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PLC 기반의 제어시스템 취약점 분석 방법 원문보기

情報保護學會誌 = KIISC review, v.25 no.5, 2015년, pp.26 - 36  

김동욱 (국가보안기술연구소) ,  민병길 (국가보안기술연구소) ,  박현동 (국가보안기술연구소) ,  박상우 (국가보안기술연구소)

초록
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PLC(Programmable Logic Controller)는 기반시설 운영 현장의 다양한 환경을 견딜 수 있도록 설계된 소규모 산업용 컴퓨터로써, 많은 제어시스템에서 사용되고 있다. 과거의 PLC가 장치 제어를 위한 목적으로 제한된 필수 프로그램만을 사용하였다. 하지만 최근의 PLC는 ethernet 등의 네트워크를 기반으로 다양한 IT 기술들이 적용되고 있다. PLC 기반의 제어시스템은 운영자 및 관리자에게 편의성을 제공하지만 여러 보안 취약점들이 내재되어 있을 수 있다. 취약점들이 공격자에게 노출되어 사이버 위협을 받을 경우, 심각한 보안 사고를 일으킬 수 있으므로, 이러한 취약점들을 찾고 보안 대책을 마련하여 적용하는 것이 필요하다. 그러나 PLC의 특성 및 운용 환경 등이 IT 장비들과는 상이한 점이 있어 IT 장비들을 위한 취약점 분석 방법을 그대로 PLC에 적용하는 것은 한계가 있다. 따라서, 본 논문에서는 PLC의 특성 및 운용 환경 등을 고려한 PLC 취약점 분석 방법에 대해서 제안하고자 한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • Modbus 프로토콜을 예로 들어보자. Modbus는 마스터-슬레이브 구조를 가지는 응용 계층 프로토콜로써 많은 제어시스템에서 사용되고 있는 사실상의 표준이다.
  • 공격자가 PLC의 메모리 값을 변조할 수 있을 때 발생하는 문제에 대해서 살펴보자. PLC의 메모리는 제어 프로그램의 저장을 위해서 뿐만이 아니라 입·출력장치의 데이터 값을 저장하기 위해서도 사용된다.
  • 공격자가 런타임 시스템을 변조할 경우 발생하는 문제에 대해서 살펴보자. 3.
  • 공격자가 제어프로그램을 변조할 수 있는 경우 발생하는 문제에 대해서 살펴보자. 제어프로그램은 PLC에 연결된 입·출력 장비들을 연결하고 제어하는 프로그램으로써, 소프트배선을 가능하게 하는 핵심 프로그램이다.
  • 마지막으로 PLC 취약점 점검 대상을 식별하고, 선정된 대상들에 대한 취약점 점검을 위해 ‘환경설정 취약점 점검 항목’과 ‘설계 및 구현 취약점 점검항목’을 각각 제시하였다. 그리고 실제 PLC가 운용되고 있는 환경에서 PLC 취약점 점검 및 보안 대책 적용 시 고려해야 할 사항에 대해서 설명하였다.
  • 또한 PLC에 직·간접적인 피해를 입힐 수 있는 대상들로 PLC 취약점 점검 대상을 식별하였고, 대상 별 환경설정 및 설계·구현상의 취약점 점검 항목을 각각 정의하였다. 마지막으로 실 환경에서 취약점 점검 수행 및 보안 대책 적용 시 필요한 고려사항들에 대해 살펴보았다. 이는 PLC가 운용되고 있는 제어시스템 실 환경에서의 취약점 분석 및 보완대책 적용을 위한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
  • [10]에는 제어시스템 및 다양한 IT기술(웹 서버, SNMP, FTP 서버, 텔넷, 데이터베이스, 윈도우즈 등)에 대한 취약점 점검 항목들이 정의되어 있다. 본 논문에서는 이러한 취약점 점검 항목들 중에서 PLC 취약점 점검 대상의 취약점 점검 시 적용할 수 있는 항목들을 추출하였으며, [표 5]는 이를 나타낸다.
  • 본 논문에서는 제어시스템 전반에서 사용되는 PLC 에 대한 취약점 분석 방법에 대해 연구하였다. 구체적으로는 먼저 일반 PLC 특성을 살펴보았다.
  • 제어시스템의 보안사고 발생가능성을 줄이기 위해서는 제어시스템의 알려진 혹은 알려 [표 1] PLC 특징 지지 않은 취약점들을 점검하거나 찾고 보안 대책을 마련하여 적용하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 제어시스템의 핵심장비인 PLC가 설치되어 운용되는 실 환경 (예, 공장 및 발전소)의 취약점 분석 시 활용 가능한 취약점 분석 방안을 제시하고자 한다.
  • 본 절에서는 PLC 기반의 제어시스템 취약점 점검 단계([그림 2])의 첫 번째 단계로 PLC에 발생할 수 있는 PLC 보안위협을 식별하고 해당 위협들이 PLC 및 이를 적용하는 제어시스템에 끼칠 수 있는 영향에 대해서 살펴본다. 이는 PLC 취약점 점검 및 대응방안 수립의 필요성을 인지하는데 그 목적을 두고 있다.
  • 본 절에서는 [표 3]의 제어시스템 보안위협 중 ‘변조‘및 'DoS'분류에 해당하는 보안위협들에 대해, PLC 및 제어시스템에 미치는 영향에 대해 살펴본다.
  • 본 절에서는 PLC 기반의 제어시스템 취약점 점검 단계([그림 2])의 첫 번째 단계로 PLC에 발생할 수 있는 PLC 보안위협을 식별하고 해당 위협들이 PLC 및 이를 적용하는 제어시스템에 끼칠 수 있는 영향에 대해서 살펴본다. 이는 PLC 취약점 점검 및 대응방안 수립의 필요성을 인지하는데 그 목적을 두고 있다.
  • 지금까지 PLC 취약점 점검을 위해 필요한 여러 내용([그림2]의 1~3단계)들에 대해서 살펴보았다. 이제 PLC를 설치하여 운용하는 기반시설(예, 발전소 또는 공장 등)을 대상으로 실제의 취약점 점검 및 보완대책 적용 시 고려해야 할 몇 가지 사항들에 대해 살펴본다.
  • 지금까지 PLC 취약점 점검을 위해 필요한 여러 내용([그림2]의 1~3단계)들에 대해서 살펴보았다. 이제 PLC를 설치하여 운용하는 기반시설(예, 발전소 또는 공장 등)을 대상으로 실제의 취약점 점검 및 보완대책 적용 시 고려해야 할 몇 가지 사항들에 대해 살펴본다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
PLC란 무엇인가? PLC(Programmable Logic Controller)는 기반시설 운영 현장의 다양한 환경을 견딜 수 있도록 설계된 소규모 산업용 컴퓨터로써, 많은 제어시스템에서 사용되고 있다. 과거의 PLC가 장치 제어를 위한 목적으로 제한된 필수 프로그램만을 사용하였다.
소프트배선의 장점은 무엇인가? 하지만, PLC를 사용하는 제어시스템에서는 입력장치 및 출력장치들이 PLC에 연결되며, PLC내 소프트웨어인 제어로직 또는 제어프로그램을 통해 입력장치와 출력장치 간에 연결이 설립한다. 이를 소프트배선이라 부르며, 제어프로그램 변경을 통해 장치 간 연결 또는 동작 등을 비교적 손쉽게 변경할 수 있는 장점을 지닌다.
PLC 기반의 제어시스템의 취약점들을 찾고 보안 대책을 마련하여 적용하는 것이 필요한 이유는 무엇인가? PLC 기반의 제어시스템은 운영자 및 관리자에게 편의성을 제공하지만 여러 보안 취약점들이 내재되어 있을 수 있다. 취약점들이 공격자에게 노출되어 사이버 위협을 받을 경우, 심각한 보안 사고를 일으킬 수 있으므로, 이러한 취약점들을 찾고 보안 대책을 마련하여 적용하는 것이 필요하다. 그러나 PLC의 특성 및 운용 환경 등이 IT 장비들과는 상이한 점이 있어 IT 장비들을 위한 취약점 분석 방법을 그대로 PLC에 적용하는 것은 한계가 있다.
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참고문헌 (11)

  1. ICS-CERT, http://ics-cert.us-cert.gov/alerts/ICS-ALERT-12-020-02A, 

  2. ICS-CERT, http://ics-cert.us-cert.gov/alerts/ICS-ALERT-12-019-01A 

  3. ICS-CERT, http://ics-cert.us-cert.gov/advisories/ICSA-12-320-01 

  4. Nicolas Falliere, Liam O Murchu, Eric Chien, "W32.Stuxnet Dossier v1.3", Symantec Security Response, November, 2010 

  5. SHINE, http://www.icscybersecurityconference.com/session/project-shine-update/ 

  6. ICS-CERT, http://ics-cert.us-cert.gov 

  7. BaseCamp Project, http://www.digitalbond.com/tools/basecamp/ 

  8. G. Morten, Creating a Weapon of Mass Disruption: Attacking Programmable Logic Controllers, Master Thesis, 2013 

  9. Frank Swiderski and Window Snnyder. Threat modeling. O'Reilly Media, Inc., 2009 

  10. 미래창조과학부, 주요정보통신기반시설 취약점 분석.평가 기준, 미래창조과학부고시 제2013-37호 주요정보통신기반시설 취약점 분석.평가 기준 

  11. Department of Homeland Security, Common Cybersecurity Vulnerabilities in Industrial Control Systems", May 2011 

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