[논문 리뷰] Evaluating the Security of Aircraft Systems

Edan Habler, Ron Bitton외 1명|arXiv (Cornell University)|2022. 09. 08.

Information and Cyber Security인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 민간 항공기 시스템을 대상으로 하는 사이버 위협을 종합적으로 분류하기 위해 MITRE ATT&CK 기반의 분류 체계를 제안한다. 이는 STRIDE 및 공격 라이프사이클 단계를 활용해 항공전자 분야(ACD, AISD, PODD, PIESD)의 취약성을 분석하며, 항공기-지상 통신, 항법 및 감시 시스템의 핵심 공격 표면을 규명한다. 향후 연구 방향으로는 자율 주행 시스템의 강화, 사이버 대응에서의 인적 요소, 그리고 항공보안을 향상시키기 위한 통합된 위협 인텔리전스 플랫폼을 제시한다.

ABSTRACT

The sophistication and complexity of cyber attacks and the variety of targeted platforms have been growing in recent years. Various adversaries are abusing an increasing range of platforms, e.g., enterprise platforms, mobile phones, PCs, transportation systems, and industrial control systems. In recent years, we have witnessed various cyber attacks on transportation systems, including attacks on ports, airports, and trains. It is only a matter of time before transportation systems become a more common target of cyber attackers. Due to the enormous potential damage inherent in attacking vehicles carrying many passengers and the lack of security measures applied in traditional airborne systems, the vulnerability of aircraft systems is one of the most concerning topics in the vehicle security domain. This paper provides a comprehensive review of aircraft systems and components and their various networks, emphasizing the cyber threats they are exposed to and the impact of a cyber attack on these components and networks and the essential capabilities of the aircraft. In addition, we present a comprehensive and in-depth taxonomy that standardizes the knowledge and understanding of cyber security in the avionics field from an adversary's perspective. The taxonomy divides techniques into relevant categories (tactics) reflecting the various phases of the adversarial attack lifecycle and maps existing attacks according to the MITRE ATT&CK methodology. Furthermore, we analyze the security risks among the various systems according to the potential threat actors and categorize the threats based on STRIDE threat model. Future work directions are presented as guidelines for industry and academia.

연구 동기 및 목표

• 항공전자 시스템에서 표준화되고 종합적인 위협 분류 체계의 부재를 해결하기 위해, 특히 적대자의 시각에서 접근한다.
• 핵심 도메인(ACD, AISD, PODD, PIESD)에서 항공기 시스템의 보안 상태를 분석하고, 통신, 항법 및 감시 네트워크의 핵심 취약점을 규명한다.
• 비행체 시스템에 특화된 공격 라이프사이클 전략 및 기법을 맵핑하여, 항공 분야에 적용 가능한 MITRE ATT&CK 프레임워크를 확장한다.
• STRIDE 모델을 활용해 위협을 체계적으로 분류하고, 잠재적 위협 행위자와 시스템의 중요도를 기반으로 위험도를 평가한다.
• 자율 비행 시스템 보안, 비행 승무원의 사이버 사고 대응 향상, 항공 산업 전반에 걸쳐 통합된 위협 인텔리전스 플랫폼 개발을 위한 향후 연구 방향을 제안한다.

제안 방법

• 기존 MITRE ATT&CK 프레임워크를 기반으로 삼고, 사이버 공격 라이프사이클 전반에 걸쳐 항공전자 특화 공격 전략 및 기법을 확장하였다.
• 기존에 발표된 항공기 시스템 공격 사례(예: ADS-B 위조, ACARS 악용)를 확장된 ATT&CK 분류 체계에 매핑하여 적용 가능성을 검증하였다.
• STRIDE 위협 모델(Spoofing, Tampering, Repudiation, Information Disclosure, Denial of Service, Elevation of Privilege)을 활용해 각 시스템 구성 요소별로 위협을 체계적으로 분류하였다.
• ARINC 821 기준으로 항공기 시스템을 네 가지 도메인으로 분류: 항공기 제어 도메인(ACD), 항공사 정보 서비스 도메인(AISD), 승객 소유 장치 도메인(PODD), 승객 정보 및 엔터테인먼트 시스템 도메인(PIESD).
• 네트워크 겹침 및 통신 흐름을 분석하여 고위험 통합 지점(통합 포인트)을 규명하였다.
• 항공사, 공항 및 제조사 간에 위협 데이터를 집계, 정리 및 공유할 수 있는 통합된 위협 인텔리전스 플랫폼(TIP)을 제안하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 하면 MITRE ATT&CK 프레임워크를 항공기 시스템 및 항공전자 네트워크에 특화된 사이버 위협을 모델링하기 위해 확장하고 적응시킬 수 있는가?
• RQ2 ARINC 821에서 정의한 네 가지 항공기 도메인(ACD, AISD, PODD, PIESD)에서의 주요 위협 벡터와 공격 표면는 무엇이며, 상호 연관성은 어떻게 되는가?
• RQ3 기존 항공전자 시스템에 대한 사이버 공격(예: ADS-B 또는 ACARS 공격)은 적대자 공격 라이프사이클 단계와 STRIDE 위협 모델에 어떻게 부합하는가?
• RQ4 MCAS와 같은 자율 비행 제어 시스템의 현재 방어 메커니즘에서의 핵심 격차는 무엇이며, 이를 어떻게 보완할 수 있는가?
• RQ5 항공 생태계 전반에서 위협 인텔리전스를 표준화하고 공유함으로써, 사전 방어 및 상황 인식 능력을 향상시키기 위한 방법은 무엇인가?

주요 결과

• 논문은 MITRE ATT&CK 프레임워크를 확장하여 항공전자 사이버 위협에 특화된 분류 체계를 성공적으로 구축하였으며, 공격 라이프사이클 전반에 걸친 공격 기법을 체계적으로 분류할 수 있도록 하였다.
• 실제로 ADS-B 및 ACARS 시스템에서의 실제 공격 사례를 통해, 상용 유통 제품(COTS) 하드웨어 및 소프트웨어를 이용한 공격에 항공기 시스템이 매우 취약함을 입증하였다.
• STRIDE 모델은 항공전자 구성 요소의 위협을 효과적으로 분류하였으며, 특히 항법 및 통신 시스템에서 Denial of Service와 Spoofing가 가장 심각한 위험 요소로 드러났다.
• ACD 및 AISD 도메인의 네트워크는 비행 제어 및 데이터 무결성에서 핵심적인 역할을 하므로 고위험 영역이며, 상당한 겹침과 통합 포인트로 인해 공격 표면이 증가한다.
• 비행 승무원을 대상으로 실시간이고 설명 가능한 사이버 위협 정보의 부재가 심각한 격차로 드러났으며, 명확하고 실행 가능한 경고를 제공하는 AI 기반 침입 탐지 시스템의 필요성이 제기되었다.
• 통합된 위협 인텔리전스 플랫폼(TIP)은 이해관계자 간 위협 데이터 공유에 필수적이며, 항공 보안의 집단적 복원력을 크게 향상시킬 잠재력을 지닌다.