드론은 단순히 취미활동에서 소방, 건설, 인명구조, 농업, 방범, 영상촬영 등 그 활용범위가 점점 더 확대되었다. 국방 분야에서도 군사 목적으로 활발히 활용하고 있으며, 전 세계적으로 많은 군사작전에서 사람이 수행하기 제한되는 작전을 성공적으로 수행하며 높은 효율성을 입증하였다. 또한, 여러 대의 소형드론을 군집형태로 운용하는 군집 드론도 다방면으로 연구가 진행되고 있다. 소형 군집 드론은 다수의 소형드론으로 구성되어 있고 경량화 및 소형화되어있다. 이러한 소형드론들은 적은 배터리, 연산량, 메모리, 이륙 중량 및 빠른 토폴로지 변화 등의 제한사항을 가지고 있으며, 이는 기존 연구된 많은 보안 기법의 적용이 제한된다는 것을 의미한다.
기존 드론의 운용방식은 주로 중앙 집중방식을 활용하며, 이는 드론과 지상통제소(Ground Control Station, 이하 GCS)가 1대1로 통신 및 인증하는 방식이다. 그러나 이 방식은 사전 인프라의 구축과 작전반경의 제한 및 지속적인 서버와의 통신을 요구한다. 따라서 군사작전의 특성상 임의의 지형에서 운용에 제한을 받는다. 또한, 작전 수행 간 소형 군집 드론의 수가 증가할수록 중앙집중방식만으로는 인증 및 통신의 한계가 발생한다. 따라서 소형 군집 드론의 운용방식은 자율적인 네트워크를 구축해야 한다.
이에 본 논문에서는 안전한 소형 군집 드론의 자율적인 네트워크를 구축하기 위해서 선행 연구되었던 FANET(Flying Ad-Hoc Network)의 Reactive 방식 중 대표적인 DSR과 AODV 라우팅 프로토콜에 PUF(Physical Unclonable Function)을 적용하여 소형 군집 드론 상호 간 GCS 없이도 안전한 경로획득 및 상호인증을 수행할 수 있는 기법을 제안한다.
제안된 안전한 경로획득 및 인증기법은 기존 DSR과 AODV 라우팅 프로토콜의 경로획득 간 경로 발견, 설정, 유지단계에 사용되는 라우팅 패킷을 각 드론에 내장된 PUF 칩에서만 생성되는 특정한 입력값(Challenge)에 대한 고유한 출력값(Response)을 활용하여 패킷을 암·복호화하여 기존 DSR과 AODV 라우팅 프로토콜에서의 경로 발견, 설정, 유지단계에서 발생할 수 있는 공격자의 위조 및 탈취 공격 등의 위험성을 제거하였다. 선행 연구된 보안 라우팅 프로토콜에서는 디지털 서명 및 해시함수 등을 활용하는 대칭 키나 공개키 방식을 제안하였으나, 이러한 방식들은 과도한 연산량과 오버헤드, 배터리 소모를 일으키고 대칭 키도 사전키 공유가 전제되고, 키가 노출될 경우 통신 전체에 위협이 될 수 있어 소형 군집 드론의 제한적인 특징에는 적합하지 않다. 그러나 PUF 기반의 제안안은 대칭·공개 키를 사용하지 않아 적은 연산량과 오버헤드만을 발생시키고 배터리 소모를 최소화하고 CRP를 이용해 암·복호화를 진행하므로 사전 키 공유가 불필요하고 키 노출의 위험을 감소시킨다.
선행연구들은 중앙집중방식으로 지상 서버를 이용해 상호인증을 제공하는 것을 전제로 하고 있으나, 본 논문은 각 드론이 사전 생성한 자신의 CRP 중 하나를 선정하여 드론그룹과 공유하고 각 드론은 전체 드론의 CRP를 테이블 형식으로 비휘발성 메모리 (Non Volatile Memory, 이하 NVM)에 저장하여 경로 발견, 설정, 유지단계에서 지상 서버 없이 자체 상호인증이 가능하도록 설계하였다. 효율성과 보안성을 보장하기 위해 본 논문에서는 제안 안과 선행연구들의 연산량, 오버헤드, 사전 키 공유 측면에서 분석하여 선행연구보다 제안안이 우수하다는 것을 확인하였고, PUF 및 라우팅 프로토콜의 주요 공격들에 대한 저항성을 분석한 결과 제안안은 주요 공격들에 대해 공격 저항성을 가진다는 결론을 도출하였다.