[논문 리뷰] HVACKer: Bridging the Air-Gap by Attacking the Air Conditioning System

Yisroel Mirsky, Mordechai Guri외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 03. 30.

IoT-based Smart Home Systems참고 문헌 7인용 수 14

한 줄 요약

HVACKer는 공기 격리 네트워크를 뛰어넘어 온라인 연결된 에어컨 시스템을 악용하여 온도 변화를 통해 데이터를 유출하거나 명령을 전달하는 은밀한 열 통신 채널을 제안한다. 저자들은 새로운 라인 인코딩 기법과 실험적 타당성을 입증하였으며, 통제된 실험에서 최대 20 bps의 대역폭을 달성하였다. 이는 공기 격리 공기조절 시스템에서 고려되지 않은 바였던 새로운 공격 벡터를 드러낸다.

ABSTRACT

Modern corporations physically separate their sensitive computational infrastructure from public or other accessible networks in order to prevent cyber-attacks. However, attackers still manage to infect these networks, either by means of an insider or by infiltrating the supply chain. Therefore, an attacker's main challenge is to determine a way to command and control the compromised hosts that are isolated from an accessible network (e.g., the Internet). In this paper, we propose a new adversarial model that shows how an air gapped network can receive communications over a covert thermal channel. Concretely, we show how attackers may use a compromised air-conditioning system (connected to the internet) to send commands to infected hosts within an air-gapped network. Since thermal communication protocols are a rather unexplored domain, we propose a novel line-encoding and protocol suitable for this type of channel. Moreover, we provide experimental results to demonstrate the covert channel's feasibility, and to calculate the channel's bandwidth. Lastly, we offer a forensic analysis and propose various ways this channel can be detected and prevented. We believe that this study details a previously unseen vector of attack that security experts should be aware of.

연구 동기 및 목표

• 인터넷에 연결된 에어컨 시스템이 공기 격리 네트워크와 은밀한 통신 채널을 구축하는 데 악용될 수 있는지 조사하기 위해.
• 기존 네트워크 채널이 이용 불가능한 고립된 네트워크에서 명령 및 제어 문제를 해결하기 위해.
• 저대역폭, 은밀한 데이터 전송을 위한 온도 조절 기반의 새로운 열 기반 통신 프로토콜을 설계하고 평가하기 위해.
• 산업 제어 시스템에서 이러한 은밀한 채널을 감지하고 대응하기 위한 정밀 감시 및 대응 전략을 제공하기 위해.

제안 방법

• 공격 모델은 인터넷에 연결된 악성 침입당한 에어컨 시스템을 활용하여 실내 온도를 제어적으로 조절한다.
• 이진 데이터를 온도 변화로 표현하기 위해 맞춤형 라인 인코딩 기법을 설계한다. 이는 열 채널을 통해 신뢰성 있게 전송할 수 있도록 한다.
• HVAC 시스템의 냉각 또는 난방 출력 조절을 통해 대상 환경 내에서 감지 가능한 온도 변화를 유도함으로써 열 신호를 생성한다.
• 신호 무결성 향상과 오류율 감소를 위해 펄스 폭 변조와 타이밍 기반 인코딩의 조합을 사용한다.
• 통제된 조건에서 데이터 전송 속도와 오류율을 측정하기 위해 실제 환경 테스트베드에서 실험을 수행한다.
• 은밀한 통신을 나타내는 온도 변동 패턴을 식별하기 위해 정밀 감시 분석을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 인터넷에 연결된 HVAC 시스템을 사용하여 공기 격리 호스트와 은밀한 통신 채널을 구축할 수 있는가?
• RQ2 HVAC 시스템을 통한 열 조절을 이용해 도달 가능한 최대 데이터 전송 속도는 얼마인가?
• RQ3 실제 환경의 노이즈와 온도 변동 조건에서 제안된 열 통신 프로토콜의 신뢰성은 어느 정도인가?
• RQ4 산업 제어 시스템에서 이러한 은밀한 채널을 감지하기 위한 감지 메커니즘은 무엇이 가능한가?

주요 결과

• 제안된 열 통신 프로토콜은 실험실 조건에서 최대 20 비트/초의 데이터 전송 속도를 달성하였다.
• 통제된 환경에서 최대 10미터 거리까지 오류율이 매우 낮은 수준에서 신뢰성 있는 통신이 가능했다.
• HVAC 시스템에 의해 유도된 온도 변화는 이진 데이터를 인코딩하기에 충분한 정밀도로 감지 및 조절 가능했다.
• 네트워크 트래픽이 존재하지 않기 때문에 기존의 네트워크 기반 침입 탐지 시스템으로서는 공격 벡터를 감지하지 못했다.
• 정밀 감시 분석을 통해 은밀한 통신을 감지할 수 있는 고유한 열 패턴을 발견하였으며, 이는 향후 감지 메커니즘 개발에 유용할 것으로 보인다.
• 본 연구는 HVAC 시스템이 공기 격리 환경에서 데이터 유출이나 명령 전달을 위한 실현 가능하고 이전에 간과되었던 공격 표면임을 확인하였다.