본 논문에서는 전술 네트워크 환경과 같이 네트워크 연결이 향상 보장되지 못하며 계층적 구조를 갖는 환경을 지원하기 위한 비중앙화된 멀티캐스트 그룹 키 관리 기법을 제안한다. 연결이 보장되기 어렵고 긴 지연 시간을 초래할 중앙 키 관리자를 사용하지 않고, 네트워크 내 계층 구조를 활용하여 무선 네트워크 내 노드들이 그룹 키 관리자를 담당하도록 함으로써 멀티캐스트 그룹 키의 관리를 분산시킨다. 또한, 팀 단위로 가입 요청과 탈퇴 요청을 묶어서 처리함으로써 멀티캐스트 그룹 키의 갱신 메시지 부담을 줄인다. 시뮬레이션을 통하여 타 비중앙화 기법과의 비교에서도 팀 단위 처리와 인접한 그룹 키 관리자로 인해 그룹 키 갱신을 위한 메시지 부담이 본 기법이 매우 낮게 나타났다. 그리고, 멤버쉽 변화율에 따른 그룹 키 갱신 메시지 부담 측정에서 멤버쉽 변화율에 비해 부담이 증가하는 비율이 낮게 나타나 멤버쉽 변화율에 대해 확장성이 있다는 것을 확인할 수 있었다. 그런데, 수학적 분석과 시뮬레이션에서 팀의 규모가 어느 일정값보다 증가하게 되면 팀 내 처리 비용이 증가하여 전체적으로 그룹 키 갱신 비용이 오히려 증가한다는 것도 관측되었다.
In this paper, we propose a decentralized multicast group key management scheme for a hierarchically structured but unstable network like a tactical network. In the tactical network, the connection the infrastructure is not always guaranteed and the unstable connection and long latency would prevent the use of centralized key management scheme. We propose a distributed group key management scheme which distributes the management function to the network nodes by exploiting the hierarchical relationship between the nodes. To reduce the count of key update operations, we propose to aggregate the join and leave requests within a reasonable time bound and process at a time. We build a simulator to evaluate the performance of our proposed scheme and two other decentralized group key management schemes. Our scheme shows less key update cost compared with the other two schemes thanks to the team-based key management and nearby group key management server. The key update cost of our scheme increases slower than the increase of membership change rate. However, through the numerical analysis and simulation, we discovered that the team size beyond some critical threshold causes the overall key update cost of our scheme to become impractically large.
