[논문 리뷰] The Future Internet of Things and Security of its Control Systems

Misty Blowers, José Iribarne외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 06.

IoT and Edge/Fog Computing참고 문헌 14인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 산업 제어 시스템의 미래를 인터넷의 사물(IoT) 내에 깊이 통합된 것으로 묘사하며, 사이버보안은 시스템의 민첩성, 이동형 방어 전략, 사이버기동 능력, 자율적 행동에 의존한다고 제안한다. 이와 함께 IoT 기반 제어 시스템은 혼합 신뢰 환경을 위한 새로운 설계 철학과 예측형·자율 보호 운영을 위한 대용량 데이터 분석 기술에서 유익을 얻을 수 있을 것으로 제안한다.

ABSTRACT

We consider the future cyber security of industrial control systems. As best as we can see, much of this future unfolds in the context of the Internet of Things (IoT). In fact, we envision that all industrial and infrastructure environments, and cyber-physical systems in general, will take the form reminiscent of what today is referred to as the IoT. IoT is envisioned as multitude of heterogeneous devices densely interconnected and communicating with the objective of accomplishing a diverse range of objectives, often collaboratively. One can argue that in the relatively near future, the IoT construct will subsume industrial plants, infrastructures, housing and other systems that today are controlled by ICS and SCADA systems. In the IoT environments, cybersecurity will derive largely from system agility, moving-target defenses, cybermaneuvering, and other autonomous or semi-autonomous behaviors. Cyber security of IoT may also benefit from new design methods for mixed-trusted systems; and from big data analytics -- predictive and autonomous.

연구 동기 및 목표

• 산업 제어 시스템(ICS)과 인터넷의 사물(IoT) 간의 향후 융합을 검토하며, IoT가 기존의 ICS 및 SCADA 환경을 흡수할 것으로 전망한다.
• 비상형, 다층적 연결된 IoT 시스템에서 핵심 인프라를 제어하는 데서 발생하는 새로운 사이버보안 과제를 규명한다.
• 기존의 보안 모델은 향후 IoT 기반 제어 시스템에 부적합하며, 새로운 방어 전략이 필요하다고 제안한다.
• 시스템의 민첩성, 사이버기동 능력, 자율적 행동이 IoT 기반 제어 시스템의 복원력을 어떻게 향상시킬 수 있는지 탐구한다.
• 대용량 데이터 분석과 혼합 신뢰 수준의 시스템 설계가 사이버물리 시스템의 예측형·적응형 보안을 어떻게 가능하게 하는지 탐색한다.

제안 방법

• 미래의 제어 시스템이 산업, 인프라, 주거 분야의 다양한 기기들이 통합된 이질적이고 밀집된 IoT 프레임워크 내에서 운영될 것임을 제안한다.
• 공격 표면을 줄이고 공격자의 불확실성을 증가시키기 위해 동적으로 시스템 구성 요소를 변경하는 이동형 방어 전략을 권장한다.
• 사이버기동 능력을 핵심 방어 메커니즘으로 도입하여, 지속적인 위협을 피하기 위해 시스템이 자율적으로 재구성하거나 이동할 수 있도록 한다.
• 시스템의 민첩성을 기초적인 보안 성질로 강조하며, 런타임 재구성과 적응형 행동을 통해 위협에 신속하게 대응할 수 있도록 한다.
• 분산된 IoT 기기들로부터의 실시간 데이터를 활용해 예측형 위협 탐지와 자율적 대응을 가능하게 하기 위해 대용량 데이터 분석의 활용을 권장한다.
• 신뢰 수준이 다른 구성 요소들이 아키텍처적 격리와 런타임 검증을 통해 안전하게 공존할 수 있도록 하는 혼합 신뢰 시스템을 위한 새로운 설계 방법론을 제안한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 산업 제어 시스템의 인터넷의 사물(IoT) 통합이 핵심 인프라의 위협 환경을 어떻게 재편할 것인가?
• RQ2 시스템의 민첩성과 동적 재구성이 IoT 기반 제어 시스템의 사이버공격에 대한 복원력을 높이는 데 어떤 역할을 할 수 있는가?
• RQ3 이동형 방어 전략과 사이버기동 능력을 산업용 IoT 환경에 체계적으로 적용해 공격 가능성과 취약성을 줄일 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ4 대용량 데이터 분석은 다층적이고 대규모 IoT 시스템에서 예측형·자율적 사이버보안 대응을 어떻게 가능하게 하는가?
• RQ5 미래의 IoT 제어 시스템에 신뢰 수준이 다른 구성 요소를 안전하게 통합하기 위해 필요한 아키텍처적 및 설계 원칙은 무엇인가?

주요 결과

• 논문은 향후 산업 제어 시스템이 보다 넓은 IoT와 구분되지 않게 되며, 모든 핵심 인프라 시스템이 IoT 네이티브 환경으로 진화할 것이라고 결론 내린다.
• IoT 기반 제어 시스템의 사이버보안은 점점 더 정적 외곽선 방어가 아닌, 시스템의 민첩성과 이동형 방어 전략과 같은 동적·적응형 행동에 의존하게 될 것이다.
• 사이버기동 능력 — 즉, 시스템 구성 요소를 자율적으로 재구성하거나 이동시킬 수 있는 능력 — 은 지속적인 위협을 피하기 위한 핵심 전략으로 부상한다.
• 대용량 데이터 분석의 통합은 예측형 위협 모델링과 자율적 대응을 가능하게 하여 탐지 및 대응 속도를 크게 향상시킨다.
• 이질적이고 상호 연결된 기기들 간의 신뢰 수준이 다양할 경우 발생하는 보안 위험을 관리하기 위해 혼합 신뢰 시스템을 위한 새로운 설계 접근법이 필수적이다.
• 기존의 보안 모델은 향후 IoT 기반 제어 시스템에 부적합하므로, 자율적 적응형·복원력 있는 아키텍처로의 패러다임 전환을 필요로 한다.