표제지
목차
국문초록(요약) 및 주제(키워드) 15
Ⅰ. 서론 16
1. 분산 소프트웨어 임베디드시스템의 구조 17
2. 임베디드시스템 소프트웨어 동향 19
2.1. 임베디드시스템 소프트웨어 시장 동향 19
2.2. 임베디드시스템 소프트웨어의 변화 20
3. 임베디드시스템의 HILS 기반 동적 분석 프레임워크의 필요성 26
3.1. 하드웨어 보안 분석 방법의 한계점 26
3.2. 소프트웨어 보안 분석 방법의 한계점 29
3.3. 분산 소프트웨어 임베디드시스템별 HILS 기반 동적 분석의 필요성 31
Ⅱ. 관련 연구 34
1. 보안 위협 식별 34
2. 보안 위협 모델링 35
2.1. STRIDE 보안 위협 모델 36
2.2. DREAD 보안 위협 모델 37
2.3. PASTA 보안 위협 모델 39
2.4. VAST 보안 위협 모델 41
3. HILS(Hardware-In-the-Loop Simulation) 42
4. 모바일 네트워크 사이버 보안 관련 연구 45
4.1. 모바일 베이스밴드 취약점 관련 연구 45
4.2. 모바일 네트워크 취약점 관련 연구 48
5. 산업제어 시스템 사이버 보안 관련 연구 51
5.1. EWS-PLC 간의 인증과정 취약점 관련 연구 51
5.2. PLC 권한 상승 취약점 관련 연구 54
6. 자율주행차 사이버 보안 관련 연구 56
6.1. I/O 및 원격 채널 취약점 관련 연구 58
6.2. 초음파 및 레이더 센서 취약점 관련 연구 60
6.3. 카메라 및 라이다 센서 보안 취약점 관련 연구 61
6.4. 자율협력 주행 취약점 관련 연구 62
7. 자율주행차 사이버 보안 관련 표준 평가의 필요성 64
7.1. ISO/SAE 21434 66
7.2. UNECE WP.29 67
Ⅲ. 분산 소프트웨어 임베디드시스템 취약점 식별 및 HILS 기반 동적 분석 프레임워크 71
1. 시스템 취약점 식별을 위한 3가지 RAS 요소 71
1.1. 신뢰성(Reliability) 72
1.2. 가용성(Availability) 73
1.3. 보안성(Security) 74
2. 하드웨어-소프트웨어(HW-SW) 연계 분석 75
2.1. RAS 분석/검증/평가를 위한 참조 모델 75
2.2. 하드웨어-소프트웨어(HW-SW) 연계 분석 프레임워크 77
3. 프레임워크를 통한 분산 SW 임베디드시스템 HW-SW 연계 분석 80
3.1. 모바일 하드웨어-소프트웨어(HW-SW) 연계 분석 프레임워크 81
3.2. 제어시스템 하드웨어-소프트웨어(HW-SW) 연계 분석 프레임워크 81
3.3. 자율주행차 하드웨어-소프트웨어(HW-SW) 연계 분석 프레임워크 82
Ⅳ. HILS 기반 동적 분석 프레임워크를 활용한 보안 위협 분석 83
1. HILS 기반 동적 분석 프레임워크를 활용한 자율주행차 보안 위협 분석 83
1.1. 자율주행차 내부 네트워크 보안 위협 분석 84
1.2. 자율주행차 무선 네트워크 보안 위협 분석 109
1.3. 외부 접점 센서 보안 위협 분석 131
1.4. 자율협력 주행 V2X 보안 위협 분석 146
2. HILS 기반 동적 분석 프레임워크를 활용한 제어시스템 보안 위협 분석 171
2.1. 산업제어 시스템 제어 기기 권한 상승 보안 위협 분석 174
2.2. EWS-PLC 간의 인증과정 보안 위협 분석 181
2.3. ICS 사이버 킬체인 기반 산업 제어시스템 보안 위협 분석 188
3. HILS 기반 동적 분석 프레임워크를 활용한 모바일 네트워크 보안 위협 분석 192
3.1. 모바일 단말기 베이스밴드 보안 위협 분석 194
3.2. 모바일 네트워크 기지국 보안 위협 분석 200
3.3. 모바일 무선 통신 보안 위협 분석 204
Ⅴ. HILS 기반 동적 분석 프레임워크 데이터셋의 유용성 평가 210
1. 자율주행차 프레임워크 데이터셋의 유용성 평가 212
1.1. 자율주행차 내부 네트워크 데이터셋 212
1.2. 자율주행차 내부 네트워크 공격 데이터셋 213
1.3. 자율주행차 차량용 이더넷 데이터셋 216
1.4. IVI 및 텔레매틱스 시스템 데이터셋 217
1.5. 차량용 초음파 센서 데이터셋 219
1.6. 차량용 카메라 센서 데이터셋 220
1.7. 자율협력 주행 데이터셋 221
2. 산업 제어시스템 프레임워크 데이터셋의 유용성 평가 222
2.1. PLC-EWS 권한 상승 데이터셋 222
2.2. 시나리오 기반 산업 제어시스템 데이터셋 223
3. 모바일 네트워크 프레임워크 데이터셋의 유용성 평가 225
3.1. 모바일 단말기 무선 신호 데이터셋 225
3.2. 모바일 네트워크 프로토콜 데이터셋 226
Ⅵ. 결론 227
참고 문헌 230
ABSTRACT 241
〈표 Ⅱ-2-1〉 STRIDE 보안 위협 모델 37
〈표 Ⅱ-2-2〉 DREAD 보안 위협 모델 38
〈표 Ⅱ-2-3〉 PASTA 보안 위협 모델 40
〈표 Ⅱ-4-1〉 자율주행차 기존 보안 위협 및 연구 동향 56
〈표 Ⅱ-4-2〉 자율협력 주행 차량의 공격 벡터 63
〈표 Ⅱ-5-1〉 ISO 21434 요구사항 및 권장 사항 67
〈표 Ⅱ-5-2〉 UNECE WP.29 주요 규정 항목 68
〈표 Ⅱ-5-3〉 CYBER SECURITY MANAGEMENT SYSTEMS(CSMS) 69
〈표 Ⅱ-5-4〉 SOFTWARE UPDATE MANAGEMENT SYSTEMS(SUMS) 70
〈표 Ⅱ-5-5〉 OVER-THE-AIR(OTA) SOFTWARE UPDATES 70
〈표 Ⅳ-1-1〉 차량 내부 네트워크 종류별 특징 86
〈표 Ⅳ-1-2〉 Automotive Ethernet 프로토콜 신호 및 속도 93
〈표 Ⅳ-1-3〉 AVN 보드 하드웨어 구성 요소 109
〈표 Ⅳ-1-4〉 국내외 텔레매틱스 시스템 112
〈표 Ⅳ-1-5〉 srsLTE 하드웨어 구성 요소 121
〈표 Ⅳ-1-6〉 WAVE와 LTE 기반의 V2X 비교 147
〈표 Ⅳ-1-7〉 국내 C-ITS 사업 구축 현황 149
〈표 Ⅳ-1-8〉 IEEE 1609.x 표준 목록 153
〈표 Ⅳ-1-9〉 PSID 목록 154
〈표 Ⅳ-1-10〉 SAE J2735 메시지 유형 156
〈표 Ⅳ-1-11〉 도로공사 OBU의 PSID 목록 169
〈표 Ⅳ-1-12〉 WAVE 통신 채널별 서비스 목록 170
〈표 Ⅳ-2-1〉 산업 제어시스템 구성 요소 173
〈그림Ⅰ-1-1〉 임베디드시스템 소프트웨어의 진화 18
〈그림Ⅰ-2-1〉 국내 임베디드시스템 소프트웨어 시장 규모(2024) 19
〈그림Ⅰ-2-2〉 Worldwide Embedded and Intelligent Systems Forecast (2018-2022) 20
〈그림Ⅰ-2-3〉 분산 임베디드시스템 소프트웨어의 대표적인 예와 구성 요소 분류 21
〈그림Ⅰ-2-4〉 오류의 전파 및 증폭을 해결하지 못하여 발생하는 사고의 예 22
〈그림Ⅰ-2-5〉 하드웨어 단독 분석과 소프트웨어 단독 분석 23
〈그림Ⅰ-3-1〉 모바일 네트워크의 보안 위협 발생 가능성 31
〈그림Ⅰ-3-2〉 일반적인 산업 제어시스템의 구성도 32
〈그림Ⅰ-3-3〉 사이버 보안 위협 발생 가능한 자율주행차 공격 표면 33
〈그림Ⅱ-3-1〉 HILS 검증 환경 시스템 구성도 43
〈그림Ⅱ-5-1〉 자동차 및 관련 장비의 Recall 수 64
〈그림Ⅱ-5-2〉 OTA 업데이트 방법 비교 65
〈그림Ⅲ-1-1〉 RAS 특성 및 침해 요소 연관성 71
〈그림Ⅲ-2-1〉 RAS 분석/검증/평가를 위한 참조 모델 76
〈그림Ⅲ-2-2〉 하드웨어 소프트웨어 연계 분석 프레임워크 개념도 77
〈그림Ⅲ-3-1〉 하드웨어-소프트웨어 연계 분석 방법 80
〈그림Ⅲ-3-2〉 모바일 하드웨어-소프트웨어 연계 분석 프레임워크 81
〈그림Ⅲ-3-3〉 제어시스템 하드웨어-소프트웨어 연계 분석 프레임워크 81
〈그림Ⅲ-3-4〉 자율주행차 하드웨어-소프트웨어 연계 분석 프레임워크 82
〈그림Ⅳ-1-1〉 자율주행차 보안 취약점 및 공격 표면 83
〈그림Ⅳ-1-2〉 자율주행차 내부 네트워크 시스템 구조 84
〈그림Ⅳ-1-3〉 자율주행차의 다양한 내부 네트워크 종류 85
〈그림Ⅳ-1-4〉 최근 출시되는 자동차의 CAN 네트워크 구조 87
〈그림Ⅳ-1-5〉 CAN 2.0A와 CAN2.0B의 구조 비교 88
〈그림Ⅳ-1-6〉 CAN-FD 데이터 구조 89
〈그림Ⅳ-1-7〉 CAN-LIN 네트워크 연결 구조 90
〈그림Ⅳ-1-8〉 LIN 메시지 패킷 프레임(Header) 91
〈그림Ⅳ-1-9〉 LIN 메시지 패킷 프레임(Response) 91
〈그림Ⅳ-1-10〉 Automotive Ethernet 패킷의 구조 93
〈그림Ⅳ-1-11〉 OBD-II 커넥터 종류와 핀 배열 95
〈그림Ⅳ-1-12〉 PEAK사의 PCAN-USB FD및 P-CAN USB X6 95
〈그림Ⅳ-1-13〉 OBD-II 커넥터를 통한 내부 네트워크 데이터 수집 방법 96
〈그림Ⅳ-1-14〉 GSW(Grobal Service Way) 웹 사이트 96
〈그림Ⅳ-1-15〉 게이트웨이를 통한 CAN 메시지 수집 환경 구축 97
〈그림Ⅳ-1-16〉 OBD-II. 커넥터와 ICU 조인트 커넥터 97
〈그림Ⅳ-1-17〉 실시간으로 수집된 CAN 데이터셋 98
〈그림Ⅳ-1-18〉 실시간으로 수집된 CAN-FD 데이터셋 99
〈그림Ⅳ-1-19〉 내부 네트워크 데이터셋 수집 환경 및 절차 99
〈그림Ⅳ-1-20〉 내부 네트워크 HILS 동적 분석 프레임워크 환경 101
〈그림Ⅳ-1-21〉 Ethernet HILS 동적 분석 환경 102
〈그림Ⅳ-1-22〉 커넥티드카 침해분석 테스트 지그 프레임워크 103
〈그림Ⅳ-1-23〉 실제 주행시 발생한 CAN 메시지 데이터셋 분석 104
〈그림Ⅳ-1-24〉 Automotive Ethernet 수집 도식도 105
〈그림Ⅳ-1-25〉 Automotive Ethernet 데이터 수집 환경 구축 105
〈그림Ⅳ-1-26〉 Automotive Ethernet으로부터 수집된 AVTP 영상 데이터 107
〈그림Ⅳ-1-27〉 Automotive Ethernet Replay 테스트 프레임워크 도식도 108
〈그림Ⅳ-1-28〉 KIA SOUL Booster의 IVI 구조 109
〈그림Ⅳ-1-29〉 텔레메틱스를 통한 자율주행차 공격 표면 110
〈그림Ⅳ-1-30〉 텔레매틱스 시스템의 구성 요소 및 구조 112
〈그림Ⅳ-1-31〉 텔레매틱스 서비스 어플리케이션 115
〈그림Ⅳ-1-32〉 IVI 내부 텔레매틱스 서비스 정보 115
〈그림Ⅳ-1-33〉 IVI 및 텔레매틱스 HILS 동적 분석 환경 116
〈그림Ⅳ-1-34〉 텔레메틱스 어플리케이션 안전성 분석 117
〈그림Ⅳ-1-35〉 IVI 하드웨어 분석 및 원격 메시지 전송 118
〈그림Ⅳ-1-36〉 동기화 신호인 PSS와 SSS 신호 119
〈그림Ⅳ-1-37〉 신호 간섭 교란을 위한 모바일 가상 기지국 srsLTE 구성도 121
〈그림Ⅳ-1-38〉 srsLTE 시뮬레이션 가상 기지국 환경 구축 122
〈그림Ⅳ-1-39〉 구동 중인 단말기 동기화 신호 간섭 프로그램 123
〈그림Ⅳ-1-40〉 신호 간섭으로 인한 텔레매틱스 서비스 연결 불가 124
〈그림Ⅳ-1-41〉 실차 기반의 LTE 무선 신호 간섭 테스트 환경 125
〈그림Ⅳ-1-42〉 신호 간섭으로 인해 서비스가 불가한 텔레매틱스 서비스 125
〈그림Ⅳ-1-43〉 GPS-SDR-SIM을 통한 GPS 신호 생성 127
〈그림Ⅳ-1-44〉 GPS 교란을 통해 이동되어있는 현재 좌표 128
〈그림Ⅳ-1-45〉 실제 차량 내의 IVI GPS 신호 교란 129
〈그림Ⅳ-1-46〉 교란된 GPS 신호의 현재 좌표를 통한 길 찾기 129
〈그림Ⅳ-1-47〉 자율주행 기술 레벨 현황(0-5) 131
〈그림Ⅳ-1-48〉 ADAS 시스템에 사용되는 센서들 133
〈그림Ⅳ-1-49〉 자율주행차 외부 센서의 종류 134
〈그림Ⅳ-1-50〉 초음파센서 HIS 동적 분석 환경 구성도 136
〈그림Ⅳ-1-51〉 초음파센서 교란 간이 테스트베드 138
〈그림Ⅳ-1-52〉 자동차의 일반적인 후방 초음파센서 위치 139
〈그림Ⅳ-1-53〉 레이저 모듈을 장착한 초음파 발생 장치 139
〈그림Ⅳ-1-54〉 초음파 발생기를 활용한 전방 초음파센서 교란 테스트 140
〈그림Ⅳ-1-55〉 초음파 발생기를 활용한 후방 초음파센서 교란 테스트 141
〈그림Ⅳ-1-56〉 초음파센서 LIN 네트워크 신호 분석 142
〈그림Ⅳ-1-57〉 초음파센서 LIN 네트워크 데이터 분석 142
〈그림Ⅳ-1-58〉 차량 내부 카메라와 스마트폰 레이저 교란 테스트 143
〈그림Ⅳ-1-59〉 실차 기반 카메라 교란 테스트 144
〈그림Ⅳ-1-60〉 카메라 정상/교란 상태의 내부 CAN 메시지 144
〈그림Ⅳ-1-61〉 하이브리드 V2X 통신 구조 146
〈그림Ⅳ-1-62〉 국내 스마트 하이웨이 V2X 시스템의 주요 구성 요소 148
〈그림 82〉 [내용없음] 11
〈그림Ⅳ-1-63〉 스마트 자율협력 주행 센터(C-ARS) 구축 현황 150
〈그림Ⅳ-1-64〉 DSRC 프로토콜 스택 152
〈그림Ⅳ-1-65〉 WSMP 메시지 구조 153
〈그림Ⅳ-1-66〉 J2735 메시지 스택 155
〈그림Ⅳ-1-67〉 차량 내 V2X 시스템 설치 구성도 157
〈그림Ⅳ-1-68〉 차내 설치된 V2X 통신 장치 158
〈그림Ⅳ-1-69〉 V2X 동적 분석 환경 구축 159
〈그림Ⅳ-1-70〉 V2X 시스템 데이터셋 수집 환경 160
〈그림Ⅳ-1-71〉 V2X 데이터셋 수집 구간(서세종-북대전) 160
〈그림Ⅳ-1-72〉 실제 차량 환경에서 수집된 V2X 데이터셋 161
〈그림Ⅳ-1-73〉 실차 기반 OBU/RSU 설치 및 데이터셋 수집 환경 162
〈그림Ⅳ-1-74〉 분석을 위한 분리된 OBU 단말 163
〈그림Ⅳ-1-75〉 OBU 단말기의 하드웨어 구성 칩셋 164
〈그림Ⅳ-1-76〉 핀 식별을 통한 시리얼 통신 수행 164
〈그림Ⅳ-1-77〉 부팅 로그를 통한 정보 수집 165
〈그림Ⅳ-1-78〉 OBU 내부 출력 로그 165
〈그림Ⅳ-1-79〉 OBU 내부의 실행 프로세스 및 주요 바이너리 166
〈그림Ⅳ-1-80〉 OBU 내부 네트워크 인터페이스 분석 166
〈그림Ⅳ-1-81〉 cw-llc 인터페이스를 통해 수집된 패킷 167
〈그림Ⅳ-1-82〉 수집된 V2X 메시지 패킷 데이터 167
〈그림Ⅳ-1-83〉 WireShark WSMP 분석 환경 168
〈그림Ⅳ-1-84〉 WAVE Service Advertisement 169
〈그림Ⅳ-1-85〉 WAVE 통신 제어 채널 170
〈그림Ⅳ-2-1〉 일반적인 산업 제어시스템 구조 171
〈그림Ⅳ-2-2〉 CODESYS 산업 제어시스템 HILS 동적 분석 환경 174
〈그림Ⅳ-2-3〉 암호화/복호화된 바이너리 및 CODESYS V3 퍼징 도구 175
〈그림Ⅳ-2-4〉 CODESYS 사용자 로그인 화면 176
〈그림Ⅳ-2-5〉 사용자 인증 과정 및 계정 정보 전송 패킷 데이터 177
〈그림Ⅳ-2-6〉 하드 코딩된 키값과 암호화된 패스워드 177
〈그림Ⅳ-2-7〉 CODESYS 패킷 데이터 분석 178
〈그림Ⅳ-2-8〉 패스워드 암호화 알고리즘 178
〈그림Ⅳ-2-9〉 패스워드 암/복호화 검증 도구 179
〈그림Ⅳ-2-10〉 GatewayService.exe 180
〈그림Ⅳ-2-11〉 수질 정화 시스템 및 발전 시스템 구조 181
〈그림Ⅳ-2-12〉 산업제어 시스템 HILS 동적 분석 프레임워크 182
〈그림Ⅳ-2-13〉 PLC 온라인 연결과정 182
〈그림Ⅳ-2-14〉 PLC-EWS 간의 전체 인증과정 및 Key Set Structure 구조 183
〈그림Ⅳ-2-15〉 P3의 M3 Structure 상세 구조 및 생성 시 사용된 암호화 방식 184
〈그림Ⅳ-2-16〉 MPK 파일 및 7zip을 통한 압축해제 시도 185
〈그림Ⅳ-2-17〉 zlib 연산 비트 차이점 압축해제에 사용되는 패스워드 186
〈그림Ⅳ-2-18〉 zlib128-tia 압축해제 과정 187
〈그림Ⅳ-2-19〉 동적 분석을 위한 ICS 기반 산업제어시스템 구성도 189
〈그림Ⅳ-2-20〉 동적 분석을 위한 ICS 기반 산업제어시스템 HILS 190
〈그림Ⅳ-2-21〉 침해사고 데이터 분류 및 분석 소프트웨어 190
〈그림Ⅳ-3-1〉 모바일 이동통신망 HILS 기반 동적 분석 프레임워크 192
〈그림Ⅳ-3-2〉 모바일 베이스밴드 보안 위협 가능성 193
〈그림Ⅳ-3-3〉 삼성 갤럭시S20의 베이스밴드 모뎀 칩셋 194
〈그림Ⅳ-3-4〉 일반적인 베이스밴드 구조 195
〈그림Ⅳ-3-5〉 단말기 무선 통신 교란 시나리오 196
〈그림Ⅳ-3-6〉 제조사 단말기 서비스 모드 197
〈그림Ⅳ-3-7〉 모바일 테스트 지그 프레임워크 구성도 및 퍼징 소프트웨어 197
〈그림Ⅳ-3-8〉 가상 기지국에 연결을 시도한 srsEPC 로그 기록 198
〈그림Ⅳ-3-9〉 실제 단말기-기지국 간 PSS/SSS 신호 간섭 199
〈그림Ⅳ-3-10〉 서비스 거부 상태의 단말기 로그 199
〈그림Ⅳ-3-11〉 OpenBTS 구성 요소 및 구조 200
〈그림Ⅳ-3-12〉 Location Updating Accept 메시지 201
〈그림Ⅳ-3-13〉 OpenBTS를 통한 메시지 퍼징 절차 201
〈그림Ⅳ-3-14〉 NAS 메시지 퍼징 코드 202
〈그림Ⅳ-3-15〉 퍼징 설정 정보와 퍼징 결과 203
〈그림Ⅳ-3-16〉 NAS 메시지 퍼징 결과 단말기 로그 확인 203
〈그림Ⅳ-3-17〉 펨토셀 소프트웨어 인터럽트 퍼징 도구 204
〈그림Ⅳ-3-18〉 SigOver를 통한 보안 위협 시나리오 205
〈그림Ⅳ-3-19〉 단말기의 MultiBand 206
〈그림Ⅳ-3-20〉 Signal Overshadowing의 실행 절차 207
〈그림Ⅳ-3-21〉 pdsch_enodeb의 MIB 전송 및 Overshadowing 코드 207
〈그림Ⅳ-3-22〉 Signal Overshadowing의 코드 구조 208
〈그림Ⅳ-3-23〉 SigOver를 통한 서비스 거부 209
〈그림Ⅴ-1-1〉 차량 내부 CAN 네트워크 HILS 기반 동적 분석 데이터셋 213
〈그림Ⅴ-1-2〉 정상 데이터(우)와 Fuzzing 공격 데이터(좌)의 변화량 214
〈그림Ⅴ-1-3〉 정상 데이터(우)와 Replay 공격 데이터(좌)의 변화량 214
〈그림Ⅴ-1-4〉 정상 데이터(우)와 Replay 공격 데이터(좌)의 변화량 215
〈그림Ⅴ-1-5〉 차량용 이더넷 HILS 기반 동적 분석 데이터셋 216
〈그림Ⅴ-1-6〉 IVI 및 텔레메틱스 HILS 기반 동적 분석 데이터셋 217
〈그림Ⅴ-1-7〉 IVI 이동통신 HILS 기반 동적 분석 데이터셋 218
〈그림Ⅴ-1-8〉 차량용 초음파센서 HILS 기반 동적 분석 데이터셋 219
〈그림Ⅴ-1-9〉 차량용 카메라 센서 HILS 기반 동적 분석 데이터셋 220
〈그림Ⅴ-1-10〉 자율협력 주행 HILS 기반 동적 분석 데이터셋 221
〈그림Ⅴ-2-1〉 산업 제어시스템 제어기기 권한 상승 보안 위협 분석 데이터셋 223
〈그림Ⅴ-2-2〉 사이버 킬체인 기반 산업 제어 시스템 HILS 기반 동적 분석 데이터셋 224
〈그림Ⅴ-3-1〉 모바일 단말기 베이스밴드 HILS 기반 동적 분석 데이터셋 226
〈그림Ⅴ-3-2〉 모바일 네트워크 HILS 기반 동적 분석 데이터셋 226
〈그림Ⅵ-1-1〉 시스템별 HILS 기반 동적 분석 프레임워크 환경 227
〈그림Ⅵ-1-2〉 자율주행차 HILS 기반 동적 분석 통합 테스트 환경 구성 228