[논문]STRIDE 위협 모델링에 기반한 스마트팩토리 보안 요구사항 도출

박은주; 김승주

doi:10.13089/jkiisc.2017.27.6.1467

STRIDE 위협 모델링에 기반한 스마트팩토리 보안 요구사항 도출
Derivation of Security Requirements of Smart Factory Based on STRIDE Threat Modeling 원문보기

情報保護學會論文誌 = Journal of the Korea Institute of Information Security and Cryptology, v.27 no.6, 2017년, pp.1467 - 1482

박은주 (고려대학교 정보보호대학원) , 김승주 (고려대학교 정보보호대학원)

초록
AI-Helper

최근 4차 산업혁명에 대한 관심이 증가하고 있다. 그 중 제조업 분야에서는 사이버 물리 시스템(CPS) 기술을 기반으로 제조의 모든 단계를 자동화, 지능화 시킨 스마트팩토리 도입이 확산되고 있는 추세이다. 스마트팩토리는 그 복잡도(Complexity)와 불확실성(Uncertainty)이 크기 때문에 예상치 못한 문제가 발생할 가능성이 높고 이는 제조 공정 중단이나 오작동, 기업의 중요 정보 유출로 이어질 수 있다. 스마트팩토리에 대한 위협을 분석하여 체계적인 관리를 수행할 필요성이 강조되고 있지만 아직 국내에서는 연구가 부족한 상황이다. 따라서 본 논문에서는 스마트팩토리의 전반적인 생산 공정 절차를 대상으로 Data Flow Diagram, STRIDE 위협 모델링 기법을 이용하여 체계적으로 위협을 식별한다. 그리고 Attack Tree를 이용해 위험을 분석하고 최종적으로 체크리스트를 도출한다. 도출된 체크리스트는 향후 스마트팩토리의 안전성 검사 및 보안 가이드라인 제작에 활용 가능한 정량적 데이터를 제시한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, Interests on The Fourth Industrial Revolution has been increased. In the manufacturing sector, the introduction of Smart Factory, which automates and intelligent all stages of manufacturing based on Cyber Physical System (CPS) technology, is spreading. The complexity and uncertainty of smart factories are likely to cause unexpected problems, which can lead to manufacturing process interruptions, malfunctions, and leakage of important information to the enterprise. It is emphasized that there is a need to perform systematic management by analyzing the threats to the Smart Factory. Therefore, this paper systematically identifies the threats using the STRIDE threat modeling technique using the data flow diagram of the overall production process procedure of Smart Factory. Then, using the Attack Tree, we analyze the risks and ultimately derive a checklist. The checklist provides quantitative data that can be used for future safety verification and security guideline production of Smart Factory.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

국내외적으로 스마트팩토리 도입이 증가하고 있을 뿐만 아니라 폐쇄적인 운영 방식을 지닌 기존의 제조 시스템과 차별적으로 다양한 기술과 환경이 통합된 스마트팩토리는 그 복잡도(Complexity)와 불확실성이(Uncertainty)이 크기 때문에 예상치 못한 문제가 발생할 가능성이 높음에도 불구하고 아직 위협 분석과 관련된 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 스마트팩토리의 현장 수준(Field Level)부터 관리자 수준(Management Level)까지 전반적인 생산 공정 절차를 대상으로 STRIDE 위협 분석 모델링을 통해 위협을 식별하고 최종적으로 스마트팩토리에 대한 보안 체크리스트를 도출하는 것을 목표로 한다.

제안 방법

따라서 본 논문에서는 스마트팩토리 전체 시스템에 대한 데이터 흐름도를 작성한 후 이를 토대로 실제 공격 사례 및 공격 기법들을 조사하여 Attack Library를 작성하였다. 그리고 STRIDE 기법을 이용하여 총 259개의 위협을 식별하였다.

대상 데이터

국내에서는 스마트팩토리의 IT 기술의 적용과 그 활용 범위에 따라서 4가지 단계로 구분 짓는다[20]. 본 논문에서는 4가지 단계 중 고도화된 스마트팩토리를 분석 대상으로 삼으며, 이는 기초, 중간1, 중간 2 단계에서 적용되는 기술들을 모두 포함하고 있다. 고도화된 스마트팩토리는 바코드, RFID 등의 기기를 사용하여 생산 기록을 관리하는 기초(Basic) 단계와 센서를 통해 실시간으로 생산 정보를 받아들여 생산설비를 관리하는 중간1(Middle1) 단계, PLC를 통해 시스템이 상호 연계되어 실시간으로 공장에 대한 자동 제어가 이루어지는 중간2(Middle2) 단계가 모두 구현된 동시에 지능화된 생산 설비들 간에 유선 및 무선 통신을 하며 실시간 주문 정보 및 로봇의 자율적인 판단에 따라 자동적으로 생산 작업이 수행된다.
1절에서 소개한 스마트팩토리 개념도의 각 계층에 따라 정리한 내용이다. 본 논문에서는 생산 설비, 감시제어 시스템, 생산 관리 시스템 등 거의 모든 공정 자동화 솔루션을 보유하고 있고 현재 전 세계 시장점유율 1위를 차지하고 있는 A사의 제품 설명서를 토대로 위협 분석을 진행한다.

이론/모형

따라서 본 논문에서는 스마트팩토리 전체 시스템에 대한 데이터 흐름도를 작성한 후 이를 토대로 실제 공격 사례 및 공격 기법들을 조사하여 Attack Library를 작성하였다. 그리고 STRIDE 기법을 이용하여 총 259개의 위협을 식별하였다. STRIDE 위협들을 바탕으로 공격자의 목표에 따라 실제 공격시나리오를 가정한 Attack Tree를 작성하였으며 그 결과에 기초하여 스마트팩토리에 대한 보안 점검을 할 수 있는 체크리스트를 도출하였다.
STRIDE 위협 모델링 기법은 데이터 흐름도의 각 요소들에 대하여 정보보호를 통해 달성하려는 6가지 목표인 인증(Authentication), 무결성(Integrity), 부인방지(Non-repudiation),기밀성(Confidentiality), 가용성(Availability), 인가(Authorization)와 대칭되는 위장(Spoofing), 변조(Tampering), 부인(Repudiation), 정보 유출(Information Disclosure), 서비스 거부(Denial of Service), 권한 상승(Elevation of privilege)에 대한 위협들을 식별한다[35]. 본 연구에서 사용한 도구는 Microsoft Threat Modeling Tool 2016으로 사용자가 DFD를 작성하면 해당 도구를 이용하여 자동적으로 위협을 분석할 수 있다[36]. 본 논문에서는 도출된 데이터 흐름도 Level2를 이용하여 스마트팩토리에 대한 위협들을 STRIDE에 따라 분석한 결과 총 259개의 위협이 도출되었다.

성능/효과

그리고 STRIDE 기법을 이용하여 총 259개의 위협을 식별하였다. STRIDE 위협들을 바탕으로 공격자의 목표에 따라 실제 공격시나리오를 가정한 Attack Tree를 작성하였으며 그 결과에 기초하여 스마트팩토리에 대한 보안 점검을 할 수 있는 체크리스트를 도출하였다.

후속연구

따라서 향후 실제 구축된 스마트팩토리 사례를 이용하여 위협 분석을 수행하면 보다 세부적인 항목들을 도출할 수 있을 것으로 기대된다. 더불어 체크리스트 도출 과정에서 국제표준인 공통평가기준을 적용시킨 연구과제가 남아있다.
현재 스마트팩토리는 도입이 확산되는 과정 중에 있으며 실제로 고도화된 스마트팩토리에 대한 사례가 극히 적다는 한계점이 존재한다. 따라서 향후 실제 구축된 스마트팩토리 사례를 이용하여 위협 분석을 수행하면 보다 세부적인 항목들을 도출할 수 있을 것으로 기대된다. 더불어 체크리스트 도출 과정에서 국제표준인 공통평가기준을 적용시킨 연구과제가 남아있다.
본 연구를 통하여 도출된 체크리스트는 향후 스마트팩토리 안전성 검사 및 보안 가이드라인 제작에 활용될 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ERP는 무엇인가?	MES는 제품을 생산하기 위한 일정을 계획하고 계획에 따라 작업을 배정 한다. ERP는 기업 내 생산, 재무, 회계, 물류, 영업 등 경영 활동과 관련된 모든 절차들을 통합 관리해주는 시스템이다.
	스마트팩토리에서는 다양한 통신 방식이 사용되는데 현장 수준에서 사용되는 장비들은 어떤 무선 통신을 사용할 수 있는가?	스마트팩토리에서 여러 장비들이 복합적으로 사용되는 만큼 다양한 통신 방식이 사용된다. 현장 수준에서 사용되는 장비들은 WirelessHART, Bluetooth 등의 무선 통신을 사용할 수 있으며 HART, AS-Interface, IO-Link와 같은 유선 통신도 사용 가능하다. 입출력 시스템과 제어 시스템 사이에서는 PROFIBUS, PROFINET과 같은 통신 방식이 사용되고, 관리자 수준에서는 IWLAN(Industrial Wireless LAN), Industrial Ethernet이 사용된다.
	Attack Library란?	Attack Library는 데이터 흐름도를 작성한 이후 시스템에 대한 위협들을 다양한 자료 조사를 통해 수집한 목록이다. Attack Library 작성을 통해 DFD 상에서 각 요소마다 발생 가능한 위협을 찾아낼 수 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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