[논문 리뷰] Threats and Countermeasures of Cyber Security in Direct and Remote Vehicle Communication Systems

Subrato Bharati, Prajoy Podder외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 06. 11.

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 차량 ad-hoc 네트워크(VANETs) 내에서 직접 및 원격 차량 통신 시스템의 보안 위협과 대응 조치를 검토하며, DSRC, 셀룰러, 블루투스, 지그비, RFID, USB 등의 기술에서의 취약점을 분석한다. 가짜 메시지와 악성 노드로부터의 위협을 완화하기 위해 인증 메커니즘을 제안하며, 지능형 교통 시스템(ITS)에서 신뢰성과 무결성을 향상시키기 위해 표준화된 보안 프로토콜의 중요성을 강조한다.

ABSTRACT

Traffic management, road safety, and environmental impact are important issues in the modern world. These challenges are addressed by the application of sensing, control and communication methods of intelligent transportation systems (ITS). A part of ITS is a vehicular ad-hoc network (VANET) which means a wireless network of vehicles. However, communication among vehicles in a VANET exposes several security threats which need to be studied and addressed. In this review, firstly, the basic flow of VANET is illustrated focusing on its communication methods, architecture, characteristics, standards, and security facilities. Next, the attacks and threats for VANET are discussed. Moreover, the authentication systems are described by which vehicular networks can be protected from fake messages and malicious nodes. Security threats and counter measures are discussed for different remote vehicle communication methods namely, remote keyless entry system, dedicated short range communication, cellular scheme, Zigbee, Bluetooth, radio frequency identification, WiFi, WiMAX, and different direct vehicle communication methods namely on-board diagnosis and universal serial bus.

연구 동기 및 목표

• 지능형 교통 시스템(ITS)에서 사용되는 직접 및 원격 차량 통신 시스템의 보안 위협을 특정하고 분석하는 것.
• DSRC, 셀룰러, 블루투스, 지그비, RFID, USB와 같은 광범위하게 구현된 차량 통신 기술의 취약점을 검토하는 것.
• 가짜 메시지와 악성 노드로부터 차량 네트워크를 보호하기 위한 기존 인증 메커니즘을 평가하는 것.
• 시스템의 내구성과 신뢰성을 향상시키기 위해 다양한 통신 프로토콜에 맞춤형으로 설계된 대응 조치를 제안하고 논의하는 것.
• 안정적이고 신뢰할 수 있는 ITS 운영을 지원하기 위해 VANETs의 보안 기능 및 표준에 대한 종합적인 개요를 제공하는 것.

제안 방법

• OBD-II, USB 등의 직접 통신(예: OBD-II, USB) 및 DSRC, 셀룰러, Wi-Fi 등의 원격 통신(예: DSRC, 셀룰러, Wi-Fi) 시스템을 포함한 VANETs에서 사용되는 통신 방식을 조사하고 분류하는 것.
• 각 통신 기술의 아키텍처, 표준(예: IEEE 802.11p, ETSI ITS) 및 내재된 보안 기능을 분석하는 것.
• 직접 및 원격 통신 채널에서 모두 발생할 수 있는 공통 공격 벡터(예: 메시지 위조, 서비스 거부, 노드 위조)를 식별하는 것.
• 메시지의 출처 및 무결성을 검증하기 위해 공개 키 기반 인프라(PKI) 및 인증서 기반 메커니즘을 기반으로 한 인증 시스템을 평가하는 것.
• 암호화된 메시지 서명 및 손상된 노드의 취소 기반 메커니즘을 포함한 공격에 대응하는 조치를 특정 위협에 대응하여 매핑하는 것.
• 실제 구현 환경 제약 조건 하에서 특정 위협을 완화하는 데 있어 다양한 프로토콜(DSRC 대비 셀룰러 등)의 보안 효과성을 비교 분석하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 VANETs에서 사용되는 직접 및 원격 차량 통신 시스템의 주요 보안 위협은 무엇인가요?
• RQ2 DSRC, 블루투스, 셀룰러 등의 다양한 통신 프로토콜은 사이버 공격에 대해 어떻게 서로 다른 취약성을 보이나요?
• RQ3 차량 네트워크에서 메시지 위조 및 노드 위조를 방지하는 데 있어 인증 메커니즘이 수행하는 역할은 무엇인가요?
• RQ4 지그비, RFID, OBD-II와 같은 특정 통신 기술을 보호하기 위해 가장 효과적인 대응 조치는 무엇인가요?
• RQ5 기존의 VANET 표준 및 보안 기능은 ITS 응용 분야에서 신뢰성, 무결성, 가용성의 과제를 어떻게 해결하나요?

주요 결과

• DSRC 및 셀룰러와 같은 원격 통신 시스템은 메시지 인증이 약한 탓에 중간자 공격 및 재생 공격에 취약하다.
• OBD-II 및 USB와 같은 직접 통신 방식은 암호화 및 액세스 제어가 제한되어 있어 무단 액세스 및 펌웨어 변조 공격에 취약하다.
• PKI 및 디지털 인증서 기반의 인증 시스템은 VANETs에서 가짜 메시지 주입 위험을 크게 감소시킨다.
• 지그비 및 블루투스 프로토콜은 약한 암호화 및 상호 인증 기능 부재로 인해 개방된 환경에서 더 높은 위험을 노출한다.
• RFID 및 Wi-Fi 기반 시스템은 상호 인증이 제대로 구현되지 않으면 복제 및 위조 공격에 취약하다.
• ETSI 및 IEEE에서 정의한 표준 보안 기능의 통합은 차량 네트워크에서 일반적인 사이버 위협에 대한 높은 내구성을 확보하는 데 기여한다.