[논문]스마트 그리드에서의 AMI 보안에 관한연구

김연수; 김진철; 고종빈; 손태식

doi:10.12673/jkoni.2012.16.6.1014

스마트 그리드에서의 AMI 보안에 관한연구
A Study on Security of AMI(Advanced Metering Infrastructure) in SMARTGRID 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.16 no.6 = no.57, 2012년, pp.1014 - 1023

김연수 (한전KDN(주), 아주대) , 김진철 (한전KDN(주)) , 고종빈 (아주대학교 정보통신대학 정보컴퓨터공학부) , 손태식 (아주대학교 정보통신대학 정보컴퓨터공학부)

초록
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최근 스마트그리드가 발달함에 따라 AMI망에서의 보안은 전력정보통신에 많은 변화를 주었다. 본 연구는 사이버 공격으로부터 AMI시스템과 제품사이에 연결되어있는 각각의 구성품을 안전하게 보호하고, 댁내와 사용자에게 발생할 수 있는 2차 피해를 막기 위해 설계되었다. AMI망에서의 보안문제를 해결하기위해 공개된 암호키를 기반으로 보안알고리즘을 구성하고 키를 생성하여, 새로운 AMI설비가 보호될 수 있도록 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently with improvement of SMART Grid, AMI network security has been affecting the environment for Electric information and communication. The system and communication protection consists of steps taken to protect the AMI components and the communication links between system components from cyber intrusions. The addition of two way communications between SUN and HAN introduces additional risk for unauthorized access to the AMI system. In this paper, we propose new AMI device authentication infrastructure, key establishment and security algorithm based on public key encryption to solve AMI network security problems.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

설치가 간편하고 접근이 용이한 전력망에서의 원격검침에 있어 암호 및 보안기술은 전력 공급자의 입장에서 뿐만 아니라 개별 고객의 입장에서도 매우 중요한 요소이므로 원격 검침에 필요한 기기의 생산에서 설치까지의 안전성을 보장하고, 개별 검침기의 인증 및 검침값의 위/변조를 막을 수 있는 암호 및 보안 기술의 개발이 시급하다. 따라서 본 논문에서는 AMI 기반 스마트그리드 보안 기술에 대한 제안 및 시험을 진행하였다.
본 논문에서는 AMI보안부문에 대한 국제표준 및 기술동향에 대한 분석을 하고, AMI 보안을 위한 PKI(Public Key Infrastructure) 기반의 기기 인증체계와 AMI기기간 상호 인증을 하고 키 교환을 통하여 데이터를 암호화하여 전송할 수 있는 보안 프로토콜을 제안 및 시험하여 그 적용 가능성을 검증하였다. 향후에는 보다 AMI 네트워크 환경에 적합한 스마트그리드 보안 기술에 대한 연구가 필요하다.

제안 방법

AMI기기는 위에서 언급한 인증서 발급 및 주입시나리오에 따라서 AMI기기에 인증서를 주입하고,[그림9]와 같이 주입된 인증서를 기반으로 AMI기기는 AMI서버에 기기인증을 요청하고, AMI서버는 인증서의 유효성을 검증하고 세션키를 생성하고 ECDH방식으로 세션키를 교환한다.
실제시험은 [그림11]과 같이 AMI지능형 집중기에서 무선모뎀이 장착된 스마트 미터까지의 데이터를 측정하여 비교분석하였으며, 제안한 알고리즘의 성능평가를 위한 실험항목은 다음과 같다. 첫째, 실험 시스템에 제안한 원격검침 프로파일을 적용한 결과를 수행하였으며.
제조사는 기기프로파일 생성프로세스를 통하여 AMI기기의 인증서를 발급받고 인증서주입 프로세스를 통하여 주입모듈은 AMI기기에 인증서를 주입한다. 이때 제조사의 보안정책에 따라서 기기에서 기기의 개인키와 공개키를 생성하는 방법과 중계모듈에서 기기의 개인키와 공개키를 생성하는 방법이 가능하다 이에 대한 시나리오는 [그림8]과 같다.
스마트그리드 기반의 AMI 시스템에서 통신의 신뢰성 향상과 안전한 통신을 위한 표준화 개발을 위한 원천기술로 사용될 수 있다. 좀 더 자세히 살펴보면 본 연구는 스마트그리드망을 기반으로 한 원격검침 및 부가사업이 본격화되어 이에 따른 보안문제 부재에 따른 호환성 문제를 해결하고 시스템의 안전성 보장을 위해 필수적인 암호학적 요구사항을 만족하는 키관리 방법, 검침값의 안전한 전송을 위한 키공유 방법, 검침값 전송 방법을 제공한다. 그러므로 IRM과 검침기기 및 기타설비가 공격자의 다양한 공격에 노출된 상황에서도 안전하게 데이타를 서버까지 전달되도록 보장한다.
실제시험은 [그림11]과 같이 AMI지능형 집중기에서 무선모뎀이 장착된 스마트 미터까지의 데이터를 측정하여 비교분석하였으며, 제안한 알고리즘의 성능평가를 위한 실험항목은 다음과 같다. 첫째, 실험 시스템에 제안한 원격검침 프로파일을 적용한 결과를 수행하였으며. 둘째.

데이터처리

둘째. 제안한 키교환 및 보안 알고리즘에 대해서 변화에 따른 성능 비교를 하였다.

성능/효과

2009년 7월30일 Black Hat 2009에서는 스마트 미터에서의 웜 감염 및 전파 시연이 있었다. 시뮬레이션 결과 24시간 동안 특정 스마트 미터 제품을 대상으로 15,000~22,000대의 원격제어 권한 획득이 가능하였고, 웜에 감염된 스마트 미터에 대한 제어가 가능함을 보임으로써 스마트그리드 사이버 공격이 현실 속에 존재함을 보였다.

후속연구

스마트그리드 기반의 AMI 시스템에서 통신의 신뢰성 향상과 안전한 통신을 위한 표준화 개발을 위한 원천기술로 사용될 수 있다. 좀 더 자세히 살펴보면 본 연구는 스마트그리드망을 기반으로 한 원격검침 및 부가사업이 본격화되어 이에 따른 보안문제 부재에 따른 호환성 문제를 해결하고 시스템의 안전성 보장을 위해 필수적인 암호학적 요구사항을 만족하는 키관리 방법, 검침값의 안전한 전송을 위한 키공유 방법, 검침값 전송 방법을 제공한다.
본 논문에서는 AMI보안부문에 대한 국제표준 및 기술동향에 대한 분석을 하고, AMI 보안을 위한 PKI(Public Key Infrastructure) 기반의 기기 인증체계와 AMI기기간 상호 인증을 하고 키 교환을 통하여 데이터를 암호화하여 전송할 수 있는 보안 프로토콜을 제안 및 시험하여 그 적용 가능성을 검증하였다. 향후에는 보다 AMI 네트워크 환경에 적합한 스마트그리드 보안 기술에 대한 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	일반적인 스마트 미터링의 구조는?	대부분의 경우 보안 요구사항을 도출하는 단계에서 연구를 진행하고 있으며 보안요구 사항을 만족하는 프로토콜 규격에 관한 연구는 초기 상태이다. 스마트 미터링은 일반적으로 지능형 검침기를 댁내에 설치하고 검침 값을 원격으로 판독한 후 사용자에게 결과를 통보하는 구조로서 전기와 함께 가스, 수도 등이 통합되어 검침되는 형태를 취한다.
	스마트 미터를 대상으로 해킹을 통한 오작동 유도 및 2차 공격의 예를 들면?	특히 AMI에서 주요 기기인 스마트 미터를 대상으로 해킹을 통한 오작동 유도 및 다양한 2차 공격 발생이 가능하다. 예를 들어, 스마트 미터의 F/W 업그레이드 시 해커에 의한 악성코드가 삽입되어 디지털 기기를 파괴하는 PDoS(Permanent DoS) 공격 발생이 가능하다. PDoS 공격은 내장형 소프트웨어로 백신 프로그램 등을 통해 탐지 및 치료, 공격자 추격이 매우 어렵다.
	AMI(Advanced Metering Infrastructure)이란?	AMI(Advanced Metering Infrastructure)는 에너지부하자원의 효율적인 관리와 에너지 소비의 절감을 위하여 에너지 공급자와 사용자간 양방향 정보교환을 위한 인프라로서 에너지사용정보를 측정·수집·저장· 분석 하고, 이를 활용하기 위한 총체적인 시스템을 의미한다. 또한 협의의 의미로는 유틸리티 사업자가 에너지사용자의 에너지사용정보를 취득하여 과금을 하기 위한 인프라를 의미한다.

참고문헌 (5)

"Smart Grid cyber Security Strategy and Requirements," NIST, 2009.01.
"AMI System Security Requirements V1.01," UCAIUG, 2008.12.
"State-of-the-art technologies & protocols Version:1.0," OPEN Meter, 2009.06.
Ralph Mackiewicz, "IEC61850 & ICCP-TASE.2 Technical Overview", SISCO
Chartwell, "The Chartwell AMR Report 2003 8th Edition", October 2003.

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