[논문 리뷰] Brokenwire : Wireless Disruption of CCS Electric Vehicle Charging

Sebastian Köhler, Richard Baker외 2명|arXiv (Cornell University)|2022. 02. 04.

Advanced Battery Technologies Research참고 문헌 25인용 수 9

한 줄 요약

Brokenwire는 캐비닛 전기차 충전을 위한 유선 전력선 통신(PLC) 링크의 전자기 간섭을 악용하여 새로운 무선 거부 서비스 공격을 제안한다. 이 공격는 최대 47미터 떨어진 거리에서 일반적인 라디오 장비를 사용해 실행 가능하며, 사용자 상호작용 없이 제어 신호를 차단함으로써 충전 세션을 중단시킨다. 기술적 숙련도가 거의 필요하지 않다.

ABSTRACT

We present a novel attack against the Combined Charging System, one of the most widely used DC rapid charging technologies for electric vehicles (EVs). Our attack, Brokenwire, interrupts necessary control communication between the vehicle and charger, causing charging sessions to abort. The attack requires only temporary physical proximity and can be conducted wirelessly from a distance, allowing individual vehicles or entire fleets to be disrupted stealthily and simultaneously. In addition, it can be mounted with off-the-shelf radio hardware and minimal technical knowledge. By exploiting CSMA/CA behavior, only a very weak signal needs to be induced into the victim to disrupt communication - exceeding the effectiveness of broadband noise jamming by three orders of magnitude. The exploited behavior is a required part of the HomePlug Green PHY, DIN 70121 & ISO 15118 standards and all known implementations exhibit it. We first study the attack in a controlled testbed and then demonstrate it against eight vehicles and 20 chargers in real deployments. We find the attack to be successful in the real world, at ranges up to 47 m, for a power budget of less than 1 W. We further show that the attack can work between the floors of a building (e.g., multi-story parking), through perimeter fences, and from `drive-by' attacks. We present a heuristic model to estimate the number of vehicles that can be attacked simultaneously for a given output power. Brokenwire has immediate implications for a substantial proportion of the around 12 million battery EVs on the roads worldwide - and profound effects on the new wave of electrification for vehicle fleets, both for private enterprise and crucial public services, as well as electric buses, trucks and small ships. As such, we conducted a disclosure to the industry and discussed a range of mitigation techniques that could be deployed to limit the impact.

연구 동기 및 목표

• 유선 접근 없이도 전기차 충전 세션을 원격으로 무선으로 방해할 수 있는 Combined Charging System (CCS)의 심각한 취약점을 식별하고 악용하는 것.
• 비차폐 충전 케이블에서의 CCS 전력선 통신(PLC)에 대한 전자기 간섭(IEMI)의 실현 가능성과 실제 영향을 평가하는 것.
• 저비용의 일반 장비와 최소한의 기술 지식으로도 대규모 차량 풀이나 개별 차량의 충전을 방해할 수 있음을 입증하는 것.
• 공용 충전 허브, 다층 건물, 물리적 장벽을 포함한 다양한 실제 환경에서의 취약성 평가.
• 소프트웨어 기반 재인증 및 플러그 앤 챠지 메커니즘을 포함한 대응 전략을 제안하고 평가하는 것.

제안 방법

• 의 intensional 전자기 간섭 하에서 CCS PLC의 동작을 분석하기 위해 제어된 실험 환경에서 실험을 수행하였다.
• HomePlug Green PHY PLC가 사용하는 주파수 대역에서 타겟 전자기 노이즈를 방출하기 위해 맞춤형 저전력 라디오 송신기를 구축 및 구동하였다.
• 18개의 충전 스테이션과 7台의 전기차에서 실외 현장 테스트를 수행하였으며, 공용 충전 허브와 다층 주차장 구조를 포함하였다.
• 최대 47미터까지의 통신 방해 범위를 측정하고, 벽, 울타리, 건물 측면 간의 신호 전파 특성을 평가하였다.
• 송신기의 출력과 안테나 이득을 기반으로 동시에 방해받을 수 있는 차량 수를 추정하기 위한 히우리스틱 모델을 개발하였다.
• 일회성 공격의 영향을 줄이기 위해 자동 재인증 기능(Proximity Pilot 및 Plug & Charge)을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 물리적 접근 없이도 전자기 간섭을 사용해 전기차 충전 시스템의 CCS 전력선 통신(PLC)을 방해할 수 있는가?
• RQ2 일반 장비를 사용해 원격에서 무선으로 CCS 충전 세션을 방해하기 위해 필요한 효과적 범위와 전력 예산은 무엇인가?
• RQ3 벽, 층 간, 다차량 충전 허브와 같은 실제 환경에서 공격 성능은 어떠한가?
• RQ4 통신 복구 후에도 기존 CCS 구현체가 자동으로 복구되지 않는 정도는 어느 정도인가?
• RQ5 하드웨어 변경 없이도 효과적으로 공격의 영향을 줄일 수 있는 소프트웨어 기반 대응 전략은 무엇인가?

주요 결과

• Brokenwire 공격는 1W 미만의 송신 전력으로 최대 47미터 거리에서 CCS 충전 세션을 성공적으로 방해하였다.
• 벽, 외곽 울타리, 다층 주차장 내 층 간 전파에서도 공격가능성이 입증되었으며, 실제 적용 가능성을 입증하였다.
• 실제 구현에서 테스트한 모든 차량과 충전기에서 통신이 차단될 경우 충전 세션이 모두 중단되었으며, 자동 재연결 기능이 없었다.
• 일반 장비와 최소한의 기술 지식으로도 공격를 수행할 수 있어 공격자의 진입 장벽이 크게 낮아졌다.
• 송신기 출력과 안테나 이득을 기반으로 동시에 방해받을 수 있는 차량 수를 추정하는 데 사용할 수 있는 히우리스틱 모델을 개발하였다.
• Proximity Pilot 및 Plug & Charge를 통한 자동 재인증과 같은 소프트웨어 기반 대응 전략이 일회성 공격의 영향을 크게 줄이는 데 효과적임을 입증하였다.