[논문 리뷰] Cybersecurity Dynamics: A Foundation for the Science of Cybersecurity

Shouhuai Xu|arXiv (Cornell University)|2020. 10. 09.

Information and Cyber Security인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 공격-방어 상 tương작에 의해 이끌리는 글로벌 사이버보안 상태의 동적 진화를 통해 사이버보안을 모델링하고 분석하며 정량화하는 통합적 프레임워크인 사이버보안 다이내믹스를 소개한다. 사이버보안 지표, 기본 원리 모델링, 데이터 분석이라는 세 가지 핵심 기둥을 구축하여 정량적 사이버방어 의사결정을 위한 묘사적, 예측적, 지침적 능력을 가능하게 한다.

ABSTRACT

Cybersecurity Dynamics is new concept that aims to achieve the modeling, analysis, quantification, and management of cybersecurity from a holistic perspective, rather than from a building-blocks perspective. It is centered at modeling and analyzing the attack-defense interactions in cyberspace, which cause a ``natural'' phenomenon -- the evolution of the global cybersecurity state. In this Chapter, we systematically introduce and review the Cybersecurity Dynamics foundation for the Science of Cybersecurity. We review the core concepts, technical approaches, research axes, and results that have been obtained in this endeavor. We outline a research roadmap towards the ultimate research goal, including a systematic set of technical barriers.

연구 동기 및 목표

• 고립된 빌딩 블록 기법을 넘어서 네트워크 보안에 대한 체계적이고 동적인 이해로 나아가는 사이버보안에 대한 과학적 기초를 확립하기 위해.
• 인간 주도의 공격-방어 상 tương작로 인해 실시간으로 진화하는 글로벌 사이버보안 상태를 모델링하기 위한 통합된 프레임워크의 부재를 해결하기 위해.
• 체계적 지표, 기본 원리 모델링, 데이터 기반 검증을 통해 정량적 사이버방어 의사결정을 가능하게 하기 위해.
• 공격 그래프나 전염병 모델과 같은 기존 접근 방식의 한계를 극복하기 위해 적응형, 사전적, 능동적 방어 역학을 통합하기 위해.
• 지표, 모델링, 데이터 분석에 중심을 둔 삼중적 연구 프레임워크를 통해 완전한 사이버보안 과학의 기초를 다지기 위해.

제안 방법

• 모든 구성 요소(예: 컴퓨터 또는 소프트웨어 구성 요소)를 더 이상 분리할 수 없는 '원자'로 간주하여 통합적 모델링을 위한 기본 추상화 계층을 제안한다.
• 예방적, 반응적, 적응형, 사전적 방어의 네 가지 유형의 사이버보안 다이내믹스를 도입하여 변화하는 위협에 대응하는 다양한 전략적 자세를 반영한다.
• 생물학적 전염병 모델, 상호작용 입자 시스템, 마이크로경제학적 기초를 응용하여 시간에 따라 변화하는 글로벌 사이버보안 상태의 확률적 진화를 모델링한다.
• 네트워크 구성, 취약성, 방어 자세, 위협 모델, 상황 인식을 묘사하기 위한 사이버보안 지표의 체계적 세트를 개발한다.
• 데이터 분석을 통합하여 모델의 매개변수를 추출하고 기본 원리 모델을 검증하거나 기각함으로써 이론과 실증 관찰 사이의 피드백 루프를 형성한다.
• 지표, 기본 원리 모델링, 데이터 분석이 상호의존적이고 상호강화되는 삼중적 연구 프레임워크를 수립한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 공격-방어 상 tương작에 의해 이끌리는 동적 진화로 모델링되고 정량화된 글로벌 사이버보안 상태는 어떻게 체계적으로 기술할 수 있는가?
• RQ2 사이버보안 상태의 진화를 규정하는 기본 법칙은 무엇이며, 이를 기본 원리에서 어떻게 유도할 수 있는가?
• RQ3 구성, 취약성, 위협, 방어 자세를 묘사하기 위해 사이버보안 지표는 어떻게 체계적으로 개발될 수 있는가?
• RQ4 데이터 분석은 사이버보안 다이내믹스의 기본 원리 모델의 매개변수 설정과 검증에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 지표, 모델링, 데이터 분석의 통합은 사이버방어에서 예측적, 지침적, 묘사적 능력을 어떻게 이끌어내는가?

주요 결과

• 사이버보안 다이내믹스는 공격-방어 상 tương작에 의해 유도되는 글로벌 사이버보안 상태의 진화를 모델링하는 통합적이고 체계적인 프레임워크를 제공하며, 실시간 상황 인식을 가능하게 한다.
• 이 프레임워크는 결과적으로 발생하는 글로벌 사이버보안 상태에 대한 영향을 측정함으로써 방어 자세 간의 정량적 비교를 가능하게 한다.
• 전염병 모델과 입자 시스템에서 영감을 얻은 기본 원리 모델은 시간에 따라 변화하는 사이버보안 상태의 확률적 진화를 묘사할 수 있으며, 예측 및 지침 능력을 제공한다.
• 데이터 분석과 기본 원리 모델링의 통합은 매개변수 추출과 모델 검증을 가능하게 하여 이론과 실증 관찰 사이의 루프를 닫는다.
• 이 프레임워크는 공격 경로의 정적 열거를 다루는 공격 그래프와 달리 시간적 동역학을 모델링하고, 전통적인 전염병 모델과 달리 능동적 방어 메커니즘을 통합함으로써 차별화된다.
• 연구 로드맵은 모델 추상화, 매개변수 설정, 확장성 등의 핵심 기술적 장벽을 특정하며, 성숙한 사이버보안 과학을 달성하기 위해 이를 해결해야 한다고 밝힌다.