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사이버 물리 시스템 테스트베드 기술 연구 동향 원문보기

情報保護學會誌 = KIISC review, v.27 no.2, 2017년, pp.46 - 56  

최승오 (ETRI 부설연구소) ,  김우년 (ETRI 부설연구소)

초록
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사이버 물리 시스템(CPS, Cyber-Physical Systems)은 높은 신뢰성, 실시간성, 자동제어 특성이 요구되는 기반시설 제조 및 생산, 교통 등 산업분야에서 널리 쓰이고 있다. 센서와 액츄에이터 등의 현장장치를 네트워크 기반으로 일정한 상태를 유지하도록 제어를 담당하는 산업제어시스템이 그 예이다. 하지만, CPS는 네트워크 기반 상호 연결이 중가함에 따라 각종 사이버 공격이 급증하고 있는 추세이다. 이에 따라, CPS 보안 기술 연구의 필요성이 대두되었고, CPS 보안 기술 연구개발에 반드시 필요한 기반 환경으로써, 사이버영영과 물리영역을 포함하는 CPS 테스트베드 기술 연구가 활발히 진행 중에 있다. 본 논문에서는 CPS 관련 테스트베드 기술 동향 분석에 앞서 표준 및 지침에 명시된 CPS 구조에 대해 분석하고, 기존에 연구된 CPS 테스트베드 기술을 CPS의 계층적 구조를 기반으로 구성요소 및 구성방법을 비교 분석한다. 또한, CPS 테스트베드와 연계한 제어프로토콜 지원 현황과 사이버공격 시나리오 특징을 분석한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • of Energy) 주도로 NSTB 프로그램을 통해 국립연구소가 테스트베드를 구축해서 취약점 평가 및 검증에 활용하고 있다. 또한, NIST 주도로 산업제어시스템 성능시험 테스트베드를 구축하여 가용성이 가장 중요한 산업제어시스템에서 보안기술이 성능에 미치는 영향을 분석하기 위한 목적으로 활용하고 있다. 그 밖에, 유럽의 경우 SCADA Lab 테스트베드를 구축하여 취약점 분석 연구를 수행하고 있으며, 일본도 취약점 분석, 제어시스템 보안 인증 시험환경, 제어시스템 보안 관련 훈련 및 교육용으로 7개 분야의 테스트베드를 구축하여 운영하고 있다.
  • 본 논문에서는 CPS 구조 및 참조 모델을 통해 CPS 테스트베드 설계와 구축에 고려해야 할 구성 및 구조를 살펴보고 국외 CPS 테스트베드 구축 분야 및 목적을 분석한다. 또한, 국외 CPS 테스트베드 기술 연구 동향을 분석하여 해당 표준 및 지침에서 제시한 CPS 테스트베드 계층별 구성과 각 구성요소를 설명한다.
  • 본 논문에서는 CPS 구조 및 참조모델을 기준으로 국외 CPS 테스트베드 기술 연구 동향에 대해 살펴봤다. CPS 테스트베드의 구축 분야 및 목적, 계층별 테스트베드 구성 요소 및 방식, 사이버공격 관련 연구현황을 분석하였다.
  • 본 장에서는 국외 CPS 관련 테스트베드의 구축 분야, 목적을 기준으로 관련 연구를 식별하고 해당 연구들에서 제안하고 구축한 테스트베드의 구성과 사이버보안 연구에 대해 분류 및 설명하고자 한다.
  • 산업제어시스템 사이버보안 성능 테스트베드(Industrial Control System Cybersecurity Performance Testbed)는 국제 표준 및 지침(예: ISA/IEC-62443, NIST Special Publication 800-82)에 규정된 요구사항에 대해 사이버보안 측면에서 산업제어시스템의 성능을 평가하기 위해 구축되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CPS 테스트베드는 어떤 용도로 쓰이는가? CPS 테스트베드는 산업제어시스템 시험환경을 제공함으로써 보안 기술 연구 뿐 만 아니라 취약점 점검 및 분석, 사이버공격 영향성 분석, 신규 보안기술 및 보안장비 검증, 제어시스템 보안 관련 훈련 및 교육 등 다양한 용도로 활용이 가능하다.
ISA/IEC-62443 산업제어시스템 참조 모델의 레벨에 따른 각 기능은 무엇인가? ISA/IEC-62443의 참조모델은 [그림 1]과 같이 총 4개의 레벨로 구성되어 있다. 레벨 0는 밸브, 모터, 센서 등의 현장장치로 구성되며 실제적인 물리 프로세스를 수행한다. 레벨 1은 기본제어를 수행하는 제어기기로 구성되며 레벨 0의 현장장치의 상태를 계측하여 물리 프로세스를 조작/제어하는 역할을 담당한다. 또한, 장애 발생 시 안전한 상태로 복구를 수행하는 안전 및 보호시스템의 경우에도 이 레벨에 속한다. 레벨 2는 물리 프로세스 일체를 모니터링하고 제어하는 기능을 제공한다. 레벨 3는 운영관리를 위해 구체적인 장비 스케쥴링, 신뢰성 보장 등을 포함하는 작업의 흐름을 관리를 수행한다.
미국에서는 CPS 테스트베드를 어떻게 구축하고 있는가? 시험환경 확보의 필요성과 확보 후 폭넓은 활용이 가능하기 때문에 세계적으로 CPS 테스트베드 구축이 활발하게 이루어지고 있다. 미국의 경우, 에너지부(DoE, Dept. of Energy) 주도로 NSTB 프로그램을 통해 국립연구소가 테스트베드를 구축해서 취약점 평가 및 검증에 활용하고 있다. 또한, NIST 주도로 산업제어시스템 성능시험 테스트베드를 구축하여 가용성이 가장 중요한 산업제어시스템에서 보안기술이 성능에 미치는 영향을 분석하기 위한 목적으로 활용하고 있다. 그 밖에, 유럽의 경우 SCADA Lab 테스트베드를 구축하여 취약점 분석 연구를 수행하고 있으며, 일본도 취약점 분석, 제어시스템 보안 인증 시험환경, 제어시스템 보안 관련 훈련 및 교육용으로 7개 분야의 테스트베드를 구축하여 운영하고 있다.
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