[논문 리뷰] SoK: Beyond IoT MUD Deployments -- Challenges and Future Directions

Angelo Feraudo, Poonam Yadav외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 17.

Network Security and Intrusion Detection참고 문헌 12인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 제조사 기본 설정을 초월하여 사용자 및 네트워크 관리자가 기기별로 맞춤형 정책을 정의할 수 있도록 사용자 정책 서버(UPS)를 통합한 향상된 MUD(제조사 사용 설명서) 프레임워크를 제안한다. MUD를 사용자 친화적인 인터페이스로 정책 관리를 확장함으로써, IoT 배포 환경에서의 유연성과 보안성을 향상시키며, 평가 결과 고밀도 기기 환경에서도 관리 가능한 성능 오버헤드를 보였다.

ABSTRACT

Due to the advancement of IoT devices in both domestic and industrial environments, the need to incorporate a mechanism to build accountability in the IoT ecosystem is paramount. In the last few years, various initiatives have been started in this direction addressing many socio-technical concerns and challenges to build an accountable system. The solution that has received a lot of attention in both industry and academia is the Manufacturer Usage Description (MUD) specification. It gives the possibility to the IoT device manufacturers to describe communications needed by each device to work properly. MUD implementation is challenging not only due to the diversity of IoT devices and manufacturer/operator/regulators but also due to the incremental integration of MUD-based flow control in the already existing Internet infrastructure. To provide a better understanding of these challenges, in this work, we explore and investigate the prototypes of three implementations proposed by different research teams and organisations, useful for the community to understand which are the various features implemented by the existing technologies. By considering that there exist some behaviours which can be only defined by local policy, we propose a MUD capable network integrating our User Policy Server(UPS). The UPS provides network administrators and endusers an opportunity to interact with MUD components through a user-friendly interface. Hence, we present a comprehensive survey of the challenges.

연구 동기 및 목표

• 제조사 사양을 초월하여 현지에서 사용자가 정의한 정책이 필요한 기기 동작을 처리하는 데 있어 MUD의 한계를 해결한다.
• 엔드유저 및 네트워크 관리자가 IoT 기기 트래픽 정책을 관리하는 데 있어 사용성과 통제력을 향상시킨다.
• 고밀도 기기 환경에서 MUD 배포 시 발생하는 확장성 및 성능 저하 문제를 해결한다.
• 사용자 정의 정책을 MUD 준수 트래픽 필터링과 통합하여 보안성을 강화하고 공격 표면을 줄인다.
• 실용적이고 평가 가능한 프로토타입을 제공하여 사용자 확장이 가능한 MUD 아키텍처의 실현 가능성과 성능을 입증한다.

제안 방법

• 관리자 및 엔드유저가 맞춤형 액세스 제어 정책을 정의하고 관리할 수 있도록 웹 기반 인터페이스로 사용자 정책 서버(UPS)를 설계하고 구현한다.
• 제조사가 제공하는 MUD 파일 외에도 동적으로 정책을 업데이트할 수 있도록 표준 MUD 워크플로우를 확장하여 UPS를 통합한다.
• 기기 동작 사양과 무결성을 위해 RFC 8520 기반의 YANG 기반 JSON MUD 파일을 공개 키 criptography로 서명하여 사용한다.
• NAD(Network Access Device)와 MUD 매니저를 통합하여 MUD 파일과 사용자 정의 정책에서 유도된 ACL을 강제 적용한다.
• osMUD를 기반 MUD 구현체로 사용하여 다양한 기기 수요에 따라 UPS 유무에 따라 확장된 MUD 시스템의 성능을 평가한다.
• 이deal 조건과 실제 네트워크 환경에서의 ACL 규칙 설정 시간 및 파일 다운로드 성능을 측정하여 확장성과 반응성 평가를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 MUD를 확장하여 제조사가 제공하는 트래픽 사양을 초월한 사용자 정의 정책을 지원할 수 있는가?
• RQ2 고밀도 기기 환경에서 사용자 정책 서버(UPS)의 통합이 MUD 배포에 미치는 성능 오버헤드는 어떠한가?
• RQ3 네트워크 불안정성이 MUD 기반 시스템에서 ACL 규칙 강제 적용에 소요되는 시간에 미치는 영향은, 사용자 정책 통합 유무에 따라 어떻게 다를까?
• RQ4 여러 대의 IoT 기기를 추가했을 때 MUD 배포의 확장성 한계는 어디이며, UPS는 이 한계에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 정책 관리용 사용자 친화적 인터페이스는 가정 및 소규모 기업 네트워크에서 MUD의 실용적 도입과 보안 효과를 향상시키는 데 기여하는가?

주요 결과

• 사용자 정책 서버(UPS)의 통합은 표준 MUD 파일로 표현할 수 없는 사용자 정의 화이트리스트 기반 액세스 제어 규칙을 네트워크 관리자 및 엔드유저가 정의할 수 있도록 한다.
• 성능 평가 결과, 16대의 기기에서 ACL 규칙 설정 시간이 크게 증가함—이deal 조건에서는 45초, 실제 환경에서는 55초로 나타나 8대를 초과하는 시점에서 성능 저하가 발생함을 시사한다.
• 8대를 초과하는 시점에서 비선형적인 성능 증가를 보이며, 라우터 처리 능력과 네트워크 연결 제약으로 인해 실질적인 확장성 한계가 존재함을 시사한다.
• 안정적인 네트워크 연결 조건에서는 ACL 강제 적용 시간이 관리 가능하고 합리적으로 확장됨을 확인하여, UPS가 이상적인 조건에서는 금지적인 오버헤드를 유발하지 않음을 확인한다.
• 사용자 정의 정책을 검색하고 적용하는 데 소요되는 시간이 줄어들어, 동적 IoT 환경에서의 반응성이 향상됨을 확인하였다.
• 결과적으로 MUD는 IoT 트래픽 제어를 위한 견고한 기반을 제공하지만, 실세계에서의 사용성과 현지 네트워크 정책에 대한 적응성을 확보하기 위해 UPS를 통한 사용자 정책 관리 통합이 필수적임을 입증하였다.