사물인터넷 환경의 개인정보 보호를 위한 고신뢰 네트워크 연구

2-1 사물인터넷 개요

사물인터넷(IoT: Internet of Things) 환경이란 사람과 사람, 사람과 사물 그리고 사물 대 사물을 연결하는 네트워크으로 언제 어디서나 무엇이든 연결이 가능한 네트워크를 의미한다[2].

IoT 기기는 웨어러블, 스마트 시티, 스마트 홈, 산업 인터넷, 스마트 그리드, 커넥티드 카, U-헬스, 스마트 TV, 스마트 웹캠, 스마트 청소기 스마트 워치, 구글 글래스, 슬립 센스, 스마트폰 등과 같은 장치들이며 이들 사물인터넷 장치들은 사회 및 국가의 기반시설에 설치되어 생활에 편리함을 제공하기 때문에 수요의 증가가 가속되고 있다.

Fig. 1.

Examples of IoT devices

사물인터넷(IoT) 환경은 디바이스들이 네트워크에 연결되어 Open API(Application Programming Interface) 기반의 인터넷 서비스를 이용할 수 있다. 다음 항목들은 사물인터넷(IoT) 기기들에서 개인정보 수집 및 이용 그리고 저장 가능한 개인정보들을 나열할 것이다[3].

- 스마트폰: 사진, 동영상, 음성, 신용카드번호, 계좌번호, 전화번 호, 검색기록, SNS(Social Network Service) 활동 로그, 제조일자
- 구글 글래스: 사진, 촬영 영상, 음성, 위치정보 등
- 스마트 워치: 심정도, 심박동 수, 걸음 수, 디바이스 인증정보 등
- 커넥티드 카: 위치정보, 주행일자, 거리, 시간 등
- 스마트 헬스 케어: 위치정보, 이동 거리, 걸음 수, 오른 층수, 칼로리 소모량, 활동시간, 수면시간 등
- 스마트 TV: 사진, 동영상, 음성, 시청정보 등
- 스마트 냉장고: 신용카드번호, 계좌번호, 사진, 일정 정보, 냉장고 온도, 식재료 목록, 유통기한 등
- 스마트 세탁기: 전기요금 패턴 정보, 사용 세탁코스, 음성정보, 기기 오류정보 등
- 로봇청소기: 영상정보, 집 구조 정보, 청소시간 예약설정 정보, 배터리 정보, 디바이스 이동 경로 등

2-2 사물 인터넷과 개인정보 이슈

“개인정보”란 살아 있는 개인에 관한 정보로서 성명, 주민등록번호 및 영상 등을 통하여 개인을 알아볼 수 있는 정보(해당 정보만으로는 특정 개인을 알아볼 수 없더라도 다른 정보와 쉽게 결합하여 알아볼 수 있는 것을 포함한다)를 의미 한다[4].

개인정보가 누군가에 의해 악의적인 목적으로 이용되거나 유출될 경우 개인의 안전과 재산에 큰 피해를 줄 수 있기 때문에 개인정보는 보호되어야 한다. 예를 들면 스팸 문자 또는 보이스 피싱, 스미싱 그리고 나를 사칭한 메신저상의 금융사기 등이 모두 개인정보의 유출에 따른 침해라고 볼 수 있다.

전문기관이 분석하는 2019년 ICT(Information & Communication Technology) 주요 분야 주요 이슈 보고서에서는 가트너의 2019년 10대 전략기술 트랜드를 분석하고 있으며 정보통신기술진흥센터(IITP)와 소프트웨어정책연구소(SPRI)에서도 주요 이슈를 기술하고 있다[5].

Table 1.

2019 ICT Issues

이들 보고서의 전략 기술에서는 디지털 윤리와 개인정보 보호를 다루고 있으며 특히 사물인터넷을 주요 이슈로 기술하고 있다. 이 보고서에 의하면 모든 사물들이 인터넷으로 연결되는 환경에서 개인정보 침해에 대한 우려가 증가 되고 있음을 보여준다.

3-1 사물인터넷 환경의 위협

최근 4차 산업 혁명의 사물인터넷(IoT) 환경에 대한 관심이 높아지고 있고 이러한 환경을 기반으로 민감한 개인정보들이 수집, 이용, 저장 및 전송될 때 악용될 위협이 있어 이에 대한 보안방안이 필요하다. [그림 2]는 사물인터넷(IoT) 환경에서 개인정보가 노출될 수 있는 과정을 보인다. IoT 환경은 디바이스 단계와 네트워크 단계 그리고 서비스단계까지 전반에 걸쳐 개인정보가 노출될 수 있음을 확인할 수 있다. IoT 환경 보안 위협은 각기 개별 단계적으로는 크지 않지만 각 단계별 위험요소가 연결되어 연관될 때 그 피해가 크다.

Fig. 2.

IoT environment structure[3]

3-2 사물인터넷 환경의 공격 사례

사물인터넷(IoT) 환경은 인터넷 연결을 통하여 해당 서비스를 제공한다. IoT의 인터넷 연결은 그 자체가 위협이 될 수 있다. [그림 3]은 최근 발생한 스마트 가전기기의 해킹공격 과정을 보인다. 해커들이 인터넷으로 연결된 TV나 냉장고 등의 디폴트 패스워드를 악용하여 가전제품을 해킹하였고 IoT 제품에 탑재된 메일링 기능을 이용하여 스팸메일을 사용자들에게 대량 보낸 공격으로 IoT 환경의 사이버 공격이 시작되고 있음을 보여준다[3].

Fig. 3.

Attacks using Household Appliances

IoT 환경의 가전제품 공격은 스마트 TV를 이용한 홈쇼핑 고객들에게는 특히 위협이 될 수 있다. 상품 주문과 관계되는 개인정보가 침해될 수 있기 때문이다. [그림 2]와 같이 IoT 기기들은 무선접속장치(AP)를 이용하여 네트워크에 접근한다. 특히 대중화되어 있는 와이파이 기기를 통하여 네트워크에 접속되는데, 가짜 무선접속장치를 이용하여 중간에서 정상적인 이용자의 개인정보를 가로채거나 훔칠 수 있다. 취약한 무선접속장치를 이용하여 중간에서 정상 이용자인 것처럼 행세하는 중간자 공격 또한 개인정보를 노출, 유출 또는 침해될 수 있다.

스마트 홈과 스마트 가전 등의 IoT 기기들은 인터넷과 연결되어 우리의 일상에 윤택함을 가져다 줄 것이다. 그러나 IoT 기기를 통해 민감한 주요 개인정보들이 노출될 수 있는 위협이 있다. 개인정보의 노출에서 훼손 그리고 악용될 경우 피해의 규모는 정량적으로 산정하기 어렵기 때문에 사물인터넷 환경은 안전하게 보호되어야 한다.

4-1 사물인터넷 환경의 위협 식별

사물인터넷(IoT) 환경의 개인정보 보호를 위하여 고신뢰 네트워크에 대한 컴포넌트의 위협을 Microsoft사가 개발한 STRIDE 기반의 위협 모델링을 적용하여 분석한다[7][8].

위협 모델링이란 어떤 시스템 환경에서 발생할 수 있는 문제점을 신속하게 찾기 위하여 시스템 개발이나 설계 과정에서 수행된다. [표 2]는 STRIDE 위협과 관련 보안 서비스를 보여준다.

Table 2.

STRIDE threats

STRIDE는 스푸핑(Spoofing), 손상(Tampering), 부인(Repudiation), 정보 공개(Information Disclosure), 서비스 거부(DoS: Denial of Service), 권한 상승(Elevation of Privilege)과 같은 6가지 보안 속성을 의미한다.

4-2 사물인터넷 환경의 컴포넌트별 위협 모델링

본 절에서는 사물인터넷(IoT) 환경의 고신뢰 네트워크 적용을 위해 [그림 4]와 같은 구성에서 각 컴포넌트별 보안 위협 요소를 도출한다. [표 3]은 IoT 기기, [표 4]는 무선 AP, [표 5]는 네트워크, [표 6]은 서버, 그리고 [표 7]은 전역적 제어관리시스템에 대하여 위협을 모델링 한다[9].

Table 3.

Threat elements and attack examples of IoT Device

Table 4.

Threat elements and attack examples of Wireless AP

Table 5.

Threat elements and attack examples of Network

Table 6.

Threat elements and attack examples of cloud servers

Table 7.

Threat elements and attack examples of Control system

[표 3]과 같이 IoT 장치의 위협에 대한 주요 공격의 형태는 Cross-service 공격으로 분석되었다. 이 공격은 IoT 기기의 보안 취약점을 이용하여 해당 서비스 영역을 넘어서 다른 서비스를 이용하는 모든 형태의 공격방식을 의미한다.

[표 4]와 같이 무선 AP 위협의 공격 형태는 중간자 공격(Man In The Middle attack)으로 이는 네트워크 통신을 조작하여 통신 내용을 도청하거나 변경 및 조작하는 공격 기법이다.

[표 5]과 같이 네트워크의 위협에 대한 공격의 형태는 DoS(Denial of Service) 공격으로 이는 특정 링크의 과부화 및 혼잡으로 자원을 부족하게 하여 원래의 의도된 용도로 사용하지 못하게 하는 공격 기법이다.

[표 6]과 같이 가상화를 기반으로 운영되는 클라우드 서버는 VM(Virtual Machine) 간 자체의 취약점으로 인한 다양한 형태의 공격이 가능하다. 따라서 VM 간의 통신에서 정보 공개, 악성코드 전달, DDoS 공격 등이 주요 공격 형태로 나타날 것으로 분석되었다.

[표 7]과 같이 전역적 제어관리시스템의 위협에 대하여 가장 사용자 접근, 전송 및 저장데이터 수정, 정보 공개, 서비스 거부 공격, 그리고 권한 침해 등이 주요 공격 형태로 분석되었다.

4-3 IoT환경을 위한 고신뢰 네트워크 보안 요구기술

4.2절에서는 사물인터넷(IoT) 환경을 고신뢰 네트워크를 적용하여 위협을 분석하였다. 본 절에서는 이러한 위협 모델링을 바탕으로 고신뢰 네트워크 구성의 각 컴포넌트별 보안 요구기술을 도출한다[9]. [표 8]에서는 IoT 기기에서 요구되는 보안기술을 분석하고 [표 9]는 무선 AP의 보안 요구기술, [표 10]은 네트워크의 보안 요구기술, [표 11]은 클라우드 서버의 보안 요구기술 그리고 [표 12]에서는 전역적 제어관리시스템의 보안 요구기술을 제시한다.

Table 8.

Required security technology for IoT Device

Table 9.

Required security technology for Wireless AP

Table 10.

Required security technology for Network

Table 11.

Required security technology for cloud server

Table 12.

Required security technology for Control System

4-2절에서의 IoT 장치의 위협 요소와 공격 형태에 대응하기 위해 [표 8]과 같이 보안 요구기술을 도출하였다. 접근통제 서비스로는 Cross-service 공격을 방지할 수 있는 대응기술, 단말기가 분실된 경우에는 비합법적인 사용자의 접근제어를 위해 원격 단말 제어기술, 그리고 악성코드 탐지와 접근제어 기술이 필요한 것으로 분석되었다[10]. 책임 추적성을 위하여는 로그 분석기술과 디지털 포렌식의 기능 등이 필요하며 인증 서비스에는 시스템의 안전성을 제공하는 인증기술, 가용성 측면에서는 혼잡의 상태에서도 서비스의 연속성 보장이 필요하고 기밀성 서비스로는 사물인터넷 환경에서 전송되는 개인정보들에 대한 암호화 기술이 필요한 것으로 도출되었다. 무결성 서비스로는 사용자 인증 및 개인정보들의 변조에 대한 진단 기술이 필요함이 분석되었다.

무선 AP에 요구되는 보안기술로는 [표 9]와 같으며 무선 AP에 접근제어 기술, 책임 추적성에는 로그 파일 분석과 디지털 포렌식 기술, 무선 AP 인증과 안전한 Wi-Fi 기술, 가용성 보장, WPA2(Wi-Fi Protected Access 2)-AES(Advanced Encryption Standard) 기반의 기밀성 보장 그리고 스푸핑을 예방하는 보안기술이 필요함이 도출되었다.

네트워크에 요구되는 보안기술로는 [표 10]과 같다. 네트워크의 악성코드 탐지와 신뢰 게이트웨이(SDN: Software Defined Network)의 접근제어 기술이 필요하고 책임 추적성에는 로그 파일 분석과 디지털 포렌식 기술이 요구되었다. 인증기술로는 패킷 헤더 및 페이로드 인증 그리고 BGP(Border Gateway Protocol) 인증의 필요성이 요구되었고, 가용성 보장을 위해서는 분산 서비스 거부 공격과 혼잡 제어기술 그리고 기밀성 보장을 위해서는 네트워크 차원의 IP 데이터 암호화와 네트워크 보안기술이 도출되었다. 무결성을 보장하기 위한 요구기술로는 하이재킹 예방 기술이 필요함이 분석되었다.

클라우드 서버에 요구되는 보안기술로는 [표 11]과 같으며 클라우드 가용성 서비스에 있어 혼잡 제어기술은 가상화에 대한 의도적인 코드 삽입으로 가상 머신에서 물리적 자원으로 물리적 자원에서 또 다른 가상 머신으로 연쇄적 위협을 제어하는 기술을 나타낸다. 정보시스템의 보안 정보 및 이벤트 로그를 통해 내외부 위협을 실시간으로 모니터링함으로써 정보 유출을 방지하는 SIEM(Security Information & Event Monitoring) 기술도 필요하다.

전역적 제어관리시스템에서 접근통제 서비스를 위한 보안기술로는 보안 정책기반 전역적 제어관리 기술과 악성코드 탐지 제어기술, 책임 추적성을 위해서는 SIEM 모니터링과 로그 파일 분석 및 디지털 포렌식 기술, 그리고 제어시스템을 위한 인증기술 그리고 가용성 보장을 위해서는 분산 서비스 거부 공격의 탐지 및 결함 감내 기술과 혼잡 제어기술이 필요 요구기술로 도출되었으며 마지막으로 기밀성과 무결성 보장을 위해서는 제어 메시지의 암호화 및 위변조 방지기술이 필요한 요구 보안기술로 분석되었다.