Korean Society For Computer Game, Vol. 26, No. 2, 30 June 2013, p. 35-41 Copyright c 2002 KSCG ISSN 1976-6513 http://kscg.or.kr 슬롯머신관리 프로토콜 분석시스템 설계 및 구현 안희준 *, 김상민 Design and Implementation of Casino Slot machine Accounting Protocol Analysis System Heejune Ahn*, and Sangmin Kim Department of Electrical and Information Engineering, Seoul National University of Science and Technology #232, Gongneung-Ro, Nowon-Gu, Seoul 139-743, Korea (received March 04, 2013 ; revised June 15, 2013 ; accepted June 08, 2013) ABSTRACT The international and domestic revenue keep growing constantly, and nowadays the international casino game industry is getting upgraded utilizing IT technology. In contrast, due to many constraints and limitations, Korean IT society has not paid attention to the casino IT area. Slot machine is one of popular gaming systems in the casino. In this paper, we present our design and implementation of protocol analysis system for SAS 6.0 protocol. Slot machine accounting system (SAS) is an international standards protocol and provides auditing, management, and additional service for slot machines. Our protocol analysis system design experience provide in-depth understanding on slot machine and its accounting requirement than a simple conceptual introduction of protocol. Also, the key difficulties of SAS protocol implementation and performance requirement is examined. Our system successfully works in small portable embedded system and showed its benefits, showing benefits for debugging and reverse-engineer a real work problem with commercial system. The engine of the analysis software will be the base of real SMIB (slot machine interface board) system for commercial use. Key words: Slot machine, Accounting Protocol, Analysis tools, Development Tool * Correspondence to: Heejune Ahn, Tel.: +82-2-970-6543 E-mail: heejune@snut.ac.kr This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted noncommercialuse, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
36 Heejune Ahn, and Sangmin Kim 1. 서론 슬롯머신은 1887년에 미국에서 Charles Fey 라는 사람에 의하여 고안된 게임 장치로 일반적으 로 카지노 수익의 10~25% 정도를 차지하고 있으 나, 게임규칙이 단순하고 게임 비용이 상대적으로 크지 않아 손님을 유치에 중요한 사업으로 인식되 고 있다[1]. 슬롯머신은 초기에는 기계식으로 설 계되었으나, 현재는 컴퓨터를 기반으로 한 시스템 으로 변화되었으며, 이에 따라 EGM (Electrical Gaming Machine) 또는 VGM (Video Gaming Machine) 으로 불린다. 본 논문에서는 슬롯머신 또는 EGM으로 칭하기로 한다. 드웨어 및 소프트웨어 구조의 설계를 제시한다. 제 4장에서는 실제 구현된 분석장치를 통해 얻어 진 결과를 기능과, 성능을 평가하며, 마지막으로 5 장에서 본연구의 의미와 향후 연구에 대한 기대를 제시한다. 2. 슬롯 회계 프로토콜 (SAS) 2.1 SAS 기반 슬롯머신 관리 시스템 구조 현재 국내외에서 슬롯머신의 관리를 위하여 사 용하고 있는 네트워크의 구조는 다음과 같다. 보 는 바와 같이 EGM과 SMIB간은 GSA의 표준 프 로토콜인 SAS (slot accounting system) [5]를 사용하여 호환성이 보장되고 있으며, SMIB (slot machine interface board)와 후방의 서버장치들 간에는 비표준적인 방식으로 개발사에 따라 별도 의 프로토콜에 따라 운영되고 있다. 따라서 SMIB 업체를 선정하게 되면 후방의 전산시스템이 모두 한정되어 버리는 구조를 가지고 있다. Fig. 1. Slot machine Systems 최근 국내 게임산업의 중요성이 커지면서 게임 을 산업으로 보고 이에 대한 체계적인 접근의 필 요성이 부각되었다[2,3,4]. 그러나 최근 카지노 시스템은 최첨단 IT 기술들과 접목하여 다양한 각 도에서의 발전을 꾀하고 있다. 반면 국내에는 이 와 관련된 산업과 기술인력의 부재가 심각하다. 본 연구는 (주)몽태랑과 같이 진행하고 있는 슬롯 머신 회계장치 국산화과정에서 얻어진 지식중의 일부를 국내 연구자들에게 소개하고 이를 통하여 연구저변을 늘이려는 목적에서 작성되었다. 우선 본 연구에서는 이에 기초가 될 수 있는 현재 사용 중인 슬롯머신 회계 관리 프로토콜인 SAS 6.0 프 로토콜을 개요와 자체적으로 개발한 프로토콜 분 석 장치의 기술개발에 대하여 소개한다. 본 논문의 구성은 제 2장에서 연구의 대상인 SAS 6.0 프로토콜의 기능과 구조에 대하여 소개 하면, 제 3장에서 SAS 프로토콜 분석 장치의 하 Fig. 2. Today's Typical Slot machine Accounting System Network Topology and SAS Protocol 2.2 SAS 프로토콜의 구조 컴퓨터 통신의 계층이론으로 보았을 때 SAS 표준은 3개의 계층으로 구성되어 있다. 최하위 물 리 계층은 SMIB와 EGM은 19.2kbps의 시리얼 통신(RS-232)을 이용하여 통신한다. 링크 계층 에서 SMIB는 마스터-슬레이브 구조로 폴링 방식 을 사용하며, 그림4과 같이 GP(General Poll)과 LP(Long Poll)의 2가지 메시지 Format을 이용 한다. 특이한 점은 9비트 통신을 하고, GP/LP의 첫 번째 바이트의 9번째 비트를 wakeup-bit를 설정함으로써 EGM이 메시지의 시작을 알 수 있 도록 한다.
Design and Implementation of Casino Slot Machines Accounting Protocol Analysis System 37 Fig. 3. SAS Protocol Architecture LP은 SMIB에서 EGM에 명령을 보낼때 사용하 고, 이때 EGM은 응답메세지를 보낸다. LP는 기 능에 따라 R, S, M, G의 네가지 타입으로 나뉜다. 기본적으로 1바이트의 EGM주소와 1 바이트의 명령코드 그리고 고정길이 또는 가변 길이 data로 이루어지며, 타입에 따라 CRC값이 추가된다. SMIB는 GP를 일정 주기로 전송하며, EGM은 보고할 이벤트가 없다면 16진값 00으로 응답하며 특정 이벤트(예. door open, bill accepted)가 발 생하였다면 정해진 1바이트의 이벤트 코드 번호 로 응답한다. general poll event long poll Response addr 0x80 Event value wakup-bit data bits stop-bit addr cmd (len) (Par) (crc16) addr cmd (len) (Par) (crc16) Fig. 4. SAS Message Format 통신에러의 제어방법으로는 CRC를 사용한 오 료 검출과 LP/GP에대해서는 명시적 응답을 통한 ack을, 응답과 이벤트에 대해서는 암시적 ack의 라는 방법을 사용한다. 암시적 ack은 SMIB가 다 른 종류의 GP나 LP를 전송함을 통하여 이전의 EGM의 응답이 성공적으로 전달되었음을 알리는 기법이다. 응용 계층은 EGM에서 발생할 수 있는 각각의 이벤트와 비즈니스 로직을 처리하며 자세한 기능 은 다음 절에서 기능설명을 통하여 기술한다. 2.3 SAS 프로토콜의 기능 그림 5는 SAS6 프로토콜이 제공하는 기능을 정리한 표이다. 각 기능의 핵심 기능은 다음과 같다. l 메트릭 검사 EGM 내부에서 측정하는 다양한 메터들(예, 동 전입력, 출력, 수지급 등)을 호스트에 전달하여 주 는 기능을 제공한다. l 티켓 발행, 환전 게임 참가자가 현금이나 코인이 아닌 종이로 된 티켓을 통하여 게임머니를 소지하고, 지급/환전 할 수 있는 기능이다. 화폐와 관련된 사항이므로 티켓의 검증기능이 중요하며, standard, secure enhanced, system validation이라는 세 가지 방 식이 존재한다. l 실시간 이벤트 처리 (RTE: real time event) 기본 모드에서는 EGM의 폴링주기는 200ms 이상으로 제한되어 이벤트 발생을 처리속도에 제 약이 있다. EGM이 RTE 기능을 제공하게 되면, 폴링 주기도 40ms로 줄어들고, GP의 응답으로 이벤트이상의 정보를 제공할 수 있어 실시간적인 처리가 가능해진다. l Jackpot hand-pay 관련 법규에 의해 일정 수준의 상금액수가 넘어 가면 EGM에서 수지급(handpay) 대기 이벤트가 발생하고 오퍼레이터에 의해 수지급로 상금이 주 어져야 하며 수지급 상황은 리셋되어야만 한다. 그러나 약간의 유연성을 위해서 호스트에서 직접 수지급 상황을 리셋하는 것을 허락한다. l 보너스 제공 서버에서 참가자에게 인센티브 형식의 보너스 를 제공하는 기능이다. 직접 일정양의 크레딧을 제공하는 방식과 multiplied jackpot을 제공하도 록 하는 방식을 제공한다. l 프로그레시브 보너스 프로그레시브 방식의 누적 잭팟(jackpot) 제공 하기위한 누적 양과, 잭팟 발생시 처리를 하기위 한 기능들을 제공한다. l 토너먼트 방식 제공 일정기간 기간 동안 참가자들이 경쟁하여 게임 을 할 수 있도록 하는 기능으로, 게임에 참여를 높 이기 위한 서비스의 일종이다. SAS 프로토콜은 토 너먼트 시작과 결과를 집계하는 기능을 제공한다. l 다중 화폐 단위 지원 EGM은 기본적으로 모든 단위를 credit에 의존
38 Heejune Ahn, and Sangmin Kim 하고 하나의 화폐단위를 사용하도록 개발되었는 데. 최근 기계들은 사용자가 화폐단위를 변경할 수 있도록 하고 있다. 이를 지원하기위하여 프로 토콜의 확장을 지원하고 있다. l AFT (advanced fund transfer) 객장에서 손님들이 현금 없이 게임을 할 수 있 도록 하는 기능으로, id 카드를 이용하여 자신의 계좌에서 게임기로 돈을 넣거나 빼내는 기능을 제 공한다. l ROM 무결성 검증 보안이나 고장으로 인한 EGM내부의 ROM안의 프로그램의 변형 여부를 확인하기 위하여 지문 (signature)을 확인하는 기능이다. l 컴포넌트 인증기능 앞서 ROM 과 마찬가지로, 호스트가 원격으로 EGM에 저장된 데이터와 실행되는 프로그램 등이 변형이 되었는지를 확인하는 기능이다. SAS 프로토콜 기능 종류 ROM signature request Metric Progressive broadcast Tournament operation RTE (real time event) Bonus Controller Jackpot hand-pay ticket print & Redemption Multi-denomation AFT (advanced fund transfer) Component authentification Fig. 5. SAS Protocol Services 3. 프로토콜 분석 시스템 설계 3.1 분석 시스템의 필요성 SAS 프로토콜 표준은 사실상 오랜 기간 동안 에 IGT라는 게임산업의 거대기업에서 슬롯머신과 관리시스템의 호환을 위하여 지속적으로 업데이 트를 해온 표준이지만, 다른 통신 표준에 비하여 오류 에 대한 처리와 응용 시나리오에 대한 설명 이 충분치 않다. 이런 경우 개발자가 할 수 있는 일은 기존의 시스템을 역공학(reverse- engineering)하는 방법이 유일하다. 또한 프로토 콜 장애 발생시 우선적으로 해야 하는 일은 통신 하는 양측 중 측의 문제인지를 가려내는 것이 가 장 선행되어 야할 문제이다. 이를 위해서는 양측 이 송수신한 데이터를 통하여 개발자가 문제를 분 석하는 방법이 가장 보편적인 방안이다. 이러한 용도로 인터넷프로토콜 분야에서는 wireshark[6]라는 툴이 개발되어 연구자들에 많 은 도움을 주고 있다. 본 연구에서는 개발한 장치 는 SAS 프로토콜 입장에서 wireshark와 같은 기 능을 제공한다. 3.2 시스템 하드웨어 구성 본 분석 장치는 소프트웨어와 하드웨어를 모두 포함하며 기본적으로 리눅스 환경에서 개발되었 다. 우선 시스템은 산업용 두개이상의 시리얼 포 트를 제공하는 PC를 사용하였다. 구체적인 사양 은 VIA 사의 ARTIGO 1200모델[7]이나, 시리얼 두 개를 재공하기만하면 다른 기능은 일반적인 하 드웨어구성으로 가능하다. 두 개의 시리얼은 SMIB와 EGM으로부터 오는 메시지는 각각 받기 위해서 수동 모드로 사용된다. Fig. 6. SAS Monitoring Interface connection 3.3 분석 소프트웨어 구성 분석 소프트웨어의 구조를 그림7에 정리하였 다. SMIB와 EGM으로부터 메시지를 받기위해서 2개의 시리얼 포트를 열어 데이터를 각기 처리하 도록 한다. 이때 리눅스상에서 포트의 설정은 8S1 (8비트, space 패러티, 1 stop 비트)에 PARENB(parity enable), INPCK(input parity check), PARMRK(parity mark)를 세 팅하도록 한다[8]. 이 경우 wake-up 즉, 패러 티 비트가 1로 세팅된 바이트 (명령시작알림) 수신시에 hexa값으로 FF가 추가되어 오류로 검출 되면, 원래 FF인 값은 FF-FF로 회피비트
Design and Implementation of Casino Slot Machines Accounting Protocol Analysis System 39 가 포함되어 입력된다. 기본적으로 링크계층은 바이트단위로 상태머 신이 설계되어야하므로 read함수에 의하여 다수 의 데이터가 입력된 경우도 한 바이트씩 입력 처리하도록 구성되었다. 기본적으로 바이트 레 벨 통신에서 메시지 단위로 분리하기위한 방법 으로 에러처리 등을 고려하여 명령시작신호 (wake-up)가 들어오는 경우를 동기시점으로 삼았다. Fig. 8. EGM state diagram for message decoding Fig. 7. SAS Monitoring Software Architecture 메시지 디코딩을 위해서는 EGM과 SMIB모두 를 시뮬레이션해야 하기 때문에 실제 시스템과 유사하게 상태머신을 설계했으며, 대표적으로 EGM쪽 상태머신은 그림 8과 같다. 각각의 상태 들의 이름은 수신 완료된 상태를 나타낸다. 상태 머신은 wakeup bit가 들어왔음을 알리는 신호 를 받으면 이후에 들어오는 데이터 순서대로 1 바이트씩 메시지 버퍼에 채워 넣는다. 이때 명령 바이트가 들어오면 상태머신은 정의된 명령바이 트에 따른 메시지의 길이와 형태를 참조하여 상 태머신의 상태를 변경하게 된다. 완성된 메시지 는 메시지 버퍼에 완성된 메시지는 반환되어 GUI환경에 출력되며 필요에 따라 디코딩된다. 정상적으로 완료된 메시지들은 시간정보와 함 께 GTK+모듈에게 보내져 GUI환경에 출력된 다. GUI 화면은 두 개로 오고가는 메시지들을 전체적으로 보여주는 화면과, 특정 메시지의 상 세 정보를 분석하여 보여주는 상세화면으로 구 성되었다. 이는 wireshark의 구성과 거의 동일 하다. Fig. 9. SAS Analysis System Setup 3.4 세팅, 로깅, 화면 구성 분석엔진에는 기본적으로 설정 파일을 통하여 프로그램에 필요한 선택사항들을 읽어온다. 설정 가능한 정보는 1) 2개의 Serial Port 설정, 2)GUI환경에 출력된 메시지의 레벨 3) 로그파일 생성 여부 및 로깅할 메시지의 레벨 등이다. 출력 되는 메시지와 생성된 로그파일의 메시지는 링크 레벨의 메시지를 제외한 완성된 메시지를 출력하 고 로깅하며, 출력옵션에 따라 링크레벨의 메시지 또한 출력과 로깅이 가능하다. 그림 10에 실제 동작중인 모니터 프로그램의 모습을 보여준다. GUI환경의 화면 구성으로는 크 게 두 개의 세창으로 나눠져 있다. 상단의 창은 주 고 받은 메시지의 16진수 값의 메시지를 보여주 면, 하단의 창은 상단의 리스트에서 선택된 메시 지를 디코딩한 결과를 사용자가 보기 쉽도록 메시 지의 필드별로 출력한다.
40 Heejune Ahn, and Sangmin Kim Fig. 10. SAS Analysis Program Screenshot 4. 시스템 구현 결과 및 분석 정도이며 분석엔진은 시작과 동시에 발생하는 모 든 메시지를 출력하고 저장한다. 일반적인 경우 CPU 사용양과 메모리 사용양은 사용한 임베디드 환경에서는 30%미만으로 크게 무리가 없음 확인 하였다. 아래는 그림 12는 시간에 따른 분석엔진의 구 체적인 CPU사용률의 변화를 나타낸 것이다. 측정 방법으로는 top과 ps명령어를 사용하여 측정하였 다. CPU사용률의 별다른 명령 없이 실행만 하였 을 때와 특정 메시지를 클릭하여 디코딩을 실행하 였을 때, 축적된 메시지를 확인하기 위해서 스크 롤을 사용하였을 때 사용량이 증가 하는 것을 볼 수 있는데, 이 부분은 구현상 개선이 필요하다. 4.1 응용 사례 현재 모니터링 장치를 사용하여 통합 프로토콜 형 SMIB 개발을 진행하고 있다. 이외에 대표적 인 활용사례로 이를 통하여 2013년 상반기에 미 국 Iversion사의 SMIB와 일본 Konami 슬롯머 신간의 TITO서비스에서 발생하는 오류의 문제를 어렵지 않게 확인하였으며, 이를 통하여 업체간의 분쟁을 조기에 정리할 수 있었다. 문제가 되었던 부분은 TITO과정에서 발생하는 메시지 중, SMIB가 CRC를 지원하지 않는 메시지 에 CRC를 붙여 전송을 하여 발생하였다. 머신입 장에서는 예상하지 못한 추가적인 2바이트가 들 어와 잘못된 메시지로 판단하여 무시하면서 발생 한 문제였다. 아래 그림은 문제를 검출 하였던 화 면이다. 정의된 메시지 이후에 추가적인 바이트 는 에러를 표시하며 화면에 보여준다. Fig. 11. A Real System Debugging Case 4.2 성능 분석 및 개선사항 SMIB가 EGM을 폴링하는 주기는 대략 200ms 로 두 디바이스 주고받는 메시지는 1초에 4~5개 Fig. 12. CPU load/usage: monitoring time 4. 결 론 본 논문에서는 현재 국내외적으로 사용하고 있는 슬롯머신 회계 관리 프로토콜인 SAS 표준 을 분석하는 분석 장치의 설계 개발내용을 소개 하였다. 저자들이 알고 있는 바로는 SAS표준은 국내에 한 번도 공식적으로 소개된바 없으므로, 본 연구의 내용과 결과가 앞으로 이러한 분야의 게임 IT분야에 도움이 되리라고 생각된다. 본 연구팀은 분석기를 확장해서 현재 SMIB 자체를 개발하고 있으며, 이 SMIB장치는 SAS 표준 뿐 아니라 향후 SAS를 대치하게 될 G2S [9] 프로토콜도 포함하도록 설계되고 있으므로, 이에 대한 결과가 도출 되는대로 결과를 공식적 으로 소개할 계획이다.
Design and Implementation of Casino Slot Machines Accounting Protocol Analysis System 41 감사의 글 이 연구는 서울과학기술대학교 교내 학술연구 비 지원으로 수행되었습니다. 참고문헌 1. Jim Kilby, Jim Fox, and Anthony F. Lucas, Casino Operations Management, 2nd Edition, John Wiley & Sons, Inc. 2005 2. Ji-Hun Lee, "A Study on Society side Effects by Game Industry Development," Journal of Korean Society for Computer Game, Vol.2, No. 20, pp. 119-123, 2010 3. Yong-Seok Choi, Hyeog-In Kwon, "A Study on Taxonomy of Business model in Game Industry," Journal of Korean Society for Computer Game, Vol. 18, No.14, pp. 231-238, 2008. 4. Ji-Hun Lee, "Study on the Game Trends as a Basis of Balanced Improvement of the Game Industry," Journal of Korean Society for Computer Game, Vol. 18, No.14 pp. 127-136, 2008. 5. IGT Slot Accounting System, version 6.01 June 2003. 6. Wireshark official website: http://www.wireshark.org/ 7 VIA. ARTIGO A1200, http://www.viaembedded. com/en/products/systems/1850/2/artigo_a1200.html 8. Garry Ferking, "Serial Programming How-to," http://www.tldp.org/howto/serial-programming- HOWTO/ 9. GSA G2S Message Protocol v2.0.3, Same to System, 2009. < 著 者 紹 介 > 안 희준 (Heejune Ahn) 정회원 2000년: KAIST 전기및전자공학과 박사 1997년~2001년: LG전자 정보통신 선임연구원 (3G휴대단말 개발) 2002년~2003년: Tmax Soft 연구소 WAS팀장 2004년~현재 : 서울과학기술대 전기정보공학과 교수 (부교수) 2011년~2012년: 미국 버지니아 대학 컴퓨터공학과 방문교수 <관심분야> 임베디드 시스템, 영상 통신, 인터넷 프로토콜, 게임 IT. 김 상민 (Sangmin Kim) 준회원 2013년: 서울과기대 전기정보공학과 학사 2013년 8월~: 서울과기대 제어계측공학과 석사과정 <관심분야> 시스템 소프트웨어, 카지노 IT 시스템