2.1 한국정보통신기술협회 에너지 안전관리 플랫폼 참조모델

에너지 안전관리 플랫폼 참조모델은 국내 에너지 사용시설의 안전관리표준 개발 현황을 분석하고, 전기 및 가스 시설에 대한 안전관리를 위한 에너지 안전관리 인프라를 정의하며, 이를 바탕으로 에너지 안전관리 플랫폼 참조모델을 제시한다 ⁽⁴⁾. 에너지 안전관리 기술은 가스, 전기, 신에너지와 같은 다양한 에너지들의 안정적인 공급 및 사용에 대한 안전성을 확보하여 국가 에너지 안전사회 기반을 구축한다. 현재 국내 석유화학, 가스, 전기 등의 에너지산업은 산업화 시기에 단기간으로 설치되어 잠재적으로 발생 가능한 사고를 사전에 감지 및 예방할 수 있는 모니터링 및 제어기술이 취약한 상황이다. 에너지 관련 사고 발생 시, 직접적인 피해뿐만 아니라, 국가 이미지 하락 및 국민 불안감 증가 등의 간접적인 피해가 생길 수 있다. 이를 위해, 에너지 안전관리 플랫폼에서는 에너지 안전관리 인프라 체계를 구성한다. 에너지 관리체계는 크게 비즈니스계층, 응용계층, 핵심 요구사항 계층으로 구분되며 융합형 에너지 안전관리를 위한 핵심기술은 핵심 요구사항 계층에 포함된다. 핵심기술은 각각의 재해에 대한 위험요소를 정의하고, 해당 위험요소를 감시하는 방법, 원인을 분석하는 방법, 인터넷 기반 정보수집방법, 전기안전 관련 정보를 통한 프로토콜 등으로 구성된다.

2.2 Penta Security의 Panta Smart Energy Security

Penta Security는 사물인터넷 기반의 스마트 에너지 환경에 적합한 보안기술을 통해 보안 취약점을 개선한다. Penta Security에서 주장하는 스마트 에너지 환경에서 관리되어야 하는 보안요소는 크게 4가지이다. 공격자들은 사물인터넷 기기의 무결성 훼손, 사물인터넷 통신환경에서의 네트워크 공격, 기기와 사용자 간의 인증 우회, 응용 영역에서의 데이터 조작 및 무결성 훼손 등을 통한 공격을 시도할 수 있으며, 이러한 위협에 모두 대응할 수 있어야만 안전한 스마트 에너지 환경을 구성할 수 있다고 말한다. Penta Smart Energy Security는 스마트 에너지 시스템 환경에서의 보안 위협을 막는다. 하드웨어 기반의 보안 모듈을 설치하여 사물인터넷 기기에서 생성되는 데이터의 무결성을 보장하고 안전한 사물인터넷 네트워크 환경을 구성한다. 또한, PKI(Public Key Infrastructure) 기술을 적용하여 기기와 사용자에게 인증서를 제공하고, 기기와 사용자의 인증 우회를 차단한다. 또한, 기업별 맞춤형 보안환경을 구축함으로써 응용 영역에 대한 데이터 조작 및 무결성 훼손을 방지할 수 있다 ⁽⁵⁾.

2.3 Jenoptik의 군용 지능형 에너지 시스템 플랫폼

현재 군사 보안 및 방위 기술에 쓰이는 Jenoptik 에너지 시스템은 군용 차량 및 플랫폼의 요구사항에 부합하는 전력을 생산하며 높은 신뢰성과 견고함을 제공한다. 모든 시스템은 실제 환경을 참고하여 HiL(Hardware-in-the-Loop) 가상환경에서 엄격하게 테스트 및 최적화를 수행한다. 또한, 모니터링과 기기 및 시스템 형상관리를 통해 노후화 관리 및 통합 물류 지원의 일환으로 수십년에 걸쳐 필요한 예비 부품 및 정기 유지보수를 가능하게 한다 ⁽⁶⁾.

2.4 GE의 프레딕스(Predix) 플랫폼

GE의 프레딕스 플랫폼은 산업용 사물인터넷 기술로 사람과 기계를 연결한다. 프레딕스 플랫폼에 Bit Strew의 기술을 통합하여, 엣지(Edge) 시스템에서 클라우드로 데이터가 이동 중인 상황에 데이터를 통합하는 기능을 제공한다. 이를 통해 기업들은 엣지 시스템에서 수집되는 데이터에 대한 결과를 얻을 수 있으며, 보다 효율적으로 많은 양의 데이터를 현장에서부터 조직화하여 활용할 수 있게 된다. 문제 발생 가능성을 예측하여 터빈 등을 의도적으로 멈출 수 있다면 높은 비용 손실을 발생시키는 불시의 상황을 방지할 수 있다. 프레딕스는 센서에서 수집한 데이터를 기반으로 분석을 수행하여 자산의 상태를 모니터링한다. 이상징후가 감지되면 프레딕스는 오작동이 발생하기 전에 자동적으로 설비의 운행을 중지시킨다. 때때로, 설비 오류가 지속적으로 발생한다고 가정한다면 프레딕스는 운영 데이터를 클라우드로 전송하여 대응책을 마련하도록 돕는다 ⁽⁷⁾.

국내 플랫폼인 한국정보통신기술협회의 에너지 안전관리 플랫폼 참조모델에서는 보안요소가 존재하지 않았으며 국외 플랫폼 Jenoptik의 군용 지능형 에너지 플랫폼에는 보안요소가 없었지만, 모니터링과 기기 및 시스템 관리를 통해 노후화에 대한 방법을 제공하는 것을 확인했다. 또한, Penta Security의 Penta Smart Energy Security에서는 사물인터넷 기반의 스마트 에너지 환경에 적합한 보안기술을 통해 보안 취약점을 개선했으며, GE의 프레딕스 플랫폼은 사용자가 자원에 접근할 시 사용자의 인증과 권한 부여를 위한 기능을 제공하는 것을 확인했다. 표 1은 조사된 각 플랫폼을 비교한 표이다. 분석결과 사물인터넷 기술을 적용한 전기안전관리 플랫폼에서는 사물인터넷과 같은 경량, 저전력 기기에 대한 보안, 안전한 키 관리, End-to-End 보안 등을 포함한 관리적, 물리적, 기술적 보안 등의 보안요소가 고려되어야 함을 확인할 수 있었다.

4.1 전기안전관리 플랫폼 기기 보안 위협

전기안전관리 플랫폼 기기의 경우, 특성상 외부에 광역적으로 배치될 수 있으며 이로 인한 물리적 접근 위협이 발생하며 다른 기기와의 통신 및 주기적인 업데이트를 위한 포트를 내장하고 있기 때문에 공격자는 기기 내부의 정보에 접근하거나 네트워크에 침입하여 네트워크 내 다른 기기를 감염시키는 등의 공격을 수행할 수 있다. 이외에도, 내부 데이터 관리 방식의 취약성, 낮은 강도의 암호알고리즘 사용 등이 보안 위협의 요소로 적용될 수 있다. 본 논문에서는 전기안전관리 플랫폼 기기 보안 위협에 대한 설명을 표 2를 통해 정리하였다.

4.2 전기안전관리 플랫폼 시스템 보안 위협

전기안전관리 플랫폼 시스템은 수배전설비, 통신기기 등을 통해 생성되고 전송되는 데이터들을 수집하고 관리하며 이를 통해 관리자가 전체적인 시스템을 모니터링하고 제어할 수 있도록 한다. 이러한 기능은 전기안전관리 플랫폼 관리 서버를 통해 이루어지며 본 논문에서는 전기안전관리 플랫폼 시스템 및 관리 서버에 대한 보안 위협을 다룬다. 관리 서버는 사람이 직접 개입하는 영역이다보니 사람에 대한 관리적 보안이 요구되며 일반적인 기기와 마찬가지로 다른 기기와의 통신 및 주기적인 업데이트를 위한 포트를 갖기 때문에 공격자가 내부에 침입하여 정보를 탈취하거나 임의의 제어 명령을 발생시키는 등의 사고를 유발할 수 있다. 본 논문에서는 전기안전관리 플랫폼 시스템 보안 위협에 대한 설명을 표 3을 통해 정리하였다.

4.3 전기안전관리 플랫폼 네트워크 보안 위협

전기안전관리 플랫폼 네트워크의 경우, 수배전설비 및 센서와 사물인터넷 어댑터 간, 사물인터넷 어댑터와 통신 엑세스포인트 간, 통신 엑세스 포인트와 관리 서버 간 및 관리 서버와 외부망 간의 경로를 의미한다. 기본적으로 네트워크에 대한 보안 위협은 외부망으로부터의 침입 또는 내부 기기와의 연결을 악용하여 이루어진다. 주로 기기 간 인증의 부재, 사용하는 프로토콜의 취약성, 취약한 네트워크 접근제어 등으로 인해 공격이 발생하게 된다. 본 논문에서는 전기안전관리 플랫폼 네트워크 보안 위협에 대한 설명을 다음 표 4를 통해 정리하였다.

5.1 물리적인 접근을 통한 공격 시나리오

현장에 설치되어 운영 중인 수배전설비와 센서, 사물인터넷 어댑터 및 통신 엑세스포인트는 상대적으로 공격하기 쉬운 대상이다. 공격자는 다음 그림 2와 같이 현장의 사물인터넷 어댑터나 통신 엑세스포인트에 물리적으로 접근하여 내부 네트워크에 물리적으로 접속을 시도할 수 있으며 정상적인 기기를 통해 접근함으로 기기 인증, 암호화 등의 보안 기능을 쉽게 무력화시킬 수 있다. 이를 통해, 비정상적인 패킷을 발생시키거나 통신 간 데이터를 도청하여 정보를 탈취할 수 있다. 이외에도, 물리적으로 기기를 훼손하거나 기기 상태를 변화시켜 관리 서버에서 정상적인 관리를 어렵게 할 수도 있다.

그림 2 물리적인 접근을 통한 공격 시나리오

Fig. 2 Attack Scenario through physical approach

5.2 무선 통신의 취약성을 이용한 공격 시나리오

전기안전관리 플랫폼의 사물인터넷 어댑터와 통신 엑세스포인트, 통신 엑세스포인트와 관리 서버 간의 통신은 주로 무선으로 이루어진다. 만약, 취약한 무선 프로토콜 및 인증절차를 이용하는 전기안전관리 플랫폼이 있고 공격자가 해당 전기안전관리 플랫폼의 무선 신호를 캡처하여 분석을 시도하는 상황이 발생한다면, 공격자는 무선 신호를 통해 전송되는 운영 및 제어정보를 확인할 수 있을 것이다. 이를 토대로 전기안전관리 플랫폼 내부 운영상황을 예측할 수 있으며 임의의 제어명령을 발생시켜 오작동을 유발할 수도 있다.

그림 3 무선 통신 취약점을 이용한 공격 시나리오

Fig. 3 Attack Scenario using vulnerabilities of the wireless communication

5.3 전기안전관리 플랫폼 관리 서버 공격 시나리오

전기안전관리 플랫폼 관리 서버는 주로 보안 시설 내부에 위치하며 업무영역과 제어영역이 각각의 망으로 분리되어 비교적 안전하다. 하지만, 시스템 유지보수나 패치, 자료 전달 등을 위해 USB와 같은 이동저장매체의 사용이 불가피하며 대부분 보안 심사를 거친 저장매체를 이용하지만 이러한 경우에도 내부의 파일이 안전하다고는 보장할 수 없다. 또한, 관리 서버를 관리하는 사람의 실수, 잘못된 보안 설정 등으로 인해 관리 서버가 외부로 노출되거나 공격을 제대로 탐지하지 못하는 등의 사고도 공격의 원인이 될 수 있다. 2010년 이란 원자력발전소에서 발생한 스턱스넥 공격은 USB를 통해 내부 원자력시설 관리 시스템에 스턱스넷 악성코드가 침입했다고 알려졌으며 내부 원심분리기의 오작동을 유발하는 등의 사고를 발생시켰다. 이와 마찬가지로 전기안전관리 플랫폼 관리 서버는 전체 전력 상황을 제어하는 역할을 하기 때문에 이러한 공격이 발생할 시 그 파급영향은 치명적일 수 있다.

그림 4 USB를 이용한 관리 서버 공격 시나리오

Fig. 4 Attack Scenario on management server with USB

6.1 전기안전관리 플랫폼 기기 보안 요구사항

6.2 전기안전관리 플랫폼 시스템 보안 요구사항

6.3 전기안전관리 플랫폼 네트워크 보안 요구사항

6.4 전기안전관리 플랫폼 관리적 보호조치

6.5 전기안전관리 플랫폼 물리적 보호조치

6.6 전기안전관리 플랫폼 기술적 보호조치