[논문 리뷰] Can ROS be used securely in industry? Red teaming ROS-Industrial.

Víctor Mayoral Vilches, Martin Pinzger외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 09. 17.

Physical Unclonable Functions (PUFs) and Hardware Security참고 문헌 17인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 빨간팀 훈련을 통해 산업 환경에서의 ROS-Industrial의 보안성을 평가하며, ROS 계산 그래프와 대부분의 로봇 엔드포인트를 손상시키는 네 가지 악성 공격 그룹을 입증한다. 치명적인 취약점을 특정했음에도 불구하고, 일부 로봇 엔드포인트는 여전히 안전하다는 점을 확인하여 향후 ROS 기반 산업 시스템의 보안을 위한 낙관적인 전망을 제시한다.

ABSTRACT

With its growing use in industry, ROS is rapidly becoming a standard in robotics. While developments in ROS 2 show promise, the slow adoption cycles in industry will push widespread ROS 2 industrial adoption years from now. ROS will prevail in the meantime which raises the question: can ROS be used securely for industrial use cases even though its origins didn't consider it? The present study analyzes this question experimentally by performing a targeted offensive security exercise in a synthetic industrial use case involving ROS-Industrial and ROS packages. Our exercise results in four groups of attacks which manage to compromise the ROS computational graph, and all except one take control of most robotic endpoints at desire. To the best of our knowledge and given our setup, results do not favour the secure use of ROS in industry today, however, we managed to confirm that the security of certain robotic endpoints hold and remain optimistic about securing ROS industrial deployments.

연구 동기 및 목표

• ROS가 원래 설계 시 보안을 우선시하지 않았음에도 불구하고 산업용 로봇에서 안전하게 사용될 수 있는지 조사하기 위해.
• 시스템 무결성을 손상시키기 위해 합성 산업 환경에서 ROS-Industrial을 공격할 수 있는지의 가능성을 평가하기 위해.
• 대상 공격에 노출된 특정 로봇 엔드포인트의 내구성을 평가하기 위해.
• ROS 계산 그래프와 로봇 시스템 전반에 걸쳐 완전한 제어를 가능하게 하는 공격 벡터를 특정하기 위해.

제안 방법

• ROS-Industrial과 표준 ROS 패키지를 포함한 제어된 합성 산업 사용 사례에서 빨간팀 훈련을 수행하였다.
• ROS 계산 그래프와 로봇 엔드포인트를 대상으로 한 네 가지 서로 다른 공격 그룹을 설계하고 실행하였다.
• ROS의 통신 아키텍처에 내재된 약점을 악용하여 무단 액세스 및 제어를 확보하였다.
• 공격 이후 개별 로봇 엔드포인트의 보안 상태를 평가하여 내구성을 판단하였다.
• 실시간 모니터링과 시스템 상호작용을 통해 공격 성공 여부와 지속 가능성 검증을 수행하였다.
• 각 공격 그룹이 시스템 가용성, 기밀성, 무결성에 미치는 영향을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대상 공격이 산업용 구현에서 ROS 계산 그래프를 손상시킬 수 있는가?
• RQ2 어떤 정도로 공격자는 ROS 취약점을 통해 로봇 엔드포인트를 제어할 수 있는가?
• RQ3 전체 시스템이 손상된 상황에서도 어떤 로봇 엔드포인트가 여전히 안전한가?
• RQ4 ROS-Industrial에서 전체 시스템 장악을 가능하게 하는 치명적인 공격 벡터는 무엇인가?

주요 결과

• 네 가지의 명백한 공격 그룹이 ROS 계산 그래프를 성공적으로 손상시켜 무단 액세스 및 제어를 가능하게 하였다.
• 한 공격 그룹을 제외한 모든 공격 그룹이 시스템 내 대부분의 로봇 엔드포인트를 완전히 제어하였다.
• 일부 로봇 엔드포인트는 여전히 공격에서 면역이었으며, 이는 하드닝 가능성을 시사한다.
• 결과적으로 ROS는 현행으로서는 중대한 보완 조치 없이 산업용으로 사용하기에 충분히 안전하지 않다는 점을 시사한다.
• 이 연구는 기존의 ROS-Industrial 배포가 대상 공격 및 실제 세계의 사이버 공격에 취약하다는 점을 확인한다.
• 취약점이 존재하더라도 내구성이 있는 엔드포인트의 존재는 더 안전한 ROS 기반 산업 시스템을 구축하기 위한 기반을 제공한다.