[논문 리뷰] IoT Security: An End-to-End View and Case Study

Zhen Ling, Kaizheng Liu외 6명|arXiv (Cornell University)|2018. 05. 15.

Advanced Malware Detection Techniques참고 문헌 22인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 IoT 보안 및 프라이버시를 위한 엔드 투 엔드 프레임워크를 제시하며, 하드웨어, 소프트웨어, 네트워킹, 클라우드 분석 분야에서 10개의 핵심 기능을 규명한다. Edimax IP 카메라에서 실제 공격을 수행하여 스포핑을 통해 98%의 비밀번호 탈취를 달성했으며, Mirai 악성코드 확산을 모델링하여 시뮬레이션 결과를 실제 데이터와 비교 검증함으로써 스캐닝 속도와 비밀번호 사전 크기가 공격 속도에 미치는 영향을 입증한다.

ABSTRACT

In this paper, we present an end-to-end view of IoT security and privacy and a case study. Our contribution is three-fold. First, we present our end-to-end view of an IoT system and this view can guide risk assessment and design of an IoT system. We identify 10 basic IoT functionalities that are related to security and privacy. Based on this view, we systematically present security and privacy requirements in terms of IoT system, software, networking and big data analytics in the cloud. Second, using the end-to-end view of IoT security and privacy, we present a vulnerability analysis of the Edimax IP camera system. We are the first to exploit this system and have identified various attacks that can fully control all the cameras from the manufacturer. Our real-world experiments demonstrate the effectiveness of the discovered attacks and raise the alarms again for the IoT manufacturers. Third, such vulnerabilities found in the exploit of Edimax cameras and our previous exploit of Edimax smartplugs can lead to another wave of Mirai attacks, which can be either botnets or worm attacks. To systematically understand the damage of the Mirai malware, we model propagation of the Mirai and use the simulations to validate the modeling. The work in this paper raises the alarm again for the IoT device manufacturers to better secure their products in order to prevent malware attacks like Mirai.

연구 동기 및 목표

• 보안 및 프라이버시를 종합적으로 다루는 엔드 투 엔드 시스템 설계 및 위험 평가를 안내할 수 있는 IoT 보안 및 프라이버시의 포괄적 시각을 개발하기 위해.
• 시스템 레이어 전반에서 보안 및 프라이버시에 핵심적인 10개의 기본 기능을 식별하기 위해.
• Edimax IP 카메라의 실제 공격을 통해 스포핑, 브루트 포스, 스캐닝 공격를 통해 전체 장치 제어를 가능하게 함을 입증하기 위해.
• 비밀번호 사전 공격 및 스캐닝 속도 영향을 고려한 Mirai 악성코드 확산을 모델링하고 시뮬레이션하기 위해.
• 이론적 모델을 2016년 Mirai DDoS 공격의 실제 데이터와 비교하여 정확도를 검증하고, 향후 봇넷 또는 웜 유포의 위험을 부각하기 위해.

제안 방법

• 장치, 컨트롤러, 클라우드로 구성된 3단계 IoT 아키텍처를 제안하며, 보안 및 프라이버시 요구사항을 체계화하기 위해 10개의 핵심 기능을 통합한다.
• 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 네트워킹, 클라우드 빅데이터 분석의 다섯 가지 차원에서 보안을 분석하기 위해 프레임워크를 적용한다.
• 장치 스캐닝, 브루트 포스, 스포핑 공격를 사용하여 실제 Edimax IP 카메라에 대한 공격을 수행하여 전면적 원격 제어를 달성한다.
• 감염률, 스캐닝 속도, 혼잡도를 고려한 수정된 SIR 유사 미분 방정식을 사용하여 Mirai 확산의 수학적 모델을 개발한다.
• NS3 네트워크 시뮬레이션을 활용하여 5에서 30까지의 사용자명/비밀번호 尝시도 수를 변화시키며 확산 모델을 검증한다.
• 이론적 확산 곡선을 2016년 Mirai DDoS 공격에서 확보한 네트워크 텔레스코프 데이터와 비교하여 모델 정확도를 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 보안 및 프라이버시를 종합적으로 다룰 수 있는 엔드 투 엔드 프레임워크를 설계 및 위험 평가를 안내하기 위해 체계적으로 구축할 수 있는 방법은 무엇인가요?
• RQ2 Edimax IP 카메라와 같은 소비자용 IoT 기기에서 전체 원격 해킹을 가능하게 하는 임계적인 취약점은 무엇인가요?
• RQ3 비밀번호 사전 공격에서의 사용자명/비밀번호 尝시도 수가 Mirai 유사 악성코드의 확산 속도와 확장성에 어떤 영향을 미치나요?
• RQ4 Mirai 확산의 이론적 모델이 2016년 DDoS 공격에서 확보한 실제 네트워크 텔레스코프 데이터와 얼마나 일치하는가요?
• RQ5 Edimax 기기에서 확인된 취약점은 Mirai와 유사한 대규모 봇넷 또는 웜 유포로 이어질 수 있는가요?

주요 결과

• 스포핑 공격를 통해 Edimax IP 카메라 시스템이 성공적으로 공격되었으며, 비밀번호 강도에 관계없이 98%의 성공률로 사용자 비밀번호를 탈취하였다.
• 브루트 포스 및 스캐닝 공격를 통해 대상 모델의 모든 카메라에 대한 전면적 원격 제어가 가능했으며, 기본 설정에서의 심각한 설계 결함을 입증하였다.
• 시뮬레이션 결과, 스캔당 비밀번호 尝시도 수를 5에서 30으로 증가시킬 경우 Mirai의 확산 속도가 증가했지만, 네트워크 혼잡도로 인해 수익 감소 현상이 발생하였다.
• 이론적 확산 모델은 2016년 Mirai 공격에서 확보한 실제 데이터와 밀도 있게 일치하였으며, 약 110,000대의 취약 장치가 확보되었다.
• 초당 27개 패킷의 스캐닝 속도는 합리적인 것으로 확인되었으며, 실제 Mirai 배포에서 관측된 트래픽과 일치하였다.
• 모델은 혼잡도 및 장치 가용성의 영향을 효과적으로 반영하여, Mirai 확산이 균일하지 않고 시간이 지남에 따라 둔화됨을 확인하였다.