[논문 리뷰] Security of Medical Cyber-physical Systems: An Empirical Study on Imaging Devices

Zhiqiang Wang, Pingchuan Ma외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 03. 30.

Wireless Body Area Networks참고 문헌 15인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 의료 사이버물리시스템(MICPS) 내 의료 영상 장치의 보안성에 대한 실증 연구를 제시하며, 위협 모델, 공격 기법, 보호 메커니즘을 제안한다. 9개 제조사의 15대의 장치를 평가하여 암호화, 접근 제어, 시스템 하드닝 측면에서 광범위한 취약성을 드러내었으며, 모든 장치가 보안 요구사항을 완전히 충족하지 못함을 확인하여 사전 시장 평가 및 생애주기 보호 향상의 긴급한 필요성을 부각시킨다.

ABSTRACT

Recent years have witnessed a boom of connected medical devices, which brings security issues in the meantime. Medical imaging devices, an essential part of medical cyber-physical systems, play a vital role in modern hospitals and are often life-critical. However, security and privacy issues in these medical cyber-physical systems are sometimes ignored. In this paper, we perform an empirical study on imaging devices to analyse the security of medical cyber-physical systems. To be precise, we design a threat model and propose prospective attack techniques for medical imaging devices. To tackle potential cyber threats, we introduce protection mechanisms, evaluate the effectiveness and efficiency of protection mechanisms as well as its interplay with attack techniques. To scoring security, we design a hierarchical system that provides actionable suggestions for imaging devices in different scenarios. We investigate 15 devices from 9 manufacturers to demonstrate empirical comprehension and real-world security issues.

연구 동기 및 목표

• 의료 사이버물리시스템(MICPS) 내 실세계의 의료 영상 장치에 대한 보안 및 개인정보 유출 취약점을 규명하기 위해.
• 의료 영상 장치를 대상으로 하는 포괄적인 위협 모델 및 향후 공격 기법을 개발하기 위해.
• 식별된 위협에 대비하여 기존 보호 메커니즘의 효과성과 효율성을 평가하기 위해.
• 다양한 구현 환경에 맞는 실질적인 권고사항을 제공할 수 있는 계층적 보안 점수 시스템을 설계하기 위해.
• 실세계 환경에서 9개 제조사의 15대의 대표적 의료 영상 장치의 보안 수준을 평가하기 위해.

제안 방법

• 병원의 PACS/RIS 및 외부 제조사 서버와의 장치 상호작용을 기반으로 한 위협 모델 설계를 통해 원격 서버 오염 및 내부 네트워크 침투를 주요 공격 벡터로 규명하기 위해.
• 패치되지 않은 오픈소스 소프트웨어(예: OpenSSH, Samba)의 악용 및 보안이 확보되지 않은 백업 메커니즘을 포함한 구체적인 공격 기법 제안하기 위해.
• 저장 암호화, 전송 암호화, 물리적 锁, 시스템 하드닝, 보안 가이던스 등을 평가하는 계층적 보안 점수 시스템을 구현하기 위해.
• 15대의 의료 영상 장치에 대한 실증 테스트를 수행하여 기본 설정 및 보안 기준 준수 여부 분석하기 위해.
• 제안된 공격 기법에 대한 보호 메커니즘의 효과성 측정 및 성능과 사용성 간의 상충 관계 평가하기 위해.
• 표준화된 기준을 사용하여 각 장치의 암호화(전체/부분/없음), 시스템 하드닝, 보안 가이던스 준수 여부에 대해 점수 매기기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 병원 네트워크 내 의료 영상 장치를 대상으로 하는 주요 위협 벡터는 무엇인가요?
• RQ2 현재의 보호 메커니즘(예: 암호화, 접근 제어)은 실세계 사이버 위협을 완화하는 데 얼마나 효과적인가요?
• RQ3 기존의 의료 영상 장치들이 저장, 전송, 시스템 하드닝 측면에서 보안 최선의 실천 방식을 얼마나 준수하고 있나요?
• RQ4 기본 설정과 소프트웨어 업데이트의 지연은 의료 영상 시스템의 보안 위험에 어떤 기여를 합니까?
• RQ5 계층적 보안 점수 시스템은 개발자와 규제 기관을 위한 실질적이고 시나리오 기반의 권고사항을 제공할 수 있는가요?

주요 결과

• 평가된 15대의 의료 영상 장치 중 어느 하나도 모든 범주에서 제안된 보안 요구사항을 완전히 충족하지 못하여 체계적인 보안 결함이 존재함을 시사한다.
• 전용 저장 및 전송 암호화를 완전히 구현한 장치는 소수에 불과했으며, 대부분은 부분적 또는 전혀 암호화를 하지 않아 민감한 건강 정보가 노출된 상태였다.
• 많은 장치들이 오래된 또는 취약한 오픈소스 소프트웨어(예: OpenSSH, Samba)를 탑재하고 있었으며, CVE-2016-10010 및 CVE-2017-0143와 같은 알려진 CVE에 영향을 받는 경우가 있었다.
• 백업 메커니즘은 빈번히 보안이 확보되어 있지 않았으며, 대부분의 경우 데이터를 평문으로 저장하고 검증 또는 무결성 검사 기능이 없었다.
• 다수의 장치에서 감사 기능이 약하거나 존재하지 않아 로그가 불완전하거나 중복되거나 누락되어 책임성 확보 및 사고 대응 능력을 약화시켰다.
• 기본 설정은 종종 고급 보안 수준이 존재하더라도 최저 수준의 보안만 활성화되어 있어 예방 가능한 위협에 노출되어 있었다.