[논문 리뷰] Consumer UAV Cybersecurity Vulnerability Assessment Using Fuzzing Tests

David N Rudo, Kai Zeng|arXiv (Cornell University)|2020. 08. 09.

UAV Applications and Optimization참고 문헌 12인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 소비자 무인 항공기(UAV)의 핵심 GPS 장애 요인을 폭파 테스트를 통해 특정 FTP 및 약한 포트 보안을 타겟으로 분석한다. 파리 파라로 베보프 2의 특정 포트에 손상된 데이터 스트림을 전송함으로써 연구자들은 GPS 신호 손실과 시스템 불안정성을 유도하였으며, UAV 사이버보안을 위해 기본적인 네트워크 하드닝 및 입력 검증이 필수적임을 입증한다.

ABSTRACT

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are remote-controlled vehicles capable of flight and are present in a variety of environments from military operations to domestic enjoyment. These vehicles are great assets, but just as their pilot can control them remotely, cyberattacks can be executed in a similar manner. Cyber attacks on UAVs can bring a plethora of issues to physical and virtual systems. Such malfunctions are capable of giving an attacker the ability to steal data, incapacitate the UAV, or hijack the UAV. To mitigate such attacks, it is necessary to identify and patch vulnerabilities that may be maliciously exploited. In this paper, a new UAV vulnerability is explored with related UAV security practices identified for possible exploitation using large streams of data sent at specific ports. The more in-depth model involves strings of data involving FTP-specific keywords sent to the UAV's FTP port in the form of a fuzzing test and launching thousands of packets at other ports on the UAV as well. During these tests, virtual and physical systems are monitored extensively to identify specific patterns and vulnerabilities. This model is applied to a Parrot Bebop 2, which accurately portrays a UAV that had their network compromised by an attacker and portrays many lower-end UAV models for domestic use. During testings, the Parrot Bebop 2 is monitored for degradation in GPS performance, video speed, the UAV's reactivity to the pilot, motor function, and the accuracy of the UAV's sensor data. All these points of monitoring give a comprehensive view of the UAV's reaction to each individual test. In this paper, countermeasures to combat the exploitation of this vulnerability will be discussed as well as possible attacks that can branch from the fuzzing tests.

연구 동기 및 목표

• 소비자 UAV의 사이버보안 취약성을 평가하고, 특히 네트워크 기반 원격 공격에 초점을 맞춘다.
• FTP 및 약한 포트 설정을 대상으로 한 폭파 테스트가 GPS 기능과 UAV 시스템 안정성에 미치는 영향을 조사한다.
• WPA2 암호화 기능이 없고 입력 검증 기능이 빈약한 광범위하게 사용되는 소비자 드론인 파리 파라로 베보프 2의 공격 가능한 취약점을 규명한다.
• 폭파 및 플러딩 공격를 방지하기 위해 실현 가능하고 구현 가능한 대응 조치를 제안한다. 예를 들어 동적 포트 보안, 소프트 한계, 적응형 보안 기법 등이다.

제안 방법

• 파리 파라로 베보프 2의 네트워크 포트에 대량의 손상된 데이터, 특히 FTP 전용 키워드를 전송하여 폭파 테스트를 수행하였다.
• 공격 중 UAV의 성능을 GPS 정확도, 영상 전송 속도, 모터 반응성, 센서 데이터 무결성 측면에서 모니터링하였다.
• 통신 포트를 동적으로 변경함으로써 동적 포트 보안을 적용하여 예측 가능성을 낮추고 대규모 플러딩 공격를 어렵게 하였다.
• 패킷 크기 제한 및 명령어 키워드 검증을 통해 소프트 한계를 구현하여 오버플로우 및 잘못된 명령어 실행을 방지하였다.
• 이상한 트래픽 패턴을 감지하고 이상 활동가능성이 있을 경우 경고 또는 차단을 트리거하는 적응형 보안 메커니즘을 도입하였다.
• WPA2 암호화 및 정적 IP 접근 제어가 비밀번호 없는 액세스를 방지하는 기본 보안 조치로서의 효과를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 FTP 및 개방된 포트를 대상으로 한 폭파 공격가 소비자 UAV의 GPS 성능과 전체 시스템 안정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 포트 설정 및 입력 검증의 특정 취약점은 원격으로 UAV 운영을 방해할 수 있는가?
• RQ3 동적 포트 보안 및 소프트 한계는 UAV에 대한 폭파 및 플러딩 공격의 성공률을 어느 정도 감소시킬 수 있는가?
• RQ4 적응형 보안 메커니즘은 실시간으로 이상한 네트워크 트래픽 패턴을 감지하고 대응하는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ5 WPA2 및 IP 화이트리스트와 같은 기본적인 네트워크 하드닝 실천 조치는 이러한 종류의 사이버공격에 대비해 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 파리 파라로 베보프 2의 FTP 포트 및 기타 약한 보안 포트를 대상으로 한 폭파 공격는 GPS 신호 수신을 실패하게 하여 항법 장애를 유발하였다.
• 고속도의 데이터 주입 중 UAV는 영상 전송 속도, 모터 반응성, 센서 데이터 정확도에서 명백한 성능 저하를 보였다.
• WPA2 암호화 기능의 부재와 입력 검증의 결여로 공격자가 최소한의 노력으로 시스템을 악용할 수 있었으며, 이는 원격 네트워크 기반 공격에 대한 취약성이 확인됨을 의미한다.
• 패킷 크기 제한 및 키워드 기반 명령어 필터링과 같은 소프트 한계를 적용함으로써 시스템의 손상된 입력에 대한 노출이 크게 감소하였다.
• 동적 포트 보안 및 적응형 트래픽 모니터링이 대규모 폭파 및 플러딩 공격의 성공률 감소에 효과가 있음을 입증하였다.
• 이 연구는 WPA2 암호화 및 IP 기반 접근 제어와 같은 기본 보안 조치가 비밀번호 없는 액세스 및 악용을 방지하는 데 필수적이며 매우 효과적임을 확인하였다.