[논문 리뷰] Easing the Conscience with OPC UA: An Internet-Wide Study on Insecure Deployments

Markus Dahlmanns, Johannes Lohmöller외 4명|RWTH Publications (RWTH Aachen)|2020. 10. 26.

Smart Grid Security and Resilience참고 문헌 42인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 인터넷 전역의 IPv4를 대상으로 한 활성 스캔을 통해 공개적으로 접근 가능한 OPC UA 산업용 시스템의 보안 설정 수준을 평가한다. OPC UA 프로토콜의 강력한 보안 설계 기반에도 불구하고, 92%의 배포된 OPC UA 서버가 심각한 잘못된 설정 상태에 놓여 있음을 드러내는데, 이는 보안 비활성화, 노후된 암호화 기법(예: SHA-1) 사용, 또는 인증서 재사용과 같은 문제를 포함한다. 이는 프로토콜의 기능적 잠재력과 실제 배포 환경 간의 심각한 격차를 보여준다.

ABSTRACT

Due to increasing digitalization, formerly isolated industrial networks, e.g., for factory and process automation, move closer and closer to the Internet, mandating secure communication. However, securely setting up OPC UA, the prime candidate for secure industrial communication, is challenging due to a large variety of insecure options. To study whether Internet-facing OPC UA appliances are configured securely, we actively scan the IPv4 address space for publicly reachable OPC UA systems and assess the security of their configurations. We observe problematic security configurations such as missing access control (on 24% of hosts), disabled security functionality (24%), or use of deprecated cryptographic primitives (25%) on in total 92% of the reachable deployments. Furthermore, we discover several hundred devices in multiple autonomous systems sharing the same security certificate, opening the door for impersonation attacks. Overall, in this paper, we highlight commonly found security misconfigurations and underline the importance of appropriate configuration for security-featuring protocols.

연구 동기 및 목표

• 프로토콜의 강력한 보안 설계 기반에도 불구하고, 외부 인터넷에 노출된 OPC UA 배포 환경이 실제로 얼마나 안전하게 설정되어 있는지 조사하기 위해.
• 실제 OPC UA 배포 환경에서 흔히 발생하는 보안 설정 오류를 특정하기 위해, 예를 들어 보안 기능 비활성화 또는 노후된 암호화 원리 사용 등을 포함하여.
• 자체 인증서 사용 및 시스템 업데이트를 통한 장기적 분석을 통해 OPC UA 시스템의 보안 설정이 시간이 지남에 따라 향상되는지 평가하기 위해.
• 여러 자율 시스템 간에 동일한 인증서가 반복 사용되는 현상이 얼마나 퍼져 있는지 평가하고, 이로 인해 발생할 수 있는 위조 공격 위험을 분석하기 위해.
• 광범위하게 채택된 산업용 시스템에서의 보안 설정 오류 위험을 드러내어 보다 안전한 기본 설정과 보다 단순화된 설정 복잡도를 촉진하기 위해.

제안 방법

• 2020년 2월부터 8월까지 7개월 동안 매주 IPv4 주소 공간 전역을 스캔하여 공개적으로 접근 가능한 OPC UA 서버를 탐지하였다.
• 자체 개발한 zgrab2 확장 기능을 사용하여 OPC UA 엔드포인트 메타데이터를 탐지하고 추출하였으며, 이는 보안 정책, 인증서 정보, 지원하는 인증 메커니즘을 포함한다.
• 공식 보안 가이드라인과 비교하여 서버 설정을 분석하고, 접근 제어 누락, 보안 비활성화, 또는 노후된 암호화 원리 사용과 같은 보안 결함을 기반으로 시스템을 분류하였다.
• NotBefore 및 NotAfter 필드를 사용하여 인증서 수명과 갱신 패턴을 추적하여 장기적인 설정 안정성과 보안 향상 여부를 평가하였다.
• 여러 장치 및 자율 시스템 간에 동일한 인증서가 반복 사용되는 사례를 식별하고 분석하여 위조 공격 위험을 탐지하였다.
• 재현 가능성을 확보하고 향후 산업 프로토콜 보안 분석을 위한 기반을 마련하기 위해 익명화된 데이터셋과 오픈소스 스캐닝 도구를 공개하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 프로토콜의 내재된 보안 기능에도 불구하고, 외부 인터넷에 노출된 OPC UA 배포 환경은 실제로 얼마나 안전하게 설정되어 있는가?
• RQ2 실제 OPC UA 배포 환경에서 가장 흔한 보안 설정 오류는 무엇인가? 예를 들어 보안 비활성화 또는 노후된 암호화 원리 사용 등.
• RQ3 여러 자율 시스템 내에서 동일한 보안 인증서가 여러 OPC UA 장치 간에 반복 사용되는 경우가 얼마나 흔한가? 이는 위조 공격에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 OPC UA 시스템의 보안 설정은 시간이 지남에 따라 향상되는가? 특히 인증서 갱신 또는 업데이트를 통해?
• RQ5 시스템 운영자가 보안 최선의 실천 방법을 얼마나 준수하는가? 예를 들어 SHA-1 사용을 피하고 강력한 접근 제어를 적용하는 것 등.

주요 결과

• 발견된 1,114대의 인터넷에서 접근 가능한 OPC UA 서버 중 92%가 최소한 하나의 심각한 보안 설정 오류를 겪고 있으며, 이는 보안 비활성화(24%), 접근 제어 누락(24%), 또는 노후된 암호화 원리 사용(25%)을 포함한다.
• OPC UA 서버의 26%가 통신 보안을 완전히 비활성화하여 산업 데이터 및 기능에 대해 인증되지 않은 액세스를 허용한다.
• 서버의 25%가 노후된 암호화 원리인 SHA-1을 사용하고 있으며, 2017년에 노후화된 이후로도 1,923개의 SHA-1 인증서가 여전히 2019년 이후로 배포되고 있다.
• 44% 이상의 OPC UA 서버가 산업 데이터 및 기능에 대해 인증되지 않은 읽기 및 쓰기 액세스를 허용하여 원격에서의 조작이 가능하다.
• 여러 자율 시스템에 걸쳐 387대의 장치가 동일한 보안 인증서를 공유하고 있으며, 이는 위조 공격에 대한 높은 위험 요소를 만들어 낸다.
• 7개월간의 장기적 분석 결과, 설정 보안에 대한 개선이 유의미하게 이루어지지 않았으며, 91~94%의 시스템이 여전히 보안에 취약했으며, 인증서 갱신 과정에서 강력한 알고리즘으로의 업그레이드가 자주 실패했다(예: SHA-256에서 SHA-1으로의 내림차순 전환 사례 존재).