[논문 리뷰] Addressing Security and Privacy Challenges in Internet of Things

Arsalan Mosenia|arXiv (Cornell University)|2018. 07. 18.

User Authentication and Security Systems참고 문헌 418인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 웨어러블 및 이식 가능한 의료 장치(IWMDs)에 중점을 두어 인터넷의 사물(IoT) 시스템을 위한 새로운 보안 및 프라이버시 솔루션을 제안한다. 에너지 효율적인 키 교환 및 웨이크업 메커니즘을 위한 프로토콜, 센서가 유발하는 비상 시스템을 악용하는 새로운 유형의 공격인 DISASTER, 기존의 비밀번호 기반 방법을 초월해 보다 강력한 보안을 제공하기 위해 생체 신호(BioAura)를 활용한 연속 인증 시스템(CABA)을 제안한다.

ABSTRACT

Internet of Things (IoT), also referred to as the Internet of Objects, is envisioned as a holistic and transformative approach for providing numerous services. The rapid development of various communication protocols and miniaturization of transceivers along with recent advances in sensing technologies offer the opportunity to transform isolated devices into communicating smart things. Smart things, that can sense, store, and even process electrical, thermal, optical, chemical, and other signals to extract user-/environment-related information, have enabled services only limited by human imagination. Despite picturesque promises of IoT-enabled systems, the integration of smart things into the standard Internet introduces several security challenges because the majority of Internet technologies, communication protocols, and sensors were not designed to support IoT. Several recent research studies have demonstrated that launching security/privacy attacks against IoT-enabled systems, in particular wearable medical sensor (WMS)-based systems, may lead to catastrophic situations and life-threatening conditions. Therefore, security threats and privacy concerns in the IoT domain need to be proactively studied and aggressively addressed. In this thesis, we tackle several domain-specific security/privacy challenges associated with IoT-enabled systems.

연구 동기 및 목표

• 웨어러블 및 이식 가능한 의료 장치(IWMDs)를 포함한 IoT 기반 건강 모니터링 시스템의 임상적 보안 및 프라이버시 취약점을 해결한다.
• 배터리로 구동되는 의료 장치의 장기적인 안정적인 보안 운영을 가능하게 하기 위해 에너지 효율적인 암호 프로토콜을 개발한다.
• 생리적 신호 유출 및 비상 대응 메커니즘의 결함과 같은 새로운 공격 표면을 식별하고 분석한다.
• 기존의 일회성 비밀번호 시스템을 대체하거나 보완하기 위해 기존의 생체 신호를 활용한 연속 인증 시스템(CABA)을 제안한다.
• 실제 사이버-물리적 시스템(CPSs), 예를 들어 주거 및 산업 자동화 시스템에 영향을 미치는 새로운 공격 기법인 DISASTER의 실현 가능성과 영향을 입증한다.

제안 방법

• 이식 가능한 의료 장치(IMDs)에서 배터리 고갈 공격에 강건한 보안 웨이크업 프로토콜을 설계한다.
• IMDs와 외부 장치 간 암호화 키의 기밀성을 보장하면서도 낮은 전력 소모를 보장하는 저전력 키 교환 프로토콜을 개발한다.
• 인체에서 방출되는 신호를 통해 생리적 정보 유출이 발생할 수 있음을 제안하고, 이로 인해 환자의 개인 정보를 유추할 수 있음을 설명한다.
• CPS 안전 메커니즘의 설계 결함을 악용하는 새로운 공격 유형인 DISASTER(Dedicated Intelligent Security Attacks on Sensor-triggered Emergency Responses)를 정의하고 분석한다.
• 웨어러블 의료 장치(WMSs)에서 실시간으로 얻은 생체 신호를 활용해 사용자 연속 인증을 수행하는 CABA(Continuous Authentication Based on BioAura) 시스템을 제안한다.
• CABA 결정에 기반해 동적으로 액세스 제어를 조정하는 실시간 적응형 권한 부여 체계를 구현한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 에너지 효율적인 암호 프로토콜은 어떻게 설계되어야 하여 전력 제약이 있는 IWMDs에서 장기적인 안정적인 보안 운영을 지원할 수 있는가?
• RQ2 인체에서 유출되는 생리적 신호는 얼마나 정교하게 활용되어 환자의 개인 정보나 행동 패턴과 같은 민감한 정보를 추론하는 데 사용될 수 있는가?
• RQ3 기존의 센서 기반 비상 대응 시스템의 설계 결함는 어떤 것이며, 이를 통해 비인가된 비상 조치가 유발될 수 있는가?
• RQ4 생체 신호(BioAura)를 활용한 연속 인증은 기존의 일회성 비밀번호 시스템보다 더 강력한 보안을 제공할 수 있는가?
• RQ5 생체 신호의 시간적 변동성은 연속 인증 시스템의 신뢰성과 정확성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 제안된 보안 웨이크업 및 키 교환 프로토콜은 강력한 기밀성을 유지하면서도 에너지 소비를 크게 줄여 이식 가능한 장치에서 지속적인 데이터 암호화를 가능하게 한다.
• ECG 및 EMG와 같은 생리적 신호는 장치에 직접 접근하지 않더라도 환자의 건강 상태나 일상 루틴과 같은 민감한 정보를 공격자가 추론하는 데 악용될 수 있다.
• DISASTER 공격는 실제 비상 상황 없이도 주거 및 산업용 사이버-물리적 시스템(CPSs)의 비상 대응 기능을 성공적으로 유도할 수 있어 안전성과 시스템 무결성에 심각한 위협을 가한다.
• CABA 시스템은 기존의 웨어러블 의료 장치(WMS) 데이터를 활용해 높은 정확도로 연속 사용자 인증을 수행하며, 비밀번호 기반 시스템에 비해 실용적이고 저비용 대안을 제공한다.
• 연구 결과, 전기 사용 패턴과 같은 비핵심 센서 데이터조차도 거주자 수와 일상 습관과 같은 개인 정보를 추론하는 데 사용될 수 있음을 밝혔다.
• 생체 신호의 시간적 변동성은 인증 성능에 영향을 미칠 수 있으나, CABA 시스템은 실시간 적응 및 동적 권한 제어를 통해 뛰어난 내구성을 입증했다.