[논문 리뷰] Towards Security of Additive Layer Manufacturing

Mark Yampolskiy, Todd R. Andel외 3명|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 01.

Additive Manufacturing and 3D Printing Technologies참고 문헌 2인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 설계를 변경하지 않고도 부품의 무결성을 손상시키는 제조 파arameter의 악성 조작을 초래하는 Additive Layer Manufacturing (ALM)의 보안 위협을 조사한다. 지적 재산권 보호와 고객 사양 준수를 보장하기 위해 암호화 강제 수단, 하드웨어 가림 기법, 디지털 포렌식을 통합한 보안 외주 모델을 제안한다.

ABSTRACT

Additive Layer Manufacturing (ALM), also broadly known as 3D printing, is a new technology to produce 3D objects. As an opposite approach to the conventional subtractive manufacturing process, 3D objects are created by adding thin material layers over layers. Until recently, they have been used, mainly, for plastic models. However, the technology has evolved making it possible to use high-quality printing with metal alloys. Agencies and companies like NASA, ESA, Boeing, Airbus, etc. are investigating various ALM technology application areas. Recently, SpaceX used additive manufacturing to produce engine chambers for the newest Dragon spacecraft. BAE System plans to print on-demand a complete Unmanned Aerial Vehicle (UAV), depending on the operational requirements. Companies expect the implementation of ALM technology will bring a broad variety of technological and economic benefits. This includes, but not limited to, the reduction of the time needed to produce complex parts, reduction of wasted material and thus control of production costs along with minimization of part storage space as companies implement just-in-time and on-demand production solutions. The broad variety of application areas and a high grade of computerization of the manufacturing process will inevitably make ALM an attractive target for various attacks.

연구 동기 및 목표

• 3D 기하도를 변경하지 않고도 부품의 무결성을 해칠 수 있는 ALM 공정 내 악성 조작 위험을 해결한다.
• 3D 오브제트 설계 및 제조 파arameter를 포함한 지적 재산권(IP)을 보호할 수 있는 보안적이고 융통성 있는 외주 모델을 개발한다.
• 디자이너, 튜닝 전문가, 장비 소유자 등 ALM 이해관계자 간의 협업을 가능하게 하며, 이행 가능한 지적 재산권 라이센스를 제공한다.
• ALM 시스템에 대한 사이버-물리적 공격을 탐지, 방지, 재구성하기 위한 기술적 해결책을 조사한다.
• 공격 후 분석과 책임 소재 규명을 지원하기 위해 ALM 환경에서의 디지털 포렌식 기반을 마련한다.

제안 방법

• 지적 재산권(3D 형상, 필요 물리적 성질, 제조 파arameter)을 정의된 제한(예: 실행 수)이 있는 라이센스 사용과 결합하는 보안 외주 모델을 설계한다.
• 라이센스 조건을 강제하고 지적 재산권의 무단 사용을 방지하기 위해 전용 암호 프rotocol를 활용한다.
• ALM 장비의 역공학 및 변조로부터 보호하기 위해 하드웨어 가림 기법을 적용한다.
• 비침습적 모니터링 및 변조에 강한 메커니즘을 구현하여 제조 공정 데이터를 기록하고 검증한다.
• 잔류 데이터를 활용해 공격을 재구성하고 제조 후 지적 재산권 위반을 탐지하기 위해 디지털 포렌식 분석을 통합한다.
• 잠재적 공격에 대한 타당성과 난이도를 평가하기 위해 실험적 침투 테스트를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 제조 파arameter 조작을 통해 3D 프린팅 부품의 무결성을 해칠 수 있는 주요 공격 벡터는 무엇인가?
• RQ2 3D 오브제트 설계 및 공정 파aram터와 관련된 지적 재산권을 다수 이해관계자 간에 보안적으로 외주하고 강제로 이행할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ3 ALM 환경에서 사이버-물리적 공격을 효과적으로 방지, 탐지, 재구성하기 위한 기술적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ4 암호화 프rotocol와 변조에 강한 데이터 기록 기법을 ALM 워크플로우에 통합하여 지적 재산권 준수를 확보할 수 있는가?
• RQ5 안전 기준이 엄격한 응용 분야에서 고가치 ALM 부품에 대한 파aram터 기반 공격의 실용적 타당성과 영향은 무엇인가?

주요 결과

• ALM 제조 파aram터의 악성 조작은 3D 형상을 변경하지 않더라도 기계적 응력 저항성과 같은 재료 성질을 악화시킬 수 있으며, 항공기 엔진과 같은 안전 기준이 엄격한 분야에서 심각한 위험을 초래한다.
• 지적 재산권(설계, 성질, 공정 파aram터)을 정의된 사용 라이센스와 연결하는 보안 외주 모델이 제안되었으며, 제조 실행 수에 대한 강제 제한 조건이 포함되어 있다.
• 암호화 프rotocol와 하드웨어 가림 기법은 민감한 제조 파aram터를 역공학 및 무단 사용으로부터 보호하는 데 실현 가능한 기술적 수단이다.
• 비침습적 모니터링 및 변조에 강한 데이터 기록 기법은 지적 재산권 위반 탐지 및 공격 후 디지털 포렌식 분석을 지원할 수 있다.
• 실험적 침투 테스트를 통해 파aram터 기반 공격의 타당성과 난이도를 평가할 계획이며, 이는 위험 평가 및 완화 기반으로 기능한다.
• 디지털 포렌식을 ALM 워크플로우에 통합하는 것은 공격 재구성과 산업 현장에서의 책임 소재 규명을 보장하기 위해 필수적이다.