국방 위성 신호 암호화 및 물리계층 보안 기법 공동 최적화

Abstract

전 세계 어디에서든 끊김 없는 인터넷 서비스를 위해 온보드 프로세서(OBP)가 탑재되어 있는 위성은 짧은 대기 시간과 높은 처리량을 제공할 수 있다. 그러나, 위성 신호의 브로드캐스팅 특성으로 인해 잠재적인 도청에 취약하여 통신 위성 사용자에게 상당한 보안 위험이 있다. 또한, 위성망을 구축함에 있어서 지상망에 비해 경제적, 자원적 한계점이 있다. 지금까지는 이러한 위성망에서의 보안 위협 문제와 한계점을 해결하기 위해 물리계층 보안(PLS) 과 암호화 기술이 독립적으로 개발되어왔다. 하지만 이 경우에 높은 연산 능력이 요구되고, 다중 도청자에 의한 높은 위협이 발생할 수 있으며 도청자의 채널 상태 및 보안 위협 수준 예측의 어려움이 있다. 본 논문에서는 온보드 컴퓨팅이 가능한 위성 네트워크를 위한 보안 및 송신 전력, 컴퓨팅 전력 할당의 통합 프레임워크를 제안한다 (그림 1). 먼저 다수의 도청자가 협력 및 비협력 하는 경우에 대한 보안 위협을 추정한다. 추정된 보안 위협을 고려하여 온보드 전력 할당 및 가우시안 빔포밍 모델을 설계한다. 다음으로 OMA(직교 다중 접속) 및 NOMA(비직교 다중 접속) 기술을 활용하여 온보드 전력 할당, 보안 알고리즘 선택 및 사용자/빔 스케줄링을 위한 공동 최적화 문제를 설계하고 온보드 전력 할당 및 스케줄링에 대한 최적 솔루션을 도출한다. 마지막으로 분석 및 시뮬레이션을 통해서 제안하는 방법이 기존의 방법에 비해 높은 보안 성능과 처리량을 제공함을 보인다.