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[국내논문] 산업제어시스템의 보안 적용을 위한 구간 암호화 모듈의 가용성 성능 분석 원문보기

情報保護學會誌 = KIISC review, v.24 no.5, 2014년, pp.26 - 31  

이재훈 (국민대학교 금융정보보안학과) ,  최현덕 (국민대학교 금융정보보안학과) ,  이옥연 (국민대학교 금융정보보안학과)

초록
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산업제어시스템(Industrial Control System, ICS)은 전력, 가스, 수도, 교통 등과 같은 국가기반시설 및 산업분야에서 원거리에 산재된 시스템을 효율적으로 관리하기 위한 시스템이다. 초창기 제어시스템은 특정 용도에 맞게 독립적으로 운영하였다. 하지만 최근 시스템의 효율적인 유지관리 및 경쟁력 강화 등의 이유로 인터넷과 같은 다양한 통신 인터페이스를 활용한 시스템 운영의 연구가 진행되면서 외부적인 보안 위협에 대한 보안관리가 요구되고 있다. 본 논문은 산업제어시스템에 적용 가능한 구간 암호화 기술이더넷 통신 환경에서 분석하였다. 구간 암호화 기술 적용 전후의 통신 속도를 측정 및 비교하여, 실제 암호화 적용 시의 통신 성능을 예측 하고자 한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 특히, 산업제어시스템은 국기기반시설을 총괄하는 시스템으로서 침해사고 발생 시 국가적으로 그 영향이 매우 크고 국민의 안정에 영향을 미칠 수 있으므로, 철저한 사전예방 및 보안관리가 요구된다. 따라서 본 논문은 산업제어시스템을 살펴보고 비화기 방식의 구간 암호화 모듈을 활용하는 보안 솔루션을 제공한다. 또한 실험을 통해 구간 암호화 기술의 성능을 분석하고, 산업제어시스템에 보안을 적용할 때 실제로 발생하는 통신 지연 시간을 예측할 수 있는 기준을 제시하고자 한다.
  • 따라서 본 논문은 산업제어시스템을 살펴보고 비화기 방식의 구간 암호화 모듈을 활용하는 보안 솔루션을 제공한다. 또한 실험을 통해 구간 암호화 기술의 성능을 분석하고, 산업제어시스템에 보안을 적용할 때 실제로 발생하는 통신 지연 시간을 예측할 수 있는 기준을 제시하고자 한다.
  • 본 실험의 목적은 산업제어시스템의 보안 솔루션으로써 구간 암호화 기술을 적용함에 있어 가용성 성능분석을 통해 각 환경에 따라 적절한 보안이 적용될 수 있도록 참고자료를 제시하고자 한다. 따라서 기존의 시스템 환경을 최대한 유지하면서 적합한 보안 기능을 수행할 수 있는 장비를 활용 혹은 설계해야 하는데, 이번 실험을 통해 산업제어시스템을 가정한 테스트베드를 구축하고 비화기 형식의 장비를 활용한 구간 암호화 기술의 가용성 성능 평가를 수행하고자 한다.
  • 본 실험의 목적은 산업제어시스템의 보안 솔루션으로써 구간 암호화 기술을 적용함에 있어 가용성 성능분석을 통해 각 환경에 따라 적절한 보안이 적용될 수 있도록 참고자료를 제시하고자 한다. 따라서 기존의 시스템 환경을 최대한 유지하면서 적합한 보안 기능을 수행할 수 있는 장비를 활용 혹은 설계해야 하는데, 이번 실험을 통해 산업제어시스템을 가정한 테스트베드를 구축하고 비화기 형식의 장비를 활용한 구간 암호화 기술의 가용성 성능 평가를 수행하고자 한다.
  • 본 논문에서는 산업제어시스템을 가정한 가용성 성능을 실험하기 위해 이더넷 통신 인터페이스를 기반으로 진행하였다. PC A와 PC B 사이에 Server- Client모델을 구현하여 Client는 송신한 데이터의 에코메시지 도달 시간을 측정한다.
  • 앞서 제시한 수식을 활용해 측정된 데이터를 분석하는 방법을 제시하고자 한다. 먼저, 수식(2)를 살펴보면 α값을 계산하는데, 실제로 β값은 매우 작은 값이며, 이더넷 환경에서는 시간 변수(ε)가 β값에 비해 매우 크므로, α=O(ε)로 표현할 수 있다.
  • 따라서 실험실 환경에서 TCA값을 계산함으로써 실제 산업제어시스템에 보안을 적용하는데 발생하는 비용을 예상하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
산업제어시스템에서 보안 솔루션이 선택이 아닌 필수 인 이유는 무엇인가? 산업제어시스템의 다양한 취약점이 제기되면서 그에 따른 각종 보안 솔루션들이 제안 되고 있지만, 많은 시스템 관리자들은 보안이 적용되면 시스템에 부하가 발생하고 성능저하가 따른다고 생각하는 경우가 많다. 하지만 감시 및 정보 수집을 목적으로 하는 시스템의 중요 데이터가 유무선 통신 인터페이스를 통해 그대로 노출되는 상황에서는, 정보 유출의 가능성이 항상 존재하기 때문에 데이터의 기밀성 보장에 관한 보안 솔루션은 선택이 아닌 필수다. 또한 산업제어시스템은 원격지에 위치한 기기를 유무선 통신 인터페이스를 통해 제어하는데, 이때 송수신되는 제어 데이터가 평문형태라면 공격자에 의해 위변조 될 가능성이 존재한다.
산업제어시스템이란? 산업제어시스템(Industrial Control System, ICS)은 전력, 가스, 수도, 교통 등과 같은 국가 주요 기반 시설을 감시 또는 제어하는 시스템으로, 산업설비가 복잡하고 대형화됨에 따라 효과적으로 운영할 수 있도록 설계된 시스템이다. 이는 또한 원방감시 및 제어 데이터수집 시스템(Supervisory Control and Data Acquisition), 분산제어시스템(Distributed Control Systems), PLC(Programmable Logic Controllers)와 같은 여러 종류의 제어시스템을통칭하는 용어로서 광범위하게 사용된다[1].
산업제어시스템을 포함한 대부분의 국가 기반시설들이 기존의아날로그 방식의 제어시스템을 고수하는 경우가 많은 이유는 무엇인가? 국가기반시설은 대부분 보안상의 이유로 외부에 공개되는 것을 원천적으로 차단하고 있는데, 시설들의 규모가 커지고 다양해지면서, 중앙에서 제어 및 관리할 수있는 운영환경에 대한 요구가 증가하고 있다. 하지만 국가기반시설은 대부분 거대한 규모의 시설들이기 때문에 시스템의 일부분을 바꾸는 것조차 쉽지 않다. 따라서 산업제어시스템을 포함한 대부분의 국가기반시설들은 운영 된지 20년에서 30년 이상이며, 아직까지도 기존의아날로그 방식의 제어시스템을 고수하는 경우가 많다.
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참고문헌 (10)

  1. 권정옥, 홍유진, "산업제어시스템의 보안 관리방안에 관한 연구", Samsung SDS Journal of IT Services Vol.8 / No.2, 2013. 

  2. IT보안인증사무국, 국내.외 상용 암호모듈 검증정책, 정보과학회지 제25권 제5호, May 2007. 

  3. 국가사이버안전센터, 암호모듈검증 - 개요 및 체계, http://service1.nis.go.kr/ 

  4. 서정택, "북한 사이버전에 대비할 국가기반시설 제어시스템 강화해야", 과학과 기술, May 2013. 

  5. Morris Dworkin, "Recommendation for Block Cipher Modes of Operation: The CCM Mode for Authentication and Confidentiality ", NIST Special Publication 800-38C, May 2004. 

  6. Morris Dworkin, "Recommendation for Block Cipher Modes of Operation: Galois/Counter Mode (GCM) and GMAC", NIST Special Publication 800-38D, November 2007. 

  7. 지식경제부 기술표준원, "128비트 블록 암호 알고리즘 ARIA - 제2부: 운용 모드", KS X 1213-2:2009, December 2009. 

  8. Federal Information Processing Standards, "ADVANCED ENCRYPTION STANDARD (AES)", FIPS PUB 197, November 2001. 

  9. 지식경제부 기술표준원, "128비트 블록암호 알고리즘 ARIA", KS X 1213:2004, December 2004. 

  10. 한국정보통신기술협회 (TTA), "128 비트 블록 암호 LEA", TTAK.KO-12.0223, December 2013. 

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