[논문]PageRank 알고리즘을 활용한 사이버표적 중요성 순위 선정 방안 연구

김국진; 오승환; 이동환; 오행록; 이정식; 신동규

doi:10.7472/jksii.2021.22.6.115

PageRank 알고리즘을 활용한 사이버표적 중요성 순위 선정 방안 연구
A research on cyber target importance ranking using PageRank algorithm 원문보기

Journal of Internet Computing and Services = 인터넷정보학회논문지, v.22 no.6, 2021년, pp.115 - 127

김국진 (Dept. of Computer Engineering and Convergence Engineering for Intelligent Drone, Sejong Univ) , 오승환 (Dept. of Computer Engineering and Convergence Engineering for Intelligent Drone, Sejong Univ) , 이동환 (Dept. of Computer Engineering and Convergence Engineering for Intelligent Drone, Sejong Univ) , 오행록 (Agency for Defense Development) , 이정식 (Agency for Defense Development) , 신동규 (Dept. of Computer Engineering and Convergence Engineering for Intelligent Drone, Sejong Univ)

초록
AI-Helper

전 세계적으로 과학기술의 발달에 따라 육·해·공·우주에 이어 사이버공간이라는 영역 또한 전장 영역으로 인식되고 있다. 이에 따라 육·해·공·우주에서 이루어지는 물리적 작전뿐만 아니라 사이버공간에서 이루어지는 사이버 작전 수행을 위한 정의, 체계, 절차, 계획 등 다양한 요소를 설계·수립해야 한다. 본 연구에서는 사이버 작전의 표적처리(Targeting) 중 표적개발 및 우선순위 부여 단계에서 중간표적개발을 통해 선정한 사이버 표적 목록에 대한 우선순위를 부여할 때 고려할 수 사이버 표적의 중요성을 고려 요소로 선정하여 이에 대한 점수를 산출, 사이버 표적 우선순위 선정 점수의 일부로 활용하는 방안을 제시한다. 이에 따라, 사이버 표적 우선순위 부여 과정에서 사이버 표적 중요성 범주를 설정하고, 사이버 표적 중요성 개념 및 기준항목을 도출한다. 도출된 기준항목별 점수산정 및 종합을 위해 PageRank 알고리즘을 기반으로 Event Prioritization Framework 등의 매개변수를 종합한 TIR(Target Importance Rank) 알고리즘을 제안한다. 그리고 스턱스넷 사례 기반 네트워크 토폴로지 및 시나리오 데이터를 구성하여 제안된 알고리즘으로 사이버 표적 중요성 점수를 도출하고 사이버 표적의 우선순위를 선정하여 제안된 알고리즘을 검증한다.

Abstract ▼ AI-Helper

With the development of science and technology around the world, the realm of cyberspace, following land, sea, air, and space, is also recognized as a battlefield area. Accordingly, it is necessary to design and establish various elements such as definitions, systems, procedures, and plans for not only physical operations in land, sea, air, and space but also cyber operations in cyberspace. In this research, the importance of cyber targets that can be considered when prioritizing the list of cyber targets selected through intermediate target development in the target development and prioritization stage of targeting processing of cyber operations was selected as a factor to be considered. We propose a method to calculate the score for the cyber target and use it as a part of the cyber target prioritization score. Accordingly, in the cyber target prioritization process, the cyber target importance category is set, and the cyber target importance concept and reference item are derived. We propose a TIR (Target Importance Rank) algorithm that synthesizes parameters such as Event Prioritization Framework based on PageRank algorithm for score calculation and synthesis for each derived standard item. And, by constructing the Stuxnet case-based network topology and scenario data, a cyber target importance score is derived with the proposed algorithm, and the cyber target is prioritized to verify the proposed algorithm.

주제어

표/그림 (26)

그림 (그림 1) 사이버공간 3계층과 사이버 표적 (Figure 1) Cyberspace 3 layers and cyber target
그림 (그림 2) 기계획 표적처리 절차 (Figure 2) Pre-planned targeting process
그림 (그림 3) 사이버 표적처리 절차 (Figure 3) Cyber targeting process
그림 (그림 4) 사이버 표적 우선순위 부여 절차 (Figure 4) Cyber target prioritization process
표 (표 1) 구성군사 추천 표적 우선순위 기준항목 (Table 1) Component Military Recommendation Target Priority Criteria
표 (표 2) 군사작전 우선순위 부여 특별 고려사항 (Table 2) Special considerations for prioritizing military operations
표 (표 3) 군사작전에서의 표적 중요성 (Table 3) The importance of targets in military operations
표 (표 4) PageRank 알고리즘 매개변수 정의 (Table 4) PageRank algorithm parameter definition
그림 (그림 5) PageRank 계산 예제 (Figure 5) PageRank calculation example
표 (표 5) EPF 매개변수 정의 (Table 5) EPF parameter definition
표 (표 6) 호스트 긴요도 평가 지표 (Table 6) Host criticality rating indicators
표 (표 7) 사이버 표적 중요성 기준항목 (Table 7) Cyber target materiality criteria
표 (표 8) 표적 중요성 기준항목 정량화를 위한 매개변수 식별 (Table 8) Identification of parameters for quantifying target importance criteria
표 (표 9) PageRank 기반 표적 연결도 점수 산정 매개변수 (Table 9) PageRank-based target connectivity scoring parameters
그림 (그림 6) 표적 긴요도 점수 산정방안 (Figure 6) Target criticality score calculation method
그림 (그림 7) 표적 노출도 점수 산정방안 (Figure 7) Target exposure score calculation method
그림 (그림 8) 표적 중요성 기준항목별 연구사례들의 요소 연결 (Figure 8) Linking factors of research cases by target materiality criteria
그림 (그림 9) 표적 중요성 우선순위 도출을 위한 논리적 네트워크 토폴로지 예시 (Figure 9) Example logical network topology for deriving target importance priorities
표 (표 10) TIR 매개변수 (Table 10) TIR parameters
그림 (그림 10) 스턱스넷 사례 기반으로 설계된 공격 그래프 (Figure 10) Attack graph designed based on Stuxnet case
표 (표 11) 표적 중요성 우선순위 결과 예시 (Table 11) Example Target Materiality Priority Results
그림 (그림 11) 스턱스넷 사례 기반 네트워크 토폴로지(물리) (Figure 11) Stuxnet case-based network topology (Physical)
그림 (그림 12) 스턱스넷 사례 기반 네트워크 토폴로지(논리) (Figure 12) Stuxnet case-based network topology (Logical)
표 (표 12) 시나리오 데이터 일부 (Table 12) Part of the scenario datas
그림 (그림 13) 네트워크 토폴로지 내 표적 우선순위 표기 예 (Figure 13) Example of target priority notation in network topology
표 (표 13) TIR 알고리즘 실험 결과 데이터 일부 (Table 13) Part of the TIR algorithm experiment result datas

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구는 사이버 표적 우선순위를 계산하기 위한 사이버 표적 중요성 부여 방안을 제시했다. 연구를 수행하기 위해 우선 국ˑ내외 교범들을 조사하여 표적의 중요성을 정의했다.
본 연구에서는 사이버표적목록에 대한 우선순위를 부여할 때 고려해야 하는 항목들을 설명하고 고려해야 하는 항목 중 사이버 표적의 중요성 CTI(Cyber Target Importance)에 대한 점수를 산정하기 위해 PageRank 알고리즘을 기반으로 TIR(Target Importance Rank) 알고리즘을 도출하여 중요성 점수를 산정하고 우선순위를 부여하는 방안을 제시한다.

가설 설정

PageRank 알고리즘은 링크를 무작위로 클릭하는 사람이 특정 페이지에 도착할 가능성을 나타내는 데 사용되는 확률 분포를 출력한다. 그리고 컴퓨터 프로세스가 시작될 때 수집할 수 있는 모든 페이지 간의 분포가 균등하게 나눠져 있다고 가정한다. 해당 확률은 0과 1사이의 숫 자 값으로 표현되며 예를 들어 0.
군집은 Initial Asset Layer와 Printer Server를 제외하고 그림 10의 각 Layer 단위로 군집을 형성했다. 또한, 각 군집은 스위치 하나로 이어져 있다고 가정하고 각 스위치들은 서로 일방향으로 이어져 있다고 가정했다.

제안 방법

2.2.1에서 사이버 표적을 물리적 네트워크 계층에 속하는 호스트(서버, 클라이언트)로 정의함에 따라 사이버 자산 중 호스트의 중요성을 도출하는 연구사례들을 조사했다.
연구를 수행하기 위해 우선 국ˑ내외 교범들을 조사하여 표적의 중요성을 정의했다. 그리고 정의한 표적의 중요성 점수를 산출하기 위해 PageRank, Event Prioritization Framework, 호스트 긴요도 평가 사례들을 조사하여 표적 중요성 기준항 목을 도출하고 연구사례들의 식과 지표 등을 종합하여 Target Importance Rank 알고리즘을 설계했다. 이를 증명하기 위해 스턱스넷 사례를 분석하고 실험 데이터를 생성한 후 실험을 진행했다.
본 연구에서는 사이버표적목록 CTL(Cyber Target List) 에 대한 우선순위를 부여하기 위하여 사이버표적 우선순위 분석 항목 중 표적의 중요성에 대한 정량화를 위해 표적별 중요성 점수를 산정과 우선순위화하는 방안을 제시하고자 한다.
본 장에서는 2.3의 사이버 표적개발 및 사이버 표적 중요성 내용을 종합하여 사이버작전에서의 표적 중요성 기준 항목 도출하고 2.4의 사이버 자산 중요성 정량화 연구사례 들을 종합하여 각 기준항목 점수를 정량화하는 TIR(Target Importance Rank) 알고리즘을 설계한다. 그리고 본 알고리즘을 검증하기 위한 시나리오(네트워크 토폴로지, 실험 데이터)를 STUXNET 사례를 기반으로 설계한다.
본 연구는 사이버 표적 우선순위를 계산하기 위한 사이버 표적 중요성 부여 방안을 제시했다. 연구를 수행하기 위해 우선 국ˑ내외 교범들을 조사하여 표적의 중요성을 정의했다. 그리고 정의한 표적의 중요성 점수를 산출하기 위해 PageRank, Event Prioritization Framework, 호스트 긴요도 평가 사례들을 조사하여 표적 중요성 기준항 목을 도출하고 연구사례들의 식과 지표 등을 종합하여 Target Importance Rank 알고리즘을 설계했다.
그리고 정의한 표적의 중요성 점수를 산출하기 위해 PageRank, Event Prioritization Framework, 호스트 긴요도 평가 사례들을 조사하여 표적 중요성 기준항 목을 도출하고 연구사례들의 식과 지표 등을 종합하여 Target Importance Rank 알고리즘을 설계했다. 이를 증명하기 위해 스턱스넷 사례를 분석하고 실험 데이터를 생성한 후 실험을 진행했다. 그 결과 작전의 목표와 물리적, 논리적으로 가장 근접한 S7-315 PLCs가 가장 중요한 표적으로 선정되었다.

대상 데이터

스턱스넷은 이 시스템을 감염시켜 PLC 코드 블록을 변조, 변조된 코드는 숨기고 Step7이 호출될 때는 감춰진 변조 코드 블록이 시행되도록 하였다. 이러한 스턱스넷의 최종 공격대상은 S7-315와 S7-417이라는 두 가지 종류의 중앙처리장치였다. 이때 신뢰할만한 기업들의 인증서를 사용하여 자동 감지 시스템에서 노출되는 것을 방지하고 에어갭(Air-Gap)을 극복하고 시설 내 컴퓨터에 침입하기 위해 컴퓨터 간 혹은 컴퓨터와 USB 사이에 존재하는 취약점을 이용했다.

이론/모형

4의 사이버 자산 중요성 정량화 연구사례 들을 종합하여 각 기준항목 점수를 정량화하는 TIR(Target Importance Rank) 알고리즘을 설계한다. 그리고 본 알고리즘을 검증하기 위한 시나리오(네트워크 토폴로지, 실험 데이터)를 STUXNET 사례를 기반으로 설계한다.

성능/효과

결과적으로 S7-315 PLCs이 가장 중요한 표적으로 선정되었으며, 그림 11에 순위 값을 입력하면 그림 13과 같은 화면이 만들어지고 이를 활용하여 지휘관이 표적 우선순위를 쉽게 이해하고 올바른 작전적 지침을 하달할 수 있을 것이다.
이를 증명하기 위해 스턱스넷 사례를 분석하고 실험 데이터를 생성한 후 실험을 진행했다. 그 결과 작전의 목표와 물리적, 논리적으로 가장 근접한 S7-315 PLCs가 가장 중요한 표적으로 선정되었다.

후속연구

향후 연구는 BGP-Archive 등의 OSINT 데이터를 활용하여 아군 네트워크 지역, 적대적 네트워크 지역, 민간 네트워크 지역에 대한 정보를 수집하고 표적군을 식별한다. 그 후 표적에 대한 우선순위를 선정하고 표적을 공격하기 위한 방책선정까지 수행함으로써 사이버공격을 수행하기 위한 절차와 기법들을 더 발전시킬 예정이다.
본 연구를 활용 및 지속적인 연구를 통해 군에서 사이버 작전에서의 표적 우선순위를 정량적으로 선정할 수 있을 것으로 기대되며, 사이버보안 분야에서 Red-Team 임무 수행 시 공격자를 모델링 할 때 사용할 수 있을 것이다.
향후 연구는 BGP-Archive 등의 OSINT 데이터를 활용하여 아군 네트워크 지역, 적대적 네트워크 지역, 민간 네트워크 지역에 대한 정보를 수집하고 표적군을 식별한다. 그 후 표적에 대한 우선순위를 선정하고 표적을 공격하기 위한 방책선정까지 수행함으로써 사이버공격을 수행하기 위한 절차와 기법들을 더 발전시킬 예정이다.

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상세보기
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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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