대표 프로젝트#HKDF#HMAC#Merkle Tree#SHA-256

평문 기반 대칭-라쳇 키 생성 (특허 출원)

경희대 MESL 학부연구생 · 2026.02.13 출원 · 발명자 3인

출원번호 10-2026-0029765 · 출원인 경희대학교 산학협력단 · 발명자 3인(지도교수, 대학원생, 본인) · 청구항 15개 · 심사청구

문제: 대칭키는 만료될 때마다 새 키를 교환해야 합니다. 라우터 하나에 기기 수백 대가 몰린 IoT 환경에서는 이 키 교환 트래픽이 커집니다. 체인 키 하나로만 다음 키를 만들면 그 키가 노출될 때 미래 키도 위험해집니다.
접근: 세션 동안 주고받은 평문을 머클 트리로 해시한 다이제스트와 체인 키를 HMAC, HKDF로 결합합니다. 양쪽 기기가 같은 평문을 갖고 있으니 각자 같은 다음 키를 계산합니다.
효과: 키 교환 패킷 없이 키를 갱신합니다. 공격자는 세션 평문 전체를 복제해야 다음 키를 계산할 수 있고, 쓴 키는 폐기해 전방향 비밀성을 유지합니다.

키 갱신 한 단계

세션 키를 그대로 다음 키 생성에 쓰면, 그 세션 키가 풀렸을 때 공격자가 다음 키까지 따라갈 수 있습니다. 그래서 출력을 64바이트로 늘려 절반은 데이터 암호화용 세션 키로, 나머지 절반은 밖으로 나가지 않는 체인 키로 씁니다.

출원 도면과 발표 자료

세션 1, 2, 3이 이어지며 각 세션의 통신 데이터 다이제스트와 체인 키로 HKDF를 거쳐 다음 세션 키와 체인 키를 만드는 흐름 — 연속 세션 키 갱신 흐름 · 발표 자료

평문 블록 해시에서 머클 리프, 해시 노드를 거쳐 머클 루트를 만드는 트리 — Root Digest · 머클 트리

해시 연산부, PRK 생성부, 출력키 재료 생성부, 키 생성부로 이루어진 장치 구성도 — 도 1 · 장치 구성

다이제스트 생성, PRK 생성, OKM 생성, 2분할로 세션 키와 체인 키 생성까지의 흐름도 — 도 4 · 키 생성 방법

양쪽 키를 맞추는 방법

상대가 ACK로 확인한 바이트까지만 다이제스트에 넣습니다(ACK Commit Rule).
복호나 무결성 검증에 실패하면 KeyUpdate Reject로 키 갱신을 멈추고 재전송합니다.
송신 측이 이미 키를 바꿨다면 이전 상태로 롤백합니다.
순서가 뒤바뀐 메시지는 일정 개수까지 보관했다가 순서대로 트리에 넣습니다.

적용 분야로는 메신저와 원격회의처럼 암호화 트래픽이 많은 서비스, 저전력 IoT와 스마트팩토리를 적었습니다. 해시와 HKDF만 쓰기 때문에 연산이 가볍습니다.

담당

단일 파생 키를 세션 암호화와 다음 키 생성에 함께 쓰면, 세션 키가 노출됐을 때 다음 키까지 추적될 수 있다는 취약점 식별
대안 검토
출력을 64바이트로 늘려 세션 키와 체인 키로 나누는 키 분리 구조 제안