[논문 리뷰] Towards a Layered Architectural View for Security Analysis in SCADA Systems

Zhendong Ma, Paul Smith외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 11. 16.

Information and Cyber Security참고 문헌 12인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 시스템의 체계적인 보안 분석을 가능하게 하기 위해 SCADA 시스템에 자산, 통신, 서비스, 조직 계층의 네 계층으로 구성된 아키텍처 뷰를 제안한다. 계층적 추상화와 뷰포인트를 통해 시스템을 구성함으로써, 특히 복잡하고 대규모의 핵심 인프라 환경에서 일관된 위협 모델링, 취약성 분석 및 위험 평가를 지원한다.

ABSTRACT

Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) systems support and control the operation of many critical infrastructures that our society depend on, such as power grids. Since SCADA systems become a target for cyber attacks and the potential impact of a successful attack could lead to disastrous consequences in the physical world, ensuring the security of these systems is of vital importance. A fundamental prerequisite to securing a SCADA system is a clear understanding and a consistent view of its architecture. However, because of the complexity and scale of SCADA systems, this is challenging to acquire. In this paper, we propose a layered architectural view for SCADA systems, which aims at building a common ground among stakeholders and supporting the implementation of security analysis. In order to manage the complexity and scale, we define four interrelated architectural layers, and uses the concept of viewpoints to focus on a subset of the system. We indicate the applicability of our approach in the context of SCADA system security analysis.

연구 동기 및 목표

• 복잡하고 대규모의 SCADA 시스템에서 일관된 아키텍처 뷰가 부족한 문제를 해결하기 위해.
• SCADA 시스템을 서로 연관된 고유한 계층으로 정리하여 체계적인 보안 분석을 지원하기 위해.
• 보안 위협 및 취약성 평가를 위해 시스템의 관련 요소를 분리하여 집중적인 분석을 가능하게 하는 아키텍처 뷰포인트를 제공하기 위해.
• SCADA 보안 프로세스에서 이해관계자 간의 상호운용성과 공통 이해를 향상시키기 위해.
• SCADA 보안 분석에서 공식적 방법론과 자동화의 기반을 마련하기 위해.

제안 방법

• 자산, 통신, 서비스, 조직 계층으로 구성된 네 계층의 아키텍처 모델을 제안한다.
• 특정 보안 작업에 관련된 시스템의 부분집합에 집중하기 위해 아키텍처 뷰포인트를 사용한다.
• 계층 간 상호의존성(예: 서비스는 통신 및 물리적 인프라에 의존함)을 모델링한다.
• 공식적 방법론(예: 페트리 넷 및 복원성 패턴 시뮬레이션)을 사용한 공격 모델링을 지원하기 위해 아키텍처를 적용한다.
• 아키텍처 속성에서 유도된 모델 기술 언어를 활용하여 표현 방식을 표준화한다.
• 계층 간 시스템 구성 요소의 체계적 인스턴스화를 통해 시뮬레이션 및 공식적 분석을 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 복잡하고 대규모의 SCADA 시스템에 대해 일관되고 고수준의 아키텍처 뷰를 설정하여 보안 분석을 지원할 수 있는가?
• RQ2 어떻게 계층적 추상화와 뷰포인트가 SCADA 시스템의 복잡성과 규모를 관리할 수 있는가?
• RQ3 어떤 방식으로 아키텍처 모델이 공식적 위협 및 취약성 모델링을 지원할 수 있는가?
• RQ4 시스템 계층 간 상호의존성을 어떻게 캡처하고, 연쇄적 취약성을 식별하는 데 활용할 수 있는가?
• RQ5 어떤 식으로 아키텍처 프레임워크가 보안 프로세스에서 자동화 및 도구 지원을 가능하게 하는가?

주요 결과

• 계층적 아키텍처 뷰는 자산, 통신, 서비스, 조직의 네 가지 고유한 계층으로 구성된 일관되고 추상화된 프레임워크를 제공하여 SCADA 시스템을 모델링한다.
• 뷰포인트는 이해관계자별로 관련 시스템 구성 요소와 관계를 분리함으로써 집중적인 분석을 가능하게 한다.
• 시스템 구성 요소와 종속성을 체계적으로 정리함으로써, 페트리 넷 및 복원성 패턴 시뮬레이션과 같은 공식적 보안 모델링 접근법을 지원한다.
• 서비스가 통신 및 물리적 인프라에 의존하는 것과 같은 계층 간 상호의존성은 체계적으로 모델링되어 연쇄적 취약성을 식별하는 데 활용될 수 있다.
• 아키텍처 속성에서 파생된 표준화된 모델 기술 언어를 유도함으로써 모델링의 일관성을 향상시킨다.
• 이 접근법은 특히 대규모 및 이질적인 시스템에서 향후 자동화 및 도구 지원을 위한 기반을 마련한다.