A Mutual User Authentication and Key Agreement Scheme for Software-Defined Vehicles in V2X Environments

소프트웨어 정의 차량(SDV)은 차량 기능이 소프트웨어로 정의되고 OTA 업데이트를 통해 갱신되는 개방형 구조를 가지므로 공격 표면이 크게 확대되며, 강력한 보안성과 실시간성을 모두 만족하는 사용자 인증이 요구된다. 본 논문에서는 사용자, SDV 및 엣지 서버로 구성된 V2X 환경을 위한 사용자 상호 인증 및 키 합의 스킴을 제안한다. 제안 스킴은 엣지 서버가 개체별 자격 증명을 저장하지 않고 마스터키로부터 매번 재계산하는 무상태 검증 구조를 적용하여 대규모 환경에서의 확장성을 확보하고 비동기화 공격을 구조적으로 차단한다. 또한 차량 탑재 장치의 장기 비밀키를 물리적 복제 방지 기능(PUF)과 퍼지 추출기 기반 오류 정정으로 보호하여 메모리에 저장하지 않는다. 소프트웨어 매니페스트 다이제스트를 인증 과정에 결합함으로써 변조된 소프트웨어가 실행되는 차량과의 키 수립을 거부한다. 아울러 ECDH 기반의 완전 순방향 비밀성과 임시 비밀값 노출 공격 내성을 보장하며, 매 세션마다 의사 신원을 갱신하여 익명성과 비추적성을 제공한다. ROR 모델 기반 정형적 보안 분석과 비정형 보안 분석을 통해 제안 스킴의 안전성을 검증하였으며, 연산 비용 비교를 통해 자원 제약적인 차량 환경에 적합함을 확인하였다.