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[대중문화와 사이버 개념 이해] 18화. 사이버 공간과 상대성 이론
  |  입력 : 2017-10-16 17:20
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영화 '인터스텔라'를 통해 바라본 사이버-물리 체계 이해

[보안뉴스= 이민우 사이버개념연구회2.0/국군사이버사령부] 제5의 공간으로 불리는 사이버 공간. 이 사이버 공간을 이루고 있는 것은 인간이 만든 컴퓨터와 네트워크 기술이다. 이 사이버 공간과 인간이 살고 있는 물리 공간이 어우러지는 모습이 대중문화 속에 나타나 있다.

▲ 영화 ’인터스텔라 포스터(좌), 시계를 비교하는 아빠와 딸(우)[출처=구글]


이러한 대중문화들은 철학적 배경 또는 과학적 이론을 기본으로 만들어지고 있어 더 재미있다. 이번에는 사이버 공간과 물리 공간의 결합을 설명하기 위해 ‘아인슈타인의 상대성 이론’을 바탕으로 만든 영화 ‘인터스텔라’를 통해 물리 공간이 사이버 공간에 미치는 영향을 이해해보고자 한다.

현실감 있는 과학적 이론을 바탕으로 이야기하는 사이버 관련 대중문화물
인간이 활동하는 물리 공간인 땅, 바다, 하늘, 우주에 이어 사이버 공간을 제5의 공간으로 부른다. 이들 공간들은 가로, 세로, 높이로 나타낼 수 있기에 3차원 공간이라고도 한다. 그런데 여기에 시간을 변수로 추가하게 되면 4차원 공간이 된다. 그런데 이 시간이라는 것이 중력에 의해 왜곡될 수도 있다. 이것은 아인슈타인의 ‘상대성 이론’으로 설명된다. 중력에 의한 시간의 왜곡 현상을 바탕으로 시공간을 초월하는 아빠와 딸의 사랑을 이야기하는 영화가 ‘인터스텔라(Interstellar)’이다.

우리가 알고 있는 상대성 이론은 ‘특수 상대성 이론’과 ‘일반 상대성 이론’으로 구분된다. 이 중 특수 상대성 이론은 어떤 물체의 이동 속도가 빛의 속도에 가까워질수록 그 물체의 시간은 느려진다는 것이다. 이것을 일반화한 일반 상대성 이론은 물체의 속도 개념을 중력 가속도로 확장한 것으로, 어떤 물체에 미치는 중력이 약할수록 시간은 빨라진다는 것이다. 이러한 과학적 이론을 바탕으로 이야기를 묘사하기에 이 영화는 매우 현실적으로 다가온다.

‘인터스텔라’ 통해 사이버-물리 공간의 연결 고리를 이해할 수 있다
이 영화에서는 지구에 있는 딸의 시간과 아주 먼 우주에 있는 아빠의 시간이 서로 달라지는데, 영화 후반부에서는 아빠보다 더 나이가 들어버린 딸이 아빠와 재회하는 장면이 나온다. 이들의 재회가 가능했던 이유는, 주인공 쿠퍼가 인류를 구하기 위해 그리고 사랑하는 딸과의 약속을 지키기 위해 시공간을 초월하는 소통 수단을 찾았기 때문이다. 그는 중력을 이용하여 손목시계의 바늘을 움직임으로써 정보를 전달한다. 이 정보를 통해 쿠퍼의 딸 머피는 중력 방정식을 완성하게 되어 인류를 구하고 결국 아빠와 재회하게 된 것이다.

서로 다른 공간을 이어주는 것은 바로 소통 수단이다. 사이버 공간이 존재하는 이유도 물리 공간을 이어주는 소통 수단이 제공되기 때문이다. 다시 말해 인간이 만든 컴퓨터와 네트워크 기술로 이뤄져 있는 사이버 공간은 물리 공간의 한계를 극복하고자 하는 인간의 욕망에서 발현된 것이다.

그런데 재미있는 사실은 영화 ‘인터스텔라’에서 중력이 소통 수단의 중요한 역할을 한 것처럼 사이버 공간에서도 중력이 중요한 역할을 한다는 것이다. 즉, 사이버-물리 공간은 전혀 별개의 공간이 아니며 중력으로 연결 고리를 이해할 수도 있다. 왜냐하면, 사이버 공간을 이루는 컴퓨터, 네트워크 기술은 정확한 시간을 필요로 하며, 이 시간은 앞서 살펴보았듯이 중력의 영향을 받기 때문이다.

사이버 공간 역시 시간과 중력의 영향을 받는다
사이버 공간은 컴퓨터와 네트워크로 구성되어 있는데, 컴퓨터와 네트워크는 데이터 통신을 위한 기반체계이다. 그런데 컴퓨터와 네트워크를 잘 사용하기 위해서는 정확한 시간 정보(타이밍)가 필요하다. 왜냐하면 디지털화된 정보를 송신자와 수신자가 정확하게 주고받기 위해서는 언제 보내고 언제 받는지 알아야 하기 때문이다.

이러한 현상은 우리가 생활 속에서도 알 수 있다. 스마트폰 하나만 보더라도, 내부의 전자 부품 간의 시간을 제어하기 위한 클럭(Clock)이라 불리는 시간 제어 장치가 있고, 외부로는 정확한 시간을 맞추는데 필요한 GPS 신호가 있다. 이처럼 사이버-물리 공간은 시간의 영향을 받고 있는 것이다.

여기에서 GPS(위성항법장치) 위성을 생각해 보자. GPS 위성은 위치, 항법, 시간 정보를 제공하는 체계인데, GPS는 전 세계의 컴퓨터 네트워크를 하나로 묶어주는데 중요한 역할을 하고 있다. 이 중에서 시간 정보가 컴퓨터 네트워크에서 중요하게 사용되기 때문이다.

▲ 이민우 사이버개념연구회 2.0
국군사이버사령부

정밀한 원자시계가 내장되어 있는 GPS 위성은 우주 공간에 있기 때문에 일반 상대성 이론 뿐만 아니라 특수 상대성 이론을 적용 받는다. 첫째, 특수 상대성 이론에 따라 GPS 위성은 지구의 자전 속도(약 초속 0.4 km) 보다 빠른 초속 4km로 지구 주변을 돌고 있기 때문에 GPS 위성에 내장되어 있는 원자시계의 시간은 지구보다 하루에 7.1μs 느려진다. 둘째, 일반 상대성 이론에 따라 GPS 위성은 지구 중심으로부터 약 2만km의 우주 상공에 있기 때문에 지상보다 중력이 상대적으로 약해서 지구 보다 하루에 약 45.7μs 빨라진다.

속도 때문에 느려진 시간과 중력 때문에 빨라진 시간을 가감하면 GPS 위성에 내장되어 있는 원자시계는 하루에 약 38.6μs 만큼 빨라진다. 속도보다 중력에 의한 영향이 더 크다는 것이다. 하지만 이러한 시간 차이는 GPS 위성 통제국과 GPS 수신기에서 보정된다.

사이버 공간이 컴퓨터 네트워크를 소통 수단으로 전 세계를 하나로 이을 수 있는 것은 이러한 GPS 위성의 역할이 있기 때문이다. 이 때문에 사이버-물리 공간이 시간과 중력의 영향을 받는다고 보는 것이다.

사이버-물리 체계(Cyber-Physical System) 보안에 대한 연구가 필요하다
사이버 공간과 물리 공간의 결합 정도는 점차 강해질 것이다. 앞서 살펴본 GPS만 하더라도 GPS가 네트워크 중심의 사이버 공간 미치는 영향은 점차 커지고 있다.

네트워크 뿐 아니라 4차 산업의 핵심 기술인 ICBM(IoT, Cloud, Big Data, Mobile)도 정밀한 시간 정보가 필요하다. 이 때문에 물리 공간의 GPS 신호 교란(Jamming) 공격은 네비게이션 서비스의 불편함을 뛰어넘어 사이버 공간에 치명적인 위협이 될 수 있는 이유가 여기에 있다. 따라서 사이버-물리 체계(Cyber-Physical System)에 대한 사이버 보안 관심이 높아져야 할 것이다.
[글_ 이민우, 사이버개념연구회2.0/국군사이버사령부]

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