[논문]5G 네트워크 기술 진화에 따른 새로운 5G 보안 도전과제와 해외 보안 아키텍처 연구 동향

김환국; 최보민; 고은혜; 박성민

5G 네트워크 기술 진화에 따른 새로운 5G 보안 도전과제와 해외 보안 아키텍처 연구 동향 원문보기

情報保護學會誌 = KIISC review, v.29 no.5, 2019년, pp.7 - 20

김환국 (한국인터넷진흥원 지능형사이버방어R&D팀) , 최보민 (한국인터넷진흥원 지능형사이버방어R&D팀) , 고은혜 (한국인터넷진흥원 지능형사이버방어R&D팀) , 박성민 (한국인터넷진흥원 지능형사이버방어R&D팀)

초록
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2019년 4월, 4세대 이동통신보다 최대 20배 빠른 속도, 10배 많은 IoT 기기의 연결, 10배 짧은 저지연 서비스를 제공하기 위해 5세대 이동통신이 세계최초로 상용화되었다. 5G 이동통신기술은 고속 대용량의 음성 및 데이터 통신을 제공할 뿐만 아니라 지연 속도와 신뢰성에 민감한 IoT 기기를 수용하기 위해 다양한 최신 기술을 적용하는 기술적 진보가 있었다. 그러나 5G 네트워크 및 서비스가 개방성, 확장성, 유연성을 제공하기 위해 분산 코어 네트워크 구조와 소프트웨어기반 아키텍처(SDN NFV, MEC, 클라우드 컴퓨팅 등)로의 기술적 변화는 새로운 공격 접근 경로와 네트워크 슬라이싱과 같은 논리적인 계층의 복잡한 보안 가시성 이슈 등 사이버보안관점에서 새로운 도전(Challenges)이 되고 있다. 본 논문에서는 5G 모바일 네트워크의 기술적 변화에 따른 보안도전과제와 해외 5G 보안 아키텍처 연구들을 분석하여 5G 보안 설계 및 운영 고려사항을 고찰하고자 한다.

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 사이버보안관점에서 5G 네트워크 및 서비스의 기술적 특성에 따른 보안 이슈와 대응기술의 요구사항을 알아보고자 한다. II장에서는 5G 네트워크기술 진화에 따른 보안위협을 살펴보고, III장에서는 3GPP 보안 표준, 5PPP(Public-Private Partnership Programme), 에릭슨, 화웨이 등 해외 5G 보안 아키텍처 연구 동향을 중심으로 5G 네트워크의 보안 요구사항을 분석하여 설명한다.
지금까지 사이버보안 관점에서 5G 네트워크의 기술적 특성과 진화 방향에 따른 새로운 도전과제를 살펴보았다. 5G 네트워크와 서비스 기술이 다양한 성능 요구 사항을 만족하기 위해 최신 IT 기술을 적용하여 효율성, 확장성 등의 장점을 가지게 되었으나, 사이버보안 관점 에서 보면 대량의 IoT 장치의 연결성은 사이버공격의 대형화, 분산 소프트웨어기반 코어 아키텍처는 보안 가시성의 복잡성 증가, MEC, 3rd Party 어플리케이션 및코어 기능의 API 개방화로 인해 새로운 공격 연결 경로와 인터텟 프로토콜 사용으로 인한 기존 보안위협이 상속된 채 운영될 수 있다는 점에서 새로운 도전과제가 되고 있다.

제안 방법

5G 네트워크는 4G LTE 대비 20배가 빠른 대용량 트래픽을 처리하고 10배의 IoT 장치가 연결될 수 있도록(단위면적당 100만개) 설계 되었다. 5G 네트워크에 연결되는 IoT 기기의 폭발적인 증가는 취약한 IoT 기기가 DDoS 트래픽을 발생시킬 경우 5G 네트워크에 직접적 영향을 주는 위험요소가 될 수 있다.
지금까지 5G 네트워크 기술 변화에 따른 사이버보안 위협 관점에서 도전과제를 살펴보았다. 이번 장에서는 해외 5G 보안 아키텍처 연구동향을 통해 5G 보안이슈를 해결하기 위해 대응기술 측면에서 도전과제 (Security Challenges)와 설계 고려사항을 살펴보고자 한다. 현재 5G 보안 아키텍처 연구는 다양한 표준화 기구 및 연구그룹에서 진행되고 있으며, [표 4]는 국내외 4G/5G 보안 연구 내용을 요약하였다.
이번 절에서는 운영단계에서 지능형 사이버공격대응 을 위한 고려사항을 4가지 측면에서 살펴보도록 한다. 에릭슨(22), 시스코(7), 화웨이(9) 등 5G 장비 제조사는 서비스 운영단계에서 보안고려사항을 분산 사이버공격 방어, 유연하고 확장 가능한 보안, 자동화 보안을 공통 적으로 제시하고 있다.
2018년 영국 DCMS(디지털 미디어부)는 5G 기술선략을 통해 5G 보안 아키텍처와 보안 요구사항에 관한 연구결과를 발표하였다. 주요 내용으로 5G 환경은 이전 이동통신 환경보다 다양한 유형의 네트워크, 장치가 연결되어 버티컬 산업 서비스를 제공하기 때문에 네트워크, 시스템 및 서비스의 보안은 점차 어려워지고 있음을 강조하였고, 안전한 5G 아키텍처 구현과 설계를 위해 4개 고려사항으로 종단 간 보안, 계층 간 보안, 멀티 도메인 간 보안, 보안 내재화를 제시하였다[12].
[표 2]는 5G 네트워크의 기술적 특성을 구간 도메인별(사용자장치, 무선엑세스 네트워크, 코어 네트워크, 외부연동 어플리케이션)로 구분하여 정리하였다. 주요 특징은 5G 서비스의 성능목표를 달성하고 B2B 비즈니스 환경에 따라 유연하고 확장 가능한 모바일 네트워크를 제공하기 위해 ICT 최신기술을 수용하여 클라우드 기반 가상화 기술, 네트워크 슬라이싱, MEC 지원, 서비스기반 인터페이스 등 소프트웨어기반 아키텍처를 채택 하였다[3-6].
소프트웨어기반 5G 인프라는 5G 통신서버와 네트워크 장비 그리고 네트워크 슬라이싱 서비스를 SDN·NFV 가상화 기술을 통해 실현된다. 즉 하나의 물리적 네트워크를 다수의 가상 네트워크로 분리하여 uRLLC, mMTC, eMBB 응용 서비스별 독립적인 네트 워크 슬라이싱 서비스를 제공하고 전용장비 대신 범용 서버 상에 네트워크 통신기능을 가상화 SW (Virtual Machine) 형태로 구현한다. 그러나 5G 장비 및 서비스 구현의 핵심인 가상화 기술은 물리적 네트워크 및 HW 서버 자원(CPU, 메모리 등)을 공유하여 자원의 효율성, 유연성과 가용성 측면에서 장점을 가지고 있으나, 물리적 공유된 HW 자원에 대한 부하공격, 공유자원의 무단 엑세스 및 악성 코드 공격의 전파, 네트워크 슬라이싱및 공유자원 간 접근제어, 장비 구성설정 결함 및 오류에 상대적으로 취약할 수 있다[7][9][10][11].
지금까지 5G 네트워크 기술 변화에 따른 사이버보안 위협 관점에서 도전과제를 살펴보았다. 이번 장에서는 해외 5G 보안 아키텍처 연구동향을 통해 5G 보안이슈를 해결하기 위해 대응기술 측면에서 도전과제 (Security Challenges)와 설계 고려사항을 살펴보고자 한다.

성능/효과

사이버 공격자는 이러한 보안이 취약한 IoT 기기를 공격대상으로 수많은 IoT 기기를 “원격 재부팅” 악성코드에 감염시켜 IoT 봇넷을 구성하여 C&C 서버를 통한 원격제어를 수행하여 IoT 기기를 공격수단으로 활용할수 있다[7]. IoT DDoS의 주요 공격 대상은 1) 5G 네트워크 인프라(RAN, 코어장비, 네트워크 슬라이스, 물리적 공유되는 플랫폼의 메모리 등), 2) 5G 네트워크 인프라를 경유하여 연결되는 인터넷 서비스의 응용서버, 3) 5G에 연결된 디바이스가 될 수 있으며, 이때 상호 연결된 네트워크 인프라 리소스가 고갈되어 대규모 서비스 장애가 발생 될 수 있다[9].
둘째, 네트워크 슬라이싱 보안 이슈로서, 네트워크 슬라이스는 eMBB, uRLLC, mMTC 서비스유형 별 다른 애플리케이션 또는 테넌트를 위해 물리적 동일 네트워크를 논리적으로 분리할 수 있다. 이때 네트워크 슬라 이싱을 적절히 격리하지 않으면 공격자가 하나의 슬라 이스에서 다른 슬라이스로 공격을 수행 할 가능성이 있다.
둘째, 장비 개발 제조사들은 표준에서 요구하는 보안 기준과 목표 수준에 맞는 장비를 개발해야 한다. 예를 들어, 각 장비 제조사별로 보안 기능이 다르게 구현되거나 SW로 구현된 장비들이 SW 오류를 내포하거나 장비를 구현 당시 알려지지 않았던 보안 취약점 (Unknown Vulnerabilities)이 시간이 지나 지속적으로 발견되는 장비 구현 상 보안 취약점 이슈가 지속적으로 발생한다.
무선 RAN DDoS와 전파 방해 재밍 공격에 의해 기지국들이 비정상 데이터를 송수신함 으로써 RAN 구간의 무선 인터페이스 자원을 고갈시켜 정상적인 데이터 수신을 방해하는 가용성 이슈가 발생될 수 있다. 둘째, 허위 기지국(Rogue Base Station) 이슈로서, 공격자는 허위 기지국을 이용하여 모바일 사용자 장치(UE)와 5G 네트워크 사이에서 중간자 공격을 통해 모바일 사용자와 네트워크 사이에서 사용자 위치 정보 탈취, 전송 정보의 변조, 디도스 공격 등 다양한 공격을 수행할 수 있다. 하위 기지국 이슈는 4G 및 기존 네트워크에서도 지속적으로 제기되어 5G 보안 표준 에서 다양한 개선사항이 적용되었음에도 불구하고, 초고밀도 소형셀 구축이 확산될 경우, 보안관리가 취약한 소형셀을 겨냥한 해커들의 해킹으로 통제권이 상실된 상태의 허위 기지국 이슈가 여전히 제기될 수 있다.
셋째, 자동화된 5G 보안 관리 및 관제(Automated 5G Security) 사이버공격기술은 기존 보안기술을 우회 하고 취약한 보안 사각지대를 찾기 위해 점차 정교해지고 자동화되고 있기 때문에 지능형 사이버공격의 대응 속도를 높이기 위해서는 수직 통합적 보안관제의 자동화가 필요하다. 5G 네트워크에서는 멀티 도메인 상에서 논리적 수직적 계층(Cross-layer)에 걸쳐 보안이 다루어 지기 때문에 여러 도메인에 걸친 수직 계층 간 보안을 관리하고, 각 논리적 계층의 사이버공격을 모니터링하고 탐지하는 구조가 중요하다.
셋째, 통신 사업자는 장비 제조사들의 통신장비와 서비스 어플리케이션들이 보안요구사항에 맞게 구현되었는지 공급망 제품을 검증하여 안전한 네트워크와 서비스를 설계하고 구축해야 한다. 그럼에도 불구하고 네트 워크와 서비스를 구축하는 과정에서 구성설정 오류가 존재할 수 있고, 통신 사업자가 아닌 3rd 어플리케이션 등의 보안 이슈는 지속적으로 제기되고 있다.

후속연구

5G 네트워크와 서비스 기술이 다양한 성능 요구 사항을 만족하기 위해 최신 IT 기술을 적용하여 효율성, 확장성 등의 장점을 가지게 되었으나, 사이버보안 관점 에서 보면 대량의 IoT 장치의 연결성은 사이버공격의 대형화, 분산 소프트웨어기반 코어 아키텍처는 보안 가시성의 복잡성 증가, MEC, 3rd Party 어플리케이션 및코어 기능의 API 개방화로 인해 새로운 공격 연결 경로와 인터텟 프로토콜 사용으로 인한 기존 보안위협이 상속된 채 운영될 수 있다는 점에서 새로운 도전과제가 되고 있다. 이러한 새로운 도전과제를 해결하기 위해 3GPP, 5G PPP, 5G Americas 등 해외 표준화 기구 및연구그룹 및 글로벌 장비 제조사들이 5G 보안 강화를 위한 표준화와 5G 보안 아키텍처 연구를 핵심 기술력 확보를 위한 경쟁이 가속화될 것으로 예상된다. 국내에 서도 정부, 학계, 산업계에서 5G 보안 기술연구가 금년 부터 본격적으로 시작되고 있으나 2020년 SA 방식 5G 표준화(Release 16)가 완성된 이후 상용화가 본격적으로 개시되기 전에 글로벌 기술 경쟁력 확보를 위해 다양한 5G 기술적 특성을 면밀히 분석하고 새로운 보안 문제를 해결하기 위해 복잡한 5G 생태계를 고려한 5G 보안 아키텍처 연구들이 함께 추진되어야 할 시점이라고 생각된다.
또한, SCEF, NEF 와 같은 API 기능을 외부에 제공함으로써 새로운 API 보안이슈가 도전 과제가 될 수 있다. 즉, 기존 잘 알려진 웹 응용 프로그램의 취약점 관리와 개방형 API에 대한 보안 통제가 중요할 이슈가 될 것으로 보여 진다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	IoT DDoS의 주요 공격 대상은?	사이버 공격자는 이러한 보안이 취약한 IoT 기기를 공격대상으로 수많은 IoT 기기를 “원격 재부팅” 악성코드에 감염시켜 IoT 봇넷을 구성하여 C&C 서버를 통한 원격제어를 수행하여 IoT 기기를 공격수단으로 활용할수 있다[7]. IoT DDoS의 주요 공격 대상은 1) 5G 네트워크 인프라(RAN, 코어장비, 네트워크 슬라이스, 물리적 공유되는 플랫폼의 메모리 등), 2) 5G 네트워크 인프라를 경유하여 연결되는 인터넷 서비스의 응용서버, 3) 5G에 연결된 디바이스가 될 수 있으며, 이때 상호 연결된 네트워크 인프라 리소스가 고갈되어 대규모 서비스 장애가 발생 될 수 있다[9].
	무선 RAN 구간은 무엇으로 구성되는가?	무선 RAN 구간은 사용자 단말기와 기지국 간의 무선통신 인터페이스(Air Interface)와 기지국과 5G 코어 장비들을 유선 전송 네트워크(Backhaul)를 통해 연결해 주는 다양한 형태의 기지국 장비(매크로셀 기지국, 마이크로셀 기지국, 초소형 기지국 등)로 구성된다. 5G 무선 RAN 기술은 3GPP 무선액세스 기술(2G, 3G, 4G 등) 뿐만 와이파이, 유선인터넷 등 Non 3GPP 액세스 기술을 수용하여 여러 유형의 무선 접속기술들이 5G 네트워크에 접속할 수 있도록 허용하였다는 장점을 가지고 있다[4].
	무선 RAN 구간에서의 주요 보안위혐 두 가지는 무엇인가?	주요 보안위협[9]은 첫째, 악성코드에 감염된 대량의 IoT 봇넷에 의한 무선 자원에 과도한 접속을 요청하는 무선 RAN DDoS 공격과 무선 신호 채널에 대한 재밍 (Jamming) 공격이다. 무선 RAN DDoS와 전파 방해 재밍 공격에 의해 기지국들이 비정상 데이터를 송수신함 으로써 RAN 구간의 무선 인터페이스 자원을 고갈시켜 정상적인 데이터 수신을 방해하는 가용성 이슈가 발생될 수 있다. 둘째, 허위 기지국(Rogue Base Station) 이슈로서, 공격자는 허위 기지국을 이용하여 모바일 사용자 장치(UE)와 5G 네트워크 사이에서 중간자 공격을 통해 모바일 사용자와 네트워크 사이에서 사용자 위치 정보 탈취, 전송 정보의 변조, 디도스 공격 등 다양한 공격을 수행할 수 있다. 하위 기지국 이슈는 4G 및 기존 네트워크에서도 지속적으로 제기되어 5G 보안 표준 에서 다양한 개선사항이 적용되었음에도 불구하고, 초고밀도 소형셀 구축이 확산될 경우, 보안관리가 취약한 소형셀을 겨냥한 해커들의 해킹으로 통제권이 상실된 상태의 허위 기지국 이슈가 여전히 제기될 수 있다.

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상세보기
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동의어: Packet Collision Rate

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