[논문]무인이동체 드론의 취약점분석 및 대응기술 연구 동향

김명수; 유일선; 임강빈

무인이동체 드론의 취약점분석 및 대응기술 연구 동향 원문보기

情報保護學會誌 = KIISC review, v.30 no.2, 2020년, pp.49 - 57

김명수 (순천향대학교 정보보호학과) , 유일선 (순천향대학교 정보보호학과) , 임강빈 (순천향대학교 정보보호학과)

초록
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군사 등의 특수 목적으로만 사용되었던 무인비행체 드론이 최근 상용 수준의 간결한 구조와 저가화가 가능해지면서 여러 제조업체를 통하여 민간분야의 다양한 응용에 활용 가능함을 증명하고 있다. 그러나 제조업체들 간의 시장 우위 선점을 위한 과열 경쟁으로 인하여 보안 안전성 검증 단계를 거치지 않은 드론과 이에 수반되는 애플리케이션이 시장에 바로 출시되면서 이들이 우리 사회를 향한 공격도구로 활용될 수 있다는 새로운 잠재적 위협이 우려되고 있다, 이와 관련하여 현재 드론과 애플리케이션과의 연결 및 데이터 통신 과정에서 완성도가 낮은 접근제어 기술이나 암호화되지 않은 통신방식을 비롯하여 드론 내부 소프트웨어의 코딩 상의 문제점 등에 의하여 다양한 취약점이 노출되고 있는 상태이다. 이러한 취약점들로 인하여 드론의 인증 해제 및 하이재킹을 통한 불법 영상촬영이나 개인정보의 유출 등을 비롯하여 특정 목표물을 향한 드론의 고의적 추락 등이 발생할 경우 재산 피해뿐만 아니라 인명 피해까지 발생할 수 있다. 특히, 현재의 드론 응용은 초기단계여서 향후 다양한 응용과 유관 기술들이 폭넓게 전개되어야 하는 시점에서 이러한 사고 가능성은 매우 심각하게 인식되어야 할 것이다. 더구나 제4차 산업혁명 시대의 드론은 비상시를 위한 다이나믹 모바일 게이트웨이 역할까지도 수행하여야 하는 환경에서 악의적인 행위는 전체 사회로 확산될 우려도 있으므로 미래 사회의 드론을 위한 안전문제는 매우 시급하고 중대하다고 할 수 있다. 이에 본 고에서는 현재까지 발표된 드론에 대한 다양한 보안위협을 조사하고 이러한 보안 위협을 요소별로 분류하여 정리하였다. 본 기고가 간단하게나마 정리한 내용을 통하여 다양한 보안위협에 대한 대응기술을 준비하기 위한 시발점이 되었으면 한다.

AI 본문요약
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문제 정의

본 고에서는 무인이동체 드론에 대한 취약점 분석과 대응기술에 대하여 살펴보았다. 드론은 내부 구조와 구성, 위치 확인 등을 위한 센서 정보의 처리, 네트워크에서의 인증 또는 데이터 전송 등에서 설계 또는 구현 과정 등에서 내포되는 잠재적 취약점으로 인하여 하이재킹, 추락, 지연 전송, 데이터 탈취 등의 피해가 발생할 가능성이 존재하며, 이에 대한 대응 방안 연구로 하이재킹을 탐지하고 드론의 위치를 원상 복구하는 방법과 사용자와 무선 네트워크 간의 암호화 방법, DoS 공격 방어 및 복구 방법, 드론의 센싱 데이터를 사용한 난수 생성 방법 등을 소개하였다.
본 고에서는 이러한 보안 위협 가능성과 연계하여 드론에서 발생 가능한 취약점들을 정리하였으며, 이를 센서별, 네트워크별, 공격 유형별로 분류하여 설명하고자 한다.

제안 방법

구현한 결과물에 대한 테스트 방법은 Memguard를 통한 드론 메모리 DoS 공격 방어 방법과 보안 모니터링을 통한 UDP DoS 공격 방어 방법 및 CCE 공격 방어 방법으로 분류된다. Memguard를 통한 드론 메모리 방어 방법을 보면 공격자는 컨테이너 내에서 HCE에 메모리 DoS 공격을 시작하며 메모리 공격은 대역폭 벤치마크 프로그램을 사용하여 공격한다.
드론의 GPS 모듈로부터의 수신 값도 NED 좌표계로 변환된다. 드론 내부에서 융합 변환된 값인 V와 GPS 수신 정보를 기반으로 변환한 Vg를 비교하여 GPS 스푸핑을 탐지한다. 비교 대상의 두 값에 대한 차분에 임계값을 설정하고 허용한 임계값을 초과할 경우 드론이 GPS 스푸핑이 되었다고 판단한다.
본 고에서는 무인이동체 드론에 대한 취약점 분석과 대응기술에 대하여 살펴보았다. 드론은 내부 구조와 구성, 위치 확인 등을 위한 센서 정보의 처리, 네트워크에서의 인증 또는 데이터 전송 등에서 설계 또는 구현 과정 등에서 내포되는 잠재적 취약점으로 인하여 하이재킹, 추락, 지연 전송, 데이터 탈취 등의 피해가 발생할 가능성이 존재하며, 이에 대한 대응 방안 연구로 하이재킹을 탐지하고 드론의 위치를 원상 복구하는 방법과 사용자와 무선 네트워크 간의 암호화 방법, DoS 공격 방어 및 복구 방법, 드론의 센싱 데이터를 사용한 난수 생성 방법 등을 소개하였다.
이는 드론 내부에 장착된 카메라에서 시간대 별로 이미지를 촬영하고, 촬영된 이미지마다 IMU에서 측정된 순간 속도 및 위치를 저장하여 촬영된 순서대로 드론 내부에 보관하는 것이다. 드론이 GPS 스푸핑되었다고 판단되면 최근에 촬영된 이미지와 저장된 순간 속도 및 위치를 확인하여 해당 위치로 이동하며, 최근 촬영된 이미지에 가까워지면 최근 촬영된 이미지와 현재 카메라의 이미지를 비교한 다음 일치 여부를 확인한다. 일치할 경우 최근 촬영된 이미지의 좌표를 현재 좌표로 대체하며 그다음 촬영된 이미지와 좌표로 이동하며, 이것은 맨 처음 촬영된 이미지와 좌표로 돌아올 때까지 반복한다.
이를 위하여 Moving Target Defense 기술을 사용하여 침입 탐지 시 네트워크 구성 요소를 변경한다. 라즈베리파이에 해당 기법을 사용하였으며 MAC 주소를 변경하여 공격자의 공격을 회피한다.
Wi-Fi 연결 방식 드론의 취약점은 사용자의 드론 연결을 위하여 드론이 AP가 되고 이러한 AP가 암호화 없이 개방되어 있어 악의적인 사용자도 연결이 가능하다 는 것이다. 본 방법은 드론과 사용자 사이에 무선 네트워크 암호화를 수행하는 장치를 설치하고 해당 장치에 침입 탐지 및 회피 기술을 추가하여 악의적인 사용자에 대한 공격을 탐지 및 방지한다. 참고문헌에서는 드론과 사용자 간 중간 장치로 라즈베리파이를 사용하며, 드론 과 라즈베리파이 무선 암호화 방법은 WPA2를 사용하고, 라즈베리파이 내부에는 공격 여부를 확인하기 위한 Kisnet wireless 침입 탐지 시스템과 공격을 회피하기 위한 이동 표적 방어(Moving Target Defense) 기술을 사용한다.
먼저 드론과 라즈베리파이의 무선 암호화를 위하여 드론 라이브러리에 컴파일된 WPA supplicant 바이너 리 파일을 설치한다. 본 파일에는 라즈베리파이의 AP 이름과 비밀번호가 있으며 드론이 수행했던 AP 방식을 중단하고 해당 라즈베리파이에 연결하는 방법이 포함된다. 이후 드론과 라즈베리파이 통신은 WPA2 암호화로 진행된다.
공격자의 공격을 회피하기 위해서는 네트워크 시스템 구성 요소가 변동되어야 한다. 이를 위하여 Moving Target Defense 기술을 사용하여 침입 탐지 시 네트워크 구성 요소를 변경한다. 라즈베리파이에 해당 기법을 사용하였으며 MAC 주소를 변경하여 공격자의 공격을 회피한다.
드론에서 GPS 스푸핑을 탐지하기 위해서는 GPS에서 수신된 위치 정보에 해당하는 값과 비교할 수 있는 정보를 드론 내부에서 별도로 생성해야 한다. 이를 위해서 3차원 방향과 속도를 측정할 수 있는 IMU 센서와 드론에 장착된 카메라를 사용하여 해당 정보를 생성한다. GPS 모듈에서 수신한 위치 값과 드론 내부에서 생성한 값을 비교하는 기준은 NED (North-EastDown) 좌표계를 이용한다.
드론에 전송되는 메시지의 형식은 JSON 또는 MAVLink 등이 사용될 수 있으며 메시지의 길이와 내용은 메시지 전체 길이, ID. 최소/최대값 등의 테스트 케이스를 적용하여 드론에 대한 공격을 수행한다. 본 내용과 관련된 연구로는 컴퓨터의 스크립트를 적용한 방법[11]과 가상 머신시뮬레이터에서 적용한 방법[12]이 있다.
컨테이너드론 프레임워크 구현을 위하여 라즈베리파이3 기반의 드론이 사용되며 드론의 DoS 공격에 대비하기 위하여 센서와 드라이버를 시뮬레이션한다. 시뮬레이터에는 컨테이너 및 CCE(Container Control Environment)와 HCE(Host control environment)가 포함된다.

이론/모형

이를 위해서 3차원 방향과 속도를 측정할 수 있는 IMU 센서와 드론에 장착된 카메라를 사용하여 해당 정보를 생성한다. GPS 모듈에서 수신한 위치 값과 드론 내부에서 생성한 값을 비교하는 기준은 NED (North-EastDown) 좌표계를 이용한다. 드론 내부에서의 좌표값 생성은 IMU 센서 정보와 카메라 영상 정보를 활용한다.
시뮬레이터에는 컨테이너 및 CCE(Container Control Environment)와 HCE(Host control environment)가 포함된다. 이를 이용하여 드론의 DoS 공격 방어 및 복구를 진행하며 메모리에 대한 DoS 공격 보호 방법은 Memguard를 사용한다. CCE는 컨테이너 환경의 복잡한 컨트롤러를 의미하며, 고급 기능과 최적화된 성능을 가지고 있으나 보안에 취약할 수 있다.
본 방법은 드론과 사용자 사이에 무선 네트워크 암호화를 수행하는 장치를 설치하고 해당 장치에 침입 탐지 및 회피 기술을 추가하여 악의적인 사용자에 대한 공격을 탐지 및 방지한다. 참고문헌에서는 드론과 사용자 간 중간 장치로 라즈베리파이를 사용하며, 드론 과 라즈베리파이 무선 암호화 방법은 WPA2를 사용하고, 라즈베리파이 내부에는 공격 여부를 확인하기 위한 Kisnet wireless 침입 탐지 시스템과 공격을 회피하기 위한 이동 표적 방어(Moving Target Defense) 기술을 사용한다.

후속연구

4차 산업혁명 시대에서의 드론은 그 활용의 범위가 크게 확장될 것이고 향후에는 없어서는 안 될 사회의 필수 요소가 될 것이다. 본 고에서 소개하는 위협과 대응방법은 상용의 드론에 적용되어야 최소한의 보안기술 이라 생각되며 이 외에도 미시적으로는 펌웨어 변조를 비롯하여 거시적으로는 군집행위 기반 다중 드론의 통합관리 서버에 대한 공격과 이들에 대한 방어기술 등을 포함하여 알려져 있지 않은 다양한 취약점에 대한 대응 방안의 마련이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	무인비행체 드론은 초기에 어떤 목적으로 사용되었는가?	군사 등의 특수 목적으로만 사용되었던 무인비행체 드론이 최근 상용 수준의 간결한 구조와 저가화가 가능해지면서 여러 제조업체를 통하여 민간분야의 다양한 응용에 활용 가능함을 증명하고 있다. 그러나 제조업체들 간의 시장 우위 선점을 위한 과열 경쟁으로 인하여 보안 안전성 검증 단계를 거치지 않은 드론과 이에 수반되는 애플리케이션이 시장에 바로 출시되면서 이들이 우리 사회를 향한 공격도구로 활용될 수 있다는 새로운 잠재적 위협이 우려되고 있다, 이와 관련하여 현재 드론과 애플리케이션과의 연결 및 데이터 통신 과정에서 완성도가 낮은 접근제어 기술이나 암호화되지 않은 통신방식을 비롯하여 드론 내부 소프트웨어의 코딩 상의 문제점 등에 의하여 다양한 취약점이 노출되고 있는 상태이다.
	안전성 검증 단계를 거치지 않은 드론과 이에 수반되는 애플리케이션이 시장에 바로 출시되면서 어떤 문제점을 야기하고 있는가?	군사 등의 특수 목적으로만 사용되었던 무인비행체 드론이 최근 상용 수준의 간결한 구조와 저가화가 가능해지면서 여러 제조업체를 통하여 민간분야의 다양한 응용에 활용 가능함을 증명하고 있다. 그러나 제조업체들 간의 시장 우위 선점을 위한 과열 경쟁으로 인하여 보안 안전성 검증 단계를 거치지 않은 드론과 이에 수반되는 애플리케이션이 시장에 바로 출시되면서 이들이 우리 사회를 향한 공격도구로 활용될 수 있다는 새로운 잠재적 위협이 우려되고 있다, 이와 관련하여 현재 드론과 애플리케이션과의 연결 및 데이터 통신 과정에서 완성도가 낮은 접근제어 기술이나 암호화되지 않은 통신방식을 비롯하여 드론 내부 소프트웨어의 코딩 상의 문제점 등에 의하여 다양한 취약점이 노출되고 있는 상태이다. 이러한 취약점들로 인하여 드론의 인증 해제 및 하이재킹을 통한 불법 영상촬영이나 개인정보의 유출 등을 비롯하여 특정 목표물을 향한 드론의 고의적 추락 등이 발생할 경우 재산 피해뿐만 아니라 인명 피해까지 발생할 수 있다.
	안전성 검증 단계를 거치지 않은 드론들의 취약점은 무엇을 야기 할 수 있는가?	그러나 제조업체들 간의 시장 우위 선점을 위한 과열 경쟁으로 인하여 보안 안전성 검증 단계를 거치지 않은 드론과 이에 수반되는 애플리케이션이 시장에 바로 출시되면서 이들이 우리 사회를 향한 공격도구로 활용될 수 있다는 새로운 잠재적 위협이 우려되고 있다, 이와 관련하여 현재 드론과 애플리케이션과의 연결 및 데이터 통신 과정에서 완성도가 낮은 접근제어 기술이나 암호화되지 않은 통신방식을 비롯하여 드론 내부 소프트웨어의 코딩 상의 문제점 등에 의하여 다양한 취약점이 노출되고 있는 상태이다. 이러한 취약점들로 인하여 드론의 인증 해제 및 하이재킹을 통한 불법 영상촬영이나 개인정보의 유출 등을 비롯하여 특정 목표물을 향한 드론의 고의적 추락 등이 발생할 경우 재산 피해뿐만 아니라 인명 피해까지 발생할 수 있다. 특히, 현재의 드론 응용은 초기단계여서 향후 다양한 응용과 유관 기술들이 폭넓게 전개되어야 하는 시점에서 이러한 사고 가능성은 매우 심각하게 인식되어야 할 것이다.

참고문헌 (17)

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저자의 다른 논문 :

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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