[논문 리뷰] Know Your Enemy: Characteristics of Cyber-Attacks on Medical Imaging Devices

Tom Mahler, Nir Nissim외 7명|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 17.

Artificial Intelligence in Healthcare and Education참고 문헌 1인용 수 22

한 줄 요약

이 연구는 의료 영상 장치, 특히 CT 스캐너를 대상으로 하는 핵심 사이버 공격 벡터를 CIA(기밀성, 무결성, 가용성) 프레임워크를 사용하여 규명한다. 주요 보건 기관과의 협업을 통한 위험 분석 설문 조사에서, 급성 치료에서의 역할으로 인해 CT 장치가 가장 높은 위험에 노출되어 있음을 확인하였으며, 공격 표면으로는 프로토콜 파라미터 조작, 기계적 간섭, 신호 방해 및 서비스 거부 공격이 포함된다.

ABSTRACT

Purpose: Used extensively in the diagnosis, treatment, and prevention of disease, Medical Imaging Devices (MIDs), such as Magnetic Resonance Imaging (MRI) or Computed Tomography (CT) machines, play an important role in medicine today. MIDs are increasingly connected to hospital networks, making them vulnerable to sophisticated cyber-attacks targeting the devices' infrastructure and components, which can disrupt digital patient records, and potentially jeopardize patients' health. Attacks on MIDs are likely to increase, as attackers' skills improve and the number of unpatched devices with known vulnerabilities that can be easily exploited grows. Attackers may also block access to MIDs or disable them, as part of ransomware attacks, which have been shown to be successful against hospitals. Method and Materials: We conducted a comprehensive risk analysis survey at the Malware-Lab, based on the Confidentiality, Integrity, and Availability (CIA) model, in collaboration with our country's largest health maintenance organization, to define the characteristics of cyber-attacks on MIDs. The survey includes a range of vulnerabilities and potential attacks aimed at MIDs, medical and imaging information systems, and medical protocols and standards such as DICOM and HL7. Results: Based on our survey, we found that CT devices face the greatest risk of cyber-attack, due to their pivotal role in acute care imaging. Thus, we identified several possible attack vectors that target the infrastructure and functionality of CT devices, which can cause: 1. Disruption of the parameters' values used in the scanning protocols within the CT devices (e.g., tampering with the radiation exposure levels); 2. Mechanical disruption of the CT device (e.g., changing the pitch); 3. Disruption of the tomography scan signals constructing the digital images; and 4. Denial-of-Service attacks against the CT device.

연구 동기 및 목표

• 병원 네트워크 내 의료 영상 장치(MID)를 향한 증가하는 사이버 위협 환경을 평가하기 위해.
• CT 및 MRI 시스템의 기밀성, 무결성 및 가용성을 손상시키는 특정 공격 벡터를 규명하기 위해.
• DICOM 및 HL7과 같은 널리 사용되는 의료 영상 프로토콜의 패치 미적용 취약성으로 인한 실제 위험을 평가하기 위해.
• 의료 제공자 및 사이버보안 전문가가 의료 영상 인프라를 보호하는 데 도움이 되는 실질적인 통찰을 제공하기 위해.
• 비상 영상 시스템에 대한 랜섬웨어 및 기능 정지 공격의 잠재적 위험을 인식시키기 위해.

제안 방법

• MID의 사이버 위협을 평가하기 위해 CIA 삼각형 모델을 사용한 종합적인 위험 분석을 수행하였다.
• 실제 임상 영상 환경에서의 취약성을 평가하기 위해 이스라엘 최대의 보건 유지 기관과 협업하였다.
• 의료 영상 프로토콜(DICOM, HL7) 및 장치 펌웨어의 알려진 취약점을 공격 시나리오에 연결하여 매핑하였다.
• CT 장치 설정, 기계적 파라미터 및 영상 신호 무결성에 대한 공격 벡터를 시뮬레이션하고 분석하였다.
• CT 시스템에 대한 서비스 거부(DoS) 공격의 실현 가능성과 영향을 평가하였으며, 환자 치료의 장애를 유발할 가능성을 검토하였다.
• 환자 안전, 데이터 무결성 및 시스템 가용성에 미치는 영향에 따라 공격 유형을 분류하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 의료 영상 장치, 특히 CT 스캐너를 대상으로 하는 주요 사이버 공격 벡터는 무엇인가?
• RQ2 DICOM 및 HL7 프로토콜의 취약성이 영상 시스템에 대한 사이버 공격 위험에 어떻게 기여하는가?
• RQ3 임상적 역할과 네트워크 노출도에 따라 어떤 영상 장치 유형이 가장 높은 악용 위험을 안고 있는가?
• RQ4 스캐닝 파라미터 조작(예: 방사선 선량)이 환자 안전과 영상 품질에 미치는 잠재적 영향은 무엇인가?
• RQ5 서비스 거부 또는 신호 방해 공격이 CT 시스템을 얼마나 심각하게 정지시키고 비상 치료를 얼마나 심각하게 방해할 수 있는가?

주요 결과

• CT 장치는 급성 치료 영상에서의 핵심적 역할과 높은 네트워크 연결성으로 인해 사이버 공격에 가장 높은 위험에 노출되어 있다.
• 공격자는 스캔 프로토콜 파라미터, 예를 들어 방사선 노출 수준를 조작하여 환자에게 잠재적 피해를 줄 수 있다.
• CT 스캐너의 기계적 파라미터인 피치(pitch) 역시 변경될 수 있으며, 이는 영상 품질과 진단 정확성에 영향을 준다.
• 단층 촬영 신호의 방해는 디지털 영상을 손상시켜 오진단계나 치료 지연을 유발할 수 있다.
• CT 장치에 대한 서비스 거부(DoS) 공격은 영상 서비스 접근을 차단하여 랜섬웨어와 유사한 행동을 보이며 비상 치료를 방해할 수 있다.
• 의료 영상 장치의 상당수는 패치가 적용되지 않은 채로 남아 있어 알려진 공격 가능한 취약성의 공격 표면이 증가하고 있다.