rotate-XOR) 기반 연산을 통해 효율성과 보안성 모두 확보
• 32비트 워드 단위 설계로 하드웨어와 소프트웨어 환경 모두에 적합
• AES보다 빠른 처리 속도 및 낮은 메모리 요구로 IoT에 적합함

5.2. PRESENT

• 독일 Ruhr-Univ.와 Orange Labs가 공동 개발, ISO/IEC 29192-2 표준 채택
• 64-bit 블록 크기, 80/128-bit 키 사용, SPN 구조 기반
• 매우 단순한 구조로 하드웨어 구현 용량이 2000게이트 이하로 작음
• 군사용 RFID 및 초저전력 환경에 적용 사례 존재

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6. IoT 보안 적용 사례 및 향후 과제

6.1. 적용 사례

• 스마트 홈 기기 : PRESENT 알고리즘을 이용한 Zigbee 보안 강화 사례 있음
• 스마트 시티 : LEA 알고리즘을 도로 센서 데이터 암호화에 활용한 국내 도시 사례 존재
• 헬스케어 IoT : ECG, 혈압센서 등에서 SIMON 기반 알고리즘을 통해 개인정보 보호 시도

6.2. 향후 과제

• 글로벌 경량 암호화 표준화에 대한 협력 필요
• Post-Quantum 보안 대응 가능한 경량 알고리즘 개발 과제 존재
• 디바이스 수명주기 동안 보안 유지 가능한 키 갱신 및 정책 연계 기술 부족
• 경량 암호 기반 인증 및 접근제어 기술과의 통합 필요

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⦿ 결론

• IoT 보안은 물리적 제약과 환경 특성으로 인해 전통적 암호체계로는 대응 한계 존재
• 경량 암호화 알고리즘은 전력 효율성과 계산 경량화를 동시에 달성 가능
• PRESENT, LEA 등은 실환경에서 검증된 알고리즘이며, 다양한 표준화 시도 중
• 향후 PQC(Post-Quantum Cryptography)와 결합된 경량 암호 연구가 보안 내재화를 위한 핵심 방향임

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