특화망, 5G에서 제공하는 초고속·초저지연·초연결 특성을 특정 기관이 독점적으로 누릴 수 있어
일본·독일·영국 등 국가는 2019년부터, 우리나라는 2021년부터 제도적 기반 마련하고 활발하게 도입
[보안뉴스= 유일선 한국정보보호학회 6G보안연구회 위원장] 기존 이동통신보다 특정 건물 또는 토지에 한정적으로 5G 네트워크를 공급하는 5G특화망(이하 특화망) 서비스는 2021년 과기정통부의 특화망 정책 방안 수립 및 특화망 주파수 공급방안을 통해 시작됐다.
특화망에서는 5G에서 제공하는 초고속·초저지연·초연결 특성을 특정 기관이 독점적으로 누릴 수 있다. 또한 공용망과는 분리된 주파수 대역, 그리고 별도의 기지국을 활용해 높은 보안성을 받는다. 이러한 장점 때문에 국내외 다양한 분야에서 특화망 도입을 시도하고 있다. 특히 일본, 독일, 영국 등의 국가들은 2019년부터 특화망 전용 주파수를 공급해 활발하게 특화망의 활용 분야를 늘리고 있으며, 국내에서는 2021년부터 특화망 서비스를 시행하기 위한 제도적 기반이 마련됐고 그 이후로 공공·민간 분야에서 활발하게 도입되고 있다.
특화망은 스마트 공장과 같은 제조업뿐만 아니라 문화·예술, 에너지, 교육, 의료, 보안, 스마트 시티, 건설, 관광, 교통 등 다양한 분야에서 적용할 수 있다. 특히 로봇과 같이 이동 범위가 넓고 이동통신망에서 지원하는 핸드오버와 같은 이동성이 요구되어 Wi-Fi는 사용이 불가하고, 기존에 5G 공용망은 보안 위협에 따라 사용이 제한적이어서 확장성이 요구되어 유선랜 사용이 불가능한 상황에서 특화망 도입이 활발히 논의되고 있다. 이와 더불어 특화망 구축 유형 및 이에 따른 보안 요구사항 또한 활발하게 연구되고 있다.
특화망 구축 유형 및 유형별 보안
특화망 구축 유형은 ①기업 자가구축형 ②특화망 사업자 자가구축형 ③5G Core CP 공유형 ④5G Core 전체 공유형 등 4가지 시나리오가 있다.
①기업 자가구축형은 특화망 도입 기업이 소유한 무선망과 코어망을 사용해 특화망을 구축하는 방식이다. 단말과 코어, 그리고 응용 서버간 물리적인 거리가 가까워서 네트워크 지연이 수 ms 이내이기 때문에, 초저지연 응용서비스 구현이 가능하고, 자가 구축된 내부망이 물리적으로 외부와 분리되어 있어 특화망 구축 유형 중 가장 높은 수준의 보안을 제공한다. 다만 자가구축 및 유지보수를 위한 상주 인력 비용 등과 같이 가장 높은 수준의 비용이 필요하다.
②특화망 사업자 자가구축형은 구축의 주체만 다를 뿐 기업 자가구축형과 유사하다. 유지보수를 위한 일부 기능만 외부 특화망 사업자 클라우드와 연결되어 있다. 코어와 데이터 트래픽에 대한 UPF가 내부에 있어 데이터 보안의 측면은 우수하나 유지보수를 위해 특화망 사업자의 클라우드와 연결된 기능이 있어 이를 통한 보안 위협은 일부 존재한다. 특화망 사업자의 상품 비용에 따라 구축비용은 달라질 수 있으나 데이터 트래픽에 대한 부분만 사업장 내부에 있고, 전문가의 영역인 일부 유지보수 기능의 경우 특화망 사업자의 서비스를 사용하기에 상주 인력 비용 측면에서 기업 자가구축형보다는 절감된다.
③5G Core CP 공유형은 특화망 사업자의 클라우드를 일부 공유하는 형태다. 5G Core CP 공유형에서 특화망 도입 기업 환경에는 UPF, MEC가 존재하고, 특화망 사업자의 클라우드에 코어망의 CP(Control Plain)가 위치한다. 도입 기업 내의 데이터 트래픽은 모두 내부에 있는 UPF를 통해 MEC에 저장되며, 인증 및 기기 프로필 관리 등과 같은 작업들은 특화망 사업자 클라우드에 위치한 CP를 통해 이루어진다.
④5G Core 전체 공유형은 기지국 이외의 모든 기능을 특화망 사업자의 클라우드에 의존하는 것이다. 전용 기지국을 사용하므로 이에 따른 보안상 이점은 있으나 특화망 사업자의 클라우드를 사용하므로 로봇제어와 같이 초저지연이 중요한 분야에서는 사용하기 어렵다. 코어망에 대한 모든 유지보수를 특화망 사업자에게 의존하므로 유지보수에 대한 부담이 적으며, 유지보수 인력의 미숙에 따른 보안 위협 확률은 적다고 볼 수 있다.
위 4가지 유형을 기반으로 국내외 다양한 공공 및 민간 기관에서 특화망 도입에 대한 움직임이 활발하게 이루어지고 있다.
특화망 구간별 보안 위협 및 보안 고려사항
특화망 산업이 확대되고, 더욱 다양한 산업 분야에 특화망이 적용됨에 따라 특화망 보안의 중요성 또한 함께 늘어나고 있다. 특화망은 기존 5G 공용망과 분리되어 보안성에 우위가 있다. 그러나 완벽한 보안은 아니기에 지속적인 모니터링 및 유지보수가 요구된다.
특화망에서 보안 위협은 대표적으로 4개의 구간에서 발생할 수 있다. 디바이스, RAN, 코어망, MEC 구간이다. 첫 번째 구간은 단말을 통해 네트워크에 접속하고, 데이터를 전송하는 디바이스 구간이다. 특화망에서 단말은 단순 스마트폰뿐만 아니라 센서, 로봇 등 다양한 IoT 기기가 포함된다. 해당 구간에서는 기기의 취약점을 활용한 위협이 존재한다.
두 번째 구간은 RAN 구간이다. RAN 구간은 다양한 형태(매크로셀, 마이크로셀, 펨토셀 등)의 기지국 장비들로 구성되며 단말과는 무선으로 연결되고 코어망과는 유선으로 연결된다. 해당 구간은 디바이스와 코어망을 연결하는 구간으로 해당 구간에서의 공격은 특히 해당 네트워크의 QoS에 영향을 미친다. 이에 안정적인 네트워크 환경을 위해 RAN 구간에 대한 관리가 요구된다.
세 번째 구간은 디바이스가 네트워크에 접속하기 이전에 인증하여 정당한 디바이스만 기능을 사용할 수 있도록 하며, 네트워크 전반에 대한 모니터링 및 운영을 위한 기능들이 수행되는 구간이다. 이에 다양한 보안 위협이 존재하며 이에 대응할 수 있도록 적절한 운용 기술이 요구된다.
네 번째 구간은 MEC 구간이다. MEC는 코어망의 UPF를 통해 접속할 수 있는 애플리케이션 서버다. MEC는 코어망의 일부분으로 특화망에서 애플리케이션 서버를 디바이스와 물리적으로 근접하게 해 물리적인 거리 때문에 발생하는 지연시간을 최소화하는 역할을 한다. 초저지연이라는 특화망의 핵심 이점을 제공하는 기능 중 하나이며, 특화망 내부에서 수집된 모든 데이터의 저장 및 처리하는 핵심 요소임에 다양한 공격의 타깃이 된다.
보안 위협들에는 특화망 내부의 민감한 데이터를 유출하는 것부터 특화망 시스템 전체를 위협할 수 있는 공격까지 존재한다. 이러한 공격들을 방어하는 수단으로는 두 가지 전략을 취할 수 있다. 하나는 적절한 보안 가이드라인을 통해 특화망 사업자 및 수혜 기관의 특화망 관리자가 적절할 보안수준을 유지하도록 하는 것이다. 특화망은 시장이 형성된 지 오래되지 않아 전문 인력이 부족하고, 특화망을 도입하는 소규모 생산시설의 경우 전문 인력을 배치하기 어려울 수 있으므로 보안 지침 및 고려사항과 같은 정책적 가이드가 이러한 부분을 보완할 수 있다. 두 번째는 적극적인 보안기술 개발 및 도입을 통해 보안 강도를 높이는 것이다.
보안 고려사항 및 가이드라인을 통해 통상적인 환경에서의 보안을 일정 수준으로 유지할 수 있다. 다만 이러한 가이드라인은 공격자의 다양한 공격패턴에 모두 대응하기 어렵다. 이에 다양한 특화망에서 사용 가능한 보안기술을 통해 공격자의 공격을 방어하고, 피해를 최소화하며, 피해를 빠르게 복구할 수 있도록 해야 한다. 특화망에서 이를 도울 수 있는 기술을 다음과 같다.
1. 네트워크 슬라이싱(Network Slicing) : 5G 특화망의 핵심기술 중 하나다. 네트워크 슬라이싱은 하나의 물리적 네트워크를 다수의 가상 네트워크로 분리, 각 가상 네트워크가 서로 독립적으로 작동하도록 하게 한다. 이를 통해 기업이나 기관은 네트워크 자원을 분할·격리해 서비스별로 해당 자원을 할당해 준다. 안정적인 서비스 환경을 구축할 뿐 아니라 서비스별로 격리된 네트워크 자원에 접근하므로 공격 피해를 최소화할 수 있다.
2. 제로 트러스트 아키텍처(Zero Trust Architecture) : 제로 트러스트 아키텍처는 5G 특화망 보안의 주요 접근 방식 중 하나로, 네트워크 내부와 외부를 가리지 않고 모든 접속을 신뢰하지 않는다는 원칙에 기반한다. 사용자나 기기, 서비스가 네트워크에 접근할 때마다 인증과 검증 과정을 거치며, 최소한의 권한만을 부여하는 방식으로 보안성을 강화한다. 이는 특히 다양한 IoT 기기와 여러 사용자가 접속하는 5G 환경에서 효과적이다.
3. AI 기반 보안 위협 탐지 : AI와 머신러닝 기술은 5G 특화망 보안에서 중요한 역할을 하고 있다. AI 기반 보안 위협 탐지 기술은 비정상적인 네트워크 활동을 실시간으로 감지하고, 이를 분석하여 잠재적인 보안 위협을 사전에 차단한다. 특히, 대규모 네트워크 트래픽을 분석하고 패턴을 인식하는 데 유용하며, 제로데이 어택과 같은 새로운 형태의 사이버 공격에 빠르게 대응할 수 있는 능력을 제공한다.
5G 특화망을 통해서 클라우드, AI 등 다양한 기술을 산업현장에 활용해 스마트 팩토리, 즉 Industry 4.0을 실현할 수 있다. 산업현장에서의 다양한 요구사항을 만족하기 위해 특화망은 여러 형태로 구축할 수 있는데, 특화망을 도입하는 기업은 해당 기업의 요구사항에 부합하는 구축 형태를 선정해 구축한다.
이와 더불어 안정적인 특화망 환경을 유지하기 위해 구축한 형태에 따른 적절한 보안 조치 및 유지보수를 꾸준히 시행해야 하며, 이를 위한 전문인력을 배치하는 것이 요구된다. 이러한 전문인력 배치에 대한 부담은 소규모 생산시설일수록 크며, 이는 특화망 서비스의 확산에 제약으로 작용한다. 이에 안정적인 특화망 서비스의 발전을 위해 다양한 특화망의 구축 형태를 반영한 발전된 보안 지침 또는 가이드라인과 같은 정책적 가이드가 요구된다. 이러한 조치는 전반적인 특화망 서비스 도입 현장에 일정 수준의 보안을 유지하는 작용을 한다.
다만 특화망 서비스가 확산됨에 따라 능동적인 공격자들이 늘어나고, 이에 따라 제로데이 어택과 같은 공격이 발생하는 경우 기존의 가이드라인으로는 대응하기 어려울 수 있다. 이에 특화망 환경에서 공격자의 공격을 탐지하고, 피해를 최소화하며, 피해를 빠르게 복구할 수 있도록 하는 네트워크 슬라이싱, 제로 트러스트 아키텍처, AI 기반 보안 위협 탐지 등의 최신 기술들을 적극 개발하고 도입해야 할 필요가 있다. 특화망 서비스는 단순 5G를 넘어 Industry4.0 및 6G 등을 준비하는 핵심기술이며, 안정적인 서비스의 확장을 위해서는 다변화되는 보안 위협에 대응할 수 있는 기술의 적극적인 연구개발이 필요하다.
[글_ 유일선 한국정보보호학회 6G보안연구회 위원장/국민대 정보보안암호수학과 교수]
일본·독일·영국 등 국가는 2019년부터, 우리나라는 2021년부터 제도적 기반 마련하고 활발하게 도입
[보안뉴스= 유일선 한국정보보호학회 6G보안연구회 위원장] 기존 이동통신보다 특정 건물 또는 토지에 한정적으로 5G 네트워크를 공급하는 5G특화망(이하 특화망) 서비스는 2021년 과기정통부의 특화망 정책 방안 수립 및 특화망 주파수 공급방안을 통해 시작됐다.
특화망에서는 5G에서 제공하는 초고속·초저지연·초연결 특성을 특정 기관이 독점적으로 누릴 수 있다. 또한 공용망과는 분리된 주파수 대역, 그리고 별도의 기지국을 활용해 높은 보안성을 받는다. 이러한 장점 때문에 국내외 다양한 분야에서 특화망 도입을 시도하고 있다. 특히 일본, 독일, 영국 등의 국가들은 2019년부터 특화망 전용 주파수를 공급해 활발하게 특화망의 활용 분야를 늘리고 있으며, 국내에서는 2021년부터 특화망 서비스를 시행하기 위한 제도적 기반이 마련됐고 그 이후로 공공·민간 분야에서 활발하게 도입되고 있다.
[이미지=gettyimagebank]
특화망은 스마트 공장과 같은 제조업뿐만 아니라 문화·예술, 에너지, 교육, 의료, 보안, 스마트 시티, 건설, 관광, 교통 등 다양한 분야에서 적용할 수 있다. 특히 로봇과 같이 이동 범위가 넓고 이동통신망에서 지원하는 핸드오버와 같은 이동성이 요구되어 Wi-Fi는 사용이 불가하고, 기존에 5G 공용망은 보안 위협에 따라 사용이 제한적이어서 확장성이 요구되어 유선랜 사용이 불가능한 상황에서 특화망 도입이 활발히 논의되고 있다. 이와 더불어 특화망 구축 유형 및 이에 따른 보안 요구사항 또한 활발하게 연구되고 있다.
특화망 구축 유형 및 유형별 보안
특화망 구축 유형은 ①기업 자가구축형 ②특화망 사업자 자가구축형 ③5G Core CP 공유형 ④5G Core 전체 공유형 등 4가지 시나리오가 있다.
①기업 자가구축형은 특화망 도입 기업이 소유한 무선망과 코어망을 사용해 특화망을 구축하는 방식이다. 단말과 코어, 그리고 응용 서버간 물리적인 거리가 가까워서 네트워크 지연이 수 ms 이내이기 때문에, 초저지연 응용서비스 구현이 가능하고, 자가 구축된 내부망이 물리적으로 외부와 분리되어 있어 특화망 구축 유형 중 가장 높은 수준의 보안을 제공한다. 다만 자가구축 및 유지보수를 위한 상주 인력 비용 등과 같이 가장 높은 수준의 비용이 필요하다.
②특화망 사업자 자가구축형은 구축의 주체만 다를 뿐 기업 자가구축형과 유사하다. 유지보수를 위한 일부 기능만 외부 특화망 사업자 클라우드와 연결되어 있다. 코어와 데이터 트래픽에 대한 UPF가 내부에 있어 데이터 보안의 측면은 우수하나 유지보수를 위해 특화망 사업자의 클라우드와 연결된 기능이 있어 이를 통한 보안 위협은 일부 존재한다. 특화망 사업자의 상품 비용에 따라 구축비용은 달라질 수 있으나 데이터 트래픽에 대한 부분만 사업장 내부에 있고, 전문가의 영역인 일부 유지보수 기능의 경우 특화망 사업자의 서비스를 사용하기에 상주 인력 비용 측면에서 기업 자가구축형보다는 절감된다.
③5G Core CP 공유형은 특화망 사업자의 클라우드를 일부 공유하는 형태다. 5G Core CP 공유형에서 특화망 도입 기업 환경에는 UPF, MEC가 존재하고, 특화망 사업자의 클라우드에 코어망의 CP(Control Plain)가 위치한다. 도입 기업 내의 데이터 트래픽은 모두 내부에 있는 UPF를 통해 MEC에 저장되며, 인증 및 기기 프로필 관리 등과 같은 작업들은 특화망 사업자 클라우드에 위치한 CP를 통해 이루어진다.
④5G Core 전체 공유형은 기지국 이외의 모든 기능을 특화망 사업자의 클라우드에 의존하는 것이다. 전용 기지국을 사용하므로 이에 따른 보안상 이점은 있으나 특화망 사업자의 클라우드를 사용하므로 로봇제어와 같이 초저지연이 중요한 분야에서는 사용하기 어렵다. 코어망에 대한 모든 유지보수를 특화망 사업자에게 의존하므로 유지보수에 대한 부담이 적으며, 유지보수 인력의 미숙에 따른 보안 위협 확률은 적다고 볼 수 있다.
위 4가지 유형을 기반으로 국내외 다양한 공공 및 민간 기관에서 특화망 도입에 대한 움직임이 활발하게 이루어지고 있다.
특화망 구간별 보안 위협 및 보안 고려사항
특화망 산업이 확대되고, 더욱 다양한 산업 분야에 특화망이 적용됨에 따라 특화망 보안의 중요성 또한 함께 늘어나고 있다. 특화망은 기존 5G 공용망과 분리되어 보안성에 우위가 있다. 그러나 완벽한 보안은 아니기에 지속적인 모니터링 및 유지보수가 요구된다.
특화망에서 보안 위협은 대표적으로 4개의 구간에서 발생할 수 있다. 디바이스, RAN, 코어망, MEC 구간이다. 첫 번째 구간은 단말을 통해 네트워크에 접속하고, 데이터를 전송하는 디바이스 구간이다. 특화망에서 단말은 단순 스마트폰뿐만 아니라 센서, 로봇 등 다양한 IoT 기기가 포함된다. 해당 구간에서는 기기의 취약점을 활용한 위협이 존재한다.
두 번째 구간은 RAN 구간이다. RAN 구간은 다양한 형태(매크로셀, 마이크로셀, 펨토셀 등)의 기지국 장비들로 구성되며 단말과는 무선으로 연결되고 코어망과는 유선으로 연결된다. 해당 구간은 디바이스와 코어망을 연결하는 구간으로 해당 구간에서의 공격은 특히 해당 네트워크의 QoS에 영향을 미친다. 이에 안정적인 네트워크 환경을 위해 RAN 구간에 대한 관리가 요구된다.
세 번째 구간은 디바이스가 네트워크에 접속하기 이전에 인증하여 정당한 디바이스만 기능을 사용할 수 있도록 하며, 네트워크 전반에 대한 모니터링 및 운영을 위한 기능들이 수행되는 구간이다. 이에 다양한 보안 위협이 존재하며 이에 대응할 수 있도록 적절한 운용 기술이 요구된다.
네 번째 구간은 MEC 구간이다. MEC는 코어망의 UPF를 통해 접속할 수 있는 애플리케이션 서버다. MEC는 코어망의 일부분으로 특화망에서 애플리케이션 서버를 디바이스와 물리적으로 근접하게 해 물리적인 거리 때문에 발생하는 지연시간을 최소화하는 역할을 한다. 초저지연이라는 특화망의 핵심 이점을 제공하는 기능 중 하나이며, 특화망 내부에서 수집된 모든 데이터의 저장 및 처리하는 핵심 요소임에 다양한 공격의 타깃이 된다.
보안 위협들에는 특화망 내부의 민감한 데이터를 유출하는 것부터 특화망 시스템 전체를 위협할 수 있는 공격까지 존재한다. 이러한 공격들을 방어하는 수단으로는 두 가지 전략을 취할 수 있다. 하나는 적절한 보안 가이드라인을 통해 특화망 사업자 및 수혜 기관의 특화망 관리자가 적절할 보안수준을 유지하도록 하는 것이다. 특화망은 시장이 형성된 지 오래되지 않아 전문 인력이 부족하고, 특화망을 도입하는 소규모 생산시설의 경우 전문 인력을 배치하기 어려울 수 있으므로 보안 지침 및 고려사항과 같은 정책적 가이드가 이러한 부분을 보완할 수 있다. 두 번째는 적극적인 보안기술 개발 및 도입을 통해 보안 강도를 높이는 것이다.
보안 고려사항 및 가이드라인을 통해 통상적인 환경에서의 보안을 일정 수준으로 유지할 수 있다. 다만 이러한 가이드라인은 공격자의 다양한 공격패턴에 모두 대응하기 어렵다. 이에 다양한 특화망에서 사용 가능한 보안기술을 통해 공격자의 공격을 방어하고, 피해를 최소화하며, 피해를 빠르게 복구할 수 있도록 해야 한다. 특화망에서 이를 도울 수 있는 기술을 다음과 같다.
1. 네트워크 슬라이싱(Network Slicing) : 5G 특화망의 핵심기술 중 하나다. 네트워크 슬라이싱은 하나의 물리적 네트워크를 다수의 가상 네트워크로 분리, 각 가상 네트워크가 서로 독립적으로 작동하도록 하게 한다. 이를 통해 기업이나 기관은 네트워크 자원을 분할·격리해 서비스별로 해당 자원을 할당해 준다. 안정적인 서비스 환경을 구축할 뿐 아니라 서비스별로 격리된 네트워크 자원에 접근하므로 공격 피해를 최소화할 수 있다.
2. 제로 트러스트 아키텍처(Zero Trust Architecture) : 제로 트러스트 아키텍처는 5G 특화망 보안의 주요 접근 방식 중 하나로, 네트워크 내부와 외부를 가리지 않고 모든 접속을 신뢰하지 않는다는 원칙에 기반한다. 사용자나 기기, 서비스가 네트워크에 접근할 때마다 인증과 검증 과정을 거치며, 최소한의 권한만을 부여하는 방식으로 보안성을 강화한다. 이는 특히 다양한 IoT 기기와 여러 사용자가 접속하는 5G 환경에서 효과적이다.
3. AI 기반 보안 위협 탐지 : AI와 머신러닝 기술은 5G 특화망 보안에서 중요한 역할을 하고 있다. AI 기반 보안 위협 탐지 기술은 비정상적인 네트워크 활동을 실시간으로 감지하고, 이를 분석하여 잠재적인 보안 위협을 사전에 차단한다. 특히, 대규모 네트워크 트래픽을 분석하고 패턴을 인식하는 데 유용하며, 제로데이 어택과 같은 새로운 형태의 사이버 공격에 빠르게 대응할 수 있는 능력을 제공한다.
▲유일선 한국정보보호학회 6G보안연구회 위원장[사진=보안뉴스]
이와 더불어 안정적인 특화망 환경을 유지하기 위해 구축한 형태에 따른 적절한 보안 조치 및 유지보수를 꾸준히 시행해야 하며, 이를 위한 전문인력을 배치하는 것이 요구된다. 이러한 전문인력 배치에 대한 부담은 소규모 생산시설일수록 크며, 이는 특화망 서비스의 확산에 제약으로 작용한다. 이에 안정적인 특화망 서비스의 발전을 위해 다양한 특화망의 구축 형태를 반영한 발전된 보안 지침 또는 가이드라인과 같은 정책적 가이드가 요구된다. 이러한 조치는 전반적인 특화망 서비스 도입 현장에 일정 수준의 보안을 유지하는 작용을 한다.
다만 특화망 서비스가 확산됨에 따라 능동적인 공격자들이 늘어나고, 이에 따라 제로데이 어택과 같은 공격이 발생하는 경우 기존의 가이드라인으로는 대응하기 어려울 수 있다. 이에 특화망 환경에서 공격자의 공격을 탐지하고, 피해를 최소화하며, 피해를 빠르게 복구할 수 있도록 하는 네트워크 슬라이싱, 제로 트러스트 아키텍처, AI 기반 보안 위협 탐지 등의 최신 기술들을 적극 개발하고 도입해야 할 필요가 있다. 특화망 서비스는 단순 5G를 넘어 Industry4.0 및 6G 등을 준비하는 핵심기술이며, 안정적인 서비스의 확장을 위해서는 다변화되는 보안 위협에 대응할 수 있는 기술의 적극적인 연구개발이 필요하다.
[글_ 유일선 한국정보보호학회 6G보안연구회 위원장/국민대 정보보안암호수학과 교수]
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원병철기자 기사보기
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