[논문 리뷰] A systematic mapping study on security countermeasures of in-vehicle communication systems

Jinghua Yu, Stefan Wagner외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 05. 01.

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)참고 문헌 29인용 수 6

한 줄 요약

이 체계적 맵핑 연구는 차량 내 통신 시스템 보안 대응 조치에 관한 279篇의 논문을 분석하여 주요 추세, 검증 방법, 출판 패턴 및 연구 격차를 규명한다. 연구는 2015년 이후 급격한 증가를 보이며, 이질성 탐지 및 안전한 통신이 주요 대응 조치로 나타나지만, 자동차 이더넷 및 이질성 반응과 같은 분야는 여전히 탐색이 부족한 영역로 지적된다.

ABSTRACT

The innovations of vehicle connectivity have been increasing dramatically to enhance the safety and user experience of driving, while the rising numbers of interfaces to the external world also bring security threats to vehicles. Many security countermeasures have been proposed and discussed to protect the systems and services against attacks. To provide an overview of the current states in this research field, we conducted a systematic mapping study on the topic area "security countermeasures of in-vehicle communication systems". 279 papers are identified based on the defined study identification strategy and criteria. We discussed four research questions related to the security countermeasures, validation methods, publication patterns, and research trends and gaps based on the extracted and classified data. Finally, we evaluated the validity threats, the study identification results, and the whole mapping process. We found that the studies in this topic area are increasing rapidly in recent years. However, there are still gaps in various subtopics like automotive Ethernet security, anomaly reaction, and so on. This study reviews the target field not only related to research findings but also research activities, which can help identify research gaps at a high level and inspire new ideas for future work.

연구 동기 및 목표

• 차량 내 통신 시스템 보안 대응 조치에 관한 현재 연구 상태를 종합적으로 개괄하기 위해.
• 체계적 맵핑 연구 접근법을 통해 분야 내 연구 추세, 활동 패턴 및 격차를 규명하기 위해.
• 출판 추세, 검증 방법, 그리고 국가, 학술 행사, 연구 초점별 연구 분포를 분석하기 위해.
• 맵핑 과정의 타당성과 방법론적 품질을 평가하고, 자동차 이더넷 및 이질성 반응과 같은 연구가 부족한 하위 주제를 식별하기 위해.

제안 방법

• 체계적 맵핑 연구(SMS) 방법론의 지침을 기반으로 사전 정의된 프로토콜에 따라 체계적 맵핑 연구를 수행하였다.
• 정의된 关련 키워드 및 포함/배제 기준을 사용하여 여러 데이터베이스(예: IEEE Xplore, Springer, ScienceDirect)에서 다단계 검색 전략을 통해 279편의 관련 논문을 확보하였다.
• 메타데이터 및 전문 논문에서 데이터를 추출하고, 대응 조치 유형, 보안 목표, 검증 방법, 출판 장소, 연구 초점 등의 카테고리로 분류하였다.
• 출판 추세, 국가 기여도, 미디어 유형 분포를 보여주기 위해 스택드 바 차트 및 버블 차트를 활용하여 결과를 시각화하였다.
• 연구 식별, 데이터 추출, 분류, 맵핑 과정, 결과 해석의 다섯 차원에서 타당성 위협을 평가하였다.
• 메타적 방법론 품질을 평가하기 위한 척도를 사용하여 최선 실천 활동에 대해 54%의 준수율을 기록하였으며, 이는 높은 방법론적 품질을 의미한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 차량 내 통신 시스템에 제안된 주요 보안 대응 조치의 유형은 무엇이며, 다양한 기술 분야에 어떻게 분포되어 있는가?
• RQ2 제안된 대응 조치를 평가하는 데 주로 사용되는 검증 방법은 무엇이며, 평가되는 주요 성능 특성은 무엇인가?
• RQ3 출판 패턴은 시간이 지남에 따라 어떻게 변화했으며, 이 분야에서 주도적인 역할을 하는 국가와 기관은 어디인가?
• RQ4 가장 자주 언급되는 향후 연구 방향은 무엇이며, 현재 문헌에서 여전히 남아 있는 격차는 무엇인가?

주요 결과

• 다수의 보안 대응 조치는 이질성 탐지(18.3%)와 안전한 통신 기법(17.6%)에 집중되어 있으며, 대부분의 연구는 CAN 버스 네트워크를 대상으로 한다.
• 인증이 가장 자주 언급된 보안 목표로, 분석된 논문의 35.5%에서 나타났다.
• 61%의 검증 과정에서 하드웨어 프로토타이핑이 사용되었으며, 효과성과 효율성이 가장 흔히 평가되는 성능 특성이다.
• 2015년에서 2019년 사이에 출판 수가 급격히 증가했지만, 2020년에는 감소한 것으로 보이며, 이는 코로나19 패닉의 영향 때문일 가능성이 있다.
• 미국, 중국, 독일이 연구 기여도 상위 3개 국가이며, 대부분의 연구는 학술 기관에서 기인한다.
• 세 가지 주요 연구 격차가 규명되었다: 자동차 이더넷 보안에 대한 연구가 제한적이고, 산업계와 학계 간 협력이 부족하며, 이질성 반응 메커니즘에 대한 연구가 부족하다.