제4차 산업혁명을 기점으로 핵심기술들이 산업에 적용되어 각종 스마트 환경을 구축하기 시작하였다. 제조업의 스마트팩토리는 맞춤형 생산을 위한 광범위한 데이터의 수집과 제어를 실행할 수 있는 IIoT를 핵심기술로 적용하여 고품질 제품을 생산하게 되었다. 그러나, IIoT를 통하여 개방형으로 전환된 스마트팩토리의 네트워크 환경은 다양한 보안 위험에 노출되었다. 보안 침해에 따라 IIoT는 네트워크 망의 교란, 위변조된 IIoT의 사용 및 유지로 인하여 생산 제품, 생산 공정의 품질저하를 나타내었으며, 기업의 비즈니스에 신뢰성에 문제를 발생시킬 수 있다. 이에 따라 본 연구에서는 스마트팩토리 초기 구축 시 IIoT의 안전한 연결 및 활용을 위하여 스마트팩토리에 연결된 IIoT에 대한 실질성 확인과 무해화 환경 구축을 실행할 수 있는 방법으로 IIoT 연결 상황을 확인할 수 있는 연구를 실행하였다.
최근 산업 분야에서는 생산 효율성 향상 및 비용 절감을 위해서 저전력 프로세스와 네트워크 카드를 결합한 IIoT 장치를 산업 현장에 융합시킨 다양한 연구를 진행하고 있다. 본 논문에서는 산업 현장에 구축된 기반 시설에 IIoT 센서 정보를 부착하여 생산된 제품을 효율적으로 관리할 수 있는 처리 모델을 제안한다. 제안 모델은 IIoT에서 생산된 제품의 센싱 정보를 일정 간격으로 체크하여 비정상적으로 처리된 센싱 정보를 실시간으로 탐지하도록 생산 제품에 IIoT 데이터 수집, 전처리, 특성 생성 및 레이블을 사용하여 생산 데이터를 만든다. 특히, 제안 모델은 산업 현장에서 생산되는 제품 정보를 실시간으로 처리할 수 있도록 추적 및 모니터링을 수행하여 관리자가 손쉽게 IIoT 데이터를 손쉽게 처리할 수 있다. 또한, 기존 생산 환경을 기반으로 제안 모델을 운용하기 때문에 기존 시스템과의 연계가 원활하다.
각종 ICT 기술 혁신 및 디지털트랜스포메이션(Digital Transformation)에 의해 사물인터넷(Internet of Things : IoT) 환경이 점차 지능화, 분산화, 자동화된 서비스를 요구하고 있으며, 특히 통신네트워크(5G),데이터 분석 및 인공지능(AI), 디지털 트윈(Digital Twin) 기술이 접목되는 산업사물인터넷(Industrial IoT : IIoT)에서의 고도화되고 안정적인 스마트서비스 제공 환경이 요구되고 있다. 본 연구에서는 다양한 산업현장의 설비 장치와 센서 등 이기종 장치와의 유연한 연계와 신속하고 안정적인 데이터 수집 및 처리 등을 위한 IIoT Edge 미들웨어 시스템을 제안하였다.
최근 Industrial-IoT(IIoT) 솔루션은 2016년 기준 최대 55%를 차지하였고, 기술 혁신과 다양한 신규 비즈니스 모델이 개발되고 있다. 본 논문에서는 IIoT 디바이스를 다양한 환경에서 적용하고, 손쉽게 센서를 추가/변경/삭제하기 위해 블록형 IIoT 디바이스 연동이 가능한 온톨로지 시스템을 구현한다. 제안된 시스템은 IIoT 디바이스, 블록형 모듈과 온톨로지 서버로 구성되어있다. IIoT 디바이스에 블록형 모듈이 연결되면 온톨로지 서버를 통해 적합한 드라이버를 설치하고, 펌웨어를 다운로드한다. 블록이 추가/변경/삭제되어도 자동으로 업데이트가 가능하다. 실험을 통해 서버의 정상 구동과 소프트웨어의 업데이트 및 다운로드가 정상적으로 구현되는 것을 확인하였다.
산업용 사물 인터넷(IIoT)은 자원 관리 및 최적화, 신속성, 지속가능한 생산, 자동화 등의 특징으로 인해 다양한 산업분 야에서 활발하게 사용되고 있다. 수많은 IIoT 기기에서 발생된 데이터를 처리하는 것은 기존 중앙 처리 시스템에 큰 부담을 주게 된다. 이러한 데이터들의 효과적인 관리를 위해 데이터가 발생한 엣지 기기, 엣지 서버 등 로컬위치에서 실시간으로 프로세스를 실행하여 네트워크 대역폭 절약, 낮은 지연 시간 등 특징을 가진 엣지 컴퓨팅 기술을 사용한다. 하지만, 엣지 컴퓨팅 적용 시, 인터넷과 연결된 IIoT 기기 수 증가, 취약한 IIoT 기기, 분산된 환경으로 인해 공격 표면 확장되어 엣지 컴퓨팅 환경에서의 새로운 보안 위협이 발생할 수 있다. 이에 본 논문에서는 IIoT 및 엣지 컴퓨팅 정의, 아키텍처, 각 산업분야별 적용한 사례에 대해 살펴보고, 엣지 컴퓨팅에서 발생 가능한 보안 위협을 분석하였다. 또한, 엣지 컴퓨팅 기반 IIoT에 대한 각 산업 분야별 보안 연구 동향에 대해서 분석하였다.
스마트 팩토리의 중요성이 강조됨에 따라, 스마트 팩토리 구축을 위해 산업용 Ethernet 기반 장치의 활용이 증가할 것으로 전망되고 있다. PROFINET은 SIEMENS사에서 개발한 산업용 이더넷 프로토콜이며, 현재 다수의 스마트 팩토리가 PROFINET 기반 제품으로 구축되고 있는 실정이다. 이에 따라 산업용 사물인터넷(Industrial IoT) 기반의 다양한 서비스 개발 및 활용을 위해 PROFINET 기반의 제조 장비에서 각종 센서 데이터 및 정보를 수집하여 엣지 컴퓨터로 데이터를 전송할 수 있는 IIoT 디바이스가 필요하며, IIoT의 주요 메시징 프로토콜인 MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)를 활용한 데이터 수집 IIoT 디바이스 개발 방안을 제시하고자 한다.
64비트 블록암호 IIoTBC는 산업용 IoT 기기의 보안을 목적으로 설계된 암호 알고리즘으로써 128비트의 비밀키를 사용한다. IIoTBC는 IoT에 사용되는 MCU 크기가 8비트인지 16비트인지에 따라 암호화 방식이 달라진다. 본 논문에서는 MCU의 크기가 8비트인 경우 IIoTBC에 대한 차분공격을 다룬다. IIoTBC의 14-라운드의 차분특성을 이용하여 전체 32-라운드 중 15-라운드를 공격한다. 이때 필요한 선택평문과 암호화 연산은 각각 257과 2122.4이다. 본 논문에서 제시한 차분특성은 기존 13-라운드 불능차분 특성보다 긴 라운드를 가지며, 이를 이용한 공격은 IIoTBC에 대한 첫 키복구 공격 결과이다.
산업사물인터넷(IIoT)은 사물인터넷(IoT)과 같이 기존의 여러 ICT 기술들과 무선센서네트워크 및 다양한 통신 기술들이 산업제어시스템에 적용된 것을 의미한다. IIoT는 일반적인 상용 IoT와 많은 부분 공통점과 그 기반 기술에 있어서의 동일한 성격을 가지지만 적용 대상 환경에 있어 차이를 가지고 있기 때문에 산업제어영역에서 IoT기술을 도입하기 위해서는 추가적으로 고려해야할 사항들이 존재한다. 본 논문에서는 IoT와 IIoT에 대하여 간단히 설명하고 IIoT 환경의 특수성에 대해서 다룬다. 그 후 상용 IoT에서 발생한 보안 사고관련 사례들을 살펴보고 산업제어영역에서 사이버보안 사고 발생시 그 피해 규모를 살펴본다. 그리고 IIoT를 도입하면서 보안관점에서 필요한 사항들에 대해 서술하였다.
산업용 IoT (IIoT)는 최근들어 제조 시스템의 중요한 구성 요소로 간주된다. IIoT를 통해 시설에서 감지된 데이터를 수집하여 작동 조건을 적절하게 분석하고 처리한다. 여기서 비정상적인 데이터는 전체 시스템의 안전성 및 생산성을 위해 신속하게 탐지되어야한다. 기존 임계 값 기반 방법은 임계 값 미만의 유휴 오류 또는 비정상적인 동작을 감지 할 수 없으므로 IIoT에 적합하지 않다. 본 논문에서는 예측 구간과 우선 순위기반 스케줄링을 이용한 분할 선형 회귀 분석을 기반으로 비정상적인 데이터를 검출하는 새로운 방법을 제안한다. 시뮬레이션 결과 제안한 기법은 비정상적인 데이터 검출 속도에서 임계치, 일반 선형 회귀 또는 FCFS 정책을 사용하는 기존의 기법보다 우수함을 알 수 있었다.
OT와 IT가 접목된 스마트공장은 외부망과의 접점이 증가함에 따라 많은 공격자들의 타깃이 되고 있다. 특히, 스마트공장의 가장 많은 공격 경로인 IIoT 기기는 제조 설비에 대한 제어권을 가짐에 따라 작업자의 안전과 생산성에 직접적인 영향을 미쳐 보안 위협 발생 시에 위험도가 높다. 따라서, 스마트공장에서 IIoT를 안전하게 운용하기 위한 보안 표준 마련이 필요하다. 본 논문에서는 주요 국제표준화 기구 및 단체인 IEC, IIC, ITU-T의 표준 문서를 분석함으로써 IIoT 관점에서 스마트공장 보안을 위해 수행되고 있는 국제 표준화 동향을 분석한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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