산업용 사물 인터넷과 네트워크 보안
소개
최근 몇 년간 네트워크 연결이 가능한 기기가 크게 늘어났습니다. 언제 어디서나 접속할 수 있게 되면서 필수적인 건강 모니터링 기기와 자율주행차부터 온도 조절기, 피트니스 트래커, 심지어 물병에 이르기까지 온갖 사물을 네트워크로 연결할 수 있게 되었습니다. 그리고 새로운 사물 인터넷(IoT) 기기의 급증은 이제 막 시작되었을 뿐입니다.
가스 파이프라인을 따라 설치된 센서. 피하 혈당 모니터. 보안 및 감시 시스템. 차량, 화물 및 소포 추적. 스마트 기기들이 서로, 그리고 우리와 소통하는 세상은 이미 현실이 되었습니다. IoT와 제조, 의료, 운송을 비롯한 여러 산업 분야에 특화된 산업용 사물 인터넷(IIoT)의 영향력은 갈수록 커지고 있습니다. 그러나 IoT와 IIoT를 통해 비즈니스 성과를 거두려면 IIoT에 연결되는 사물이 계속 늘어나면서 쏟아지는 방대한 데이터를 효과적으로 관리하고 보호할 수 있는 네트워크 인프라를 설계하고 구축하는 역량이 필요합니다.
서비스 제공업체든 기업 IT 부서든, IoT와 IIoT의 성장에 따라 폭발적으로 증가하는 연결 기기, 애플리케이션 및 데이터에 이미 대응하고 있을 가능성이 큽니다. ‘개인 기기 사용(BYOD)’이 업무 환경과 기업의 모빌리티를 혁신하고, 더 빠르고 안정적인 애플리케이션 접속에 대한 가입자의 기대 수준까지 높였듯이, IoT는 우리 일상의 거의 모든 측면에 영향을 미칠 것입니다.
일부 산업에서는 선도적인 기업들이 이미 IIoT를 활용하여 고객 서비스를 강화하고, 현장 자산의 활용도를 높이며, 제조 및 배송 지연을 줄이는 등 다양한 성과를 거두고 있습니다. IIoT 솔루션이 도입되면서 비즈니스 운영 및 제조 부문의 리더들은 사물이 생성하고, 매일 수백만 건의 의사 결정을 내리는 고도화된 지능형 시스템이 처리하는 데이터에 점점 더 의존하고 있습니다. 그 결과 IIoT는 새로운 비즈니스 모델을 가능하게 하고 생산성, 민첩성, 효율성, 안전성과 같은 핵심 요소에 다시 집중할 수 있도록 합니다.
기기가 늘어날수록 위협도 증가합니다
하지만 IIoT의 성장에는 기기, 데이터 및 물리적 인프라에 대한 위협, 검증되지 않은 규제와 불명확한 표준, 미흡하게 구현된 개인정보 보호, 암호화 및 인증 정책 등 고유한 과제가 따릅니다. 이러한 문제를 비롯한 수많은 사안이 대부분 해결되지 않은 상태이며, 강력한 해결책이 완전히 확립되기 전에 IIoT가 보편화될 수 있다는 초기 징후가 나타나고 있습니다.
이러한 우려는 최근 클라우드를 둘러싼 우려와 크게 다르지 않습니다. 이 경우에는 소비자 기기가 핵심이며, 서비스 제공업체는 자사와 고객 모두를 위해 운영 효율성을 높이고 인프라를 더욱 효과적으로 관리할 새로운 방법을 찾아야 합니다. 이 강력한 동력을 활용하는 데 따르는 과제는 물리적 요소와 가상 요소가 혼재되어 방대한 양의 데이터를 생성하는 분산 인프라를 관리하는 데 그치지 않습니다. 조직은 트래픽의 우선순위를 정하고 애플리케이션 아키텍처 자체를 최적화하기 위해 해당 데이터의 의미도 파악해야 합니다.
IoT 시장의 규모와 새롭게 등장하는 기기의 증가세는 지금까지 우리가 경험한 그 어떤 수준도 넘어설 가능성이 큽니다. 이러한 기기와 이를 지원하는 생태계에 장애가 발생할 경우, 단순한 불편에서부터 사용자의 결제 정보를 노리는 보안 침해처럼 심각한 피해를 초래하는 상황에 이르기까지 다양한 결과가 발생할 수 있습니다. 따라서 이러한 기기를 연결, 관리, 모니터링 및 수익화하고 데이터를 안전하게 전송하는 기반 네트워크 인프라에 각별한 주의를 기울여야 합니다.
사물은 어떻게 연결되는가
정의상 사물 인터넷은 현실 세계의 센서와 액추에이터를 인터넷을 통해 연결하는 장치 및 시스템의 집합을 의미합니다. 하지만 실제로는 다음을 비롯한 다양한 유형의 시스템이 여기에 포함됩니다:
- 스마트폰 및 태블릿, 특히 원격 장치/시스템을 제어하는 데 사용되는 경우
- 스마트 계량기(수도 및 전기와 같은 공공 서비스용) 및 스마트 기기
- 의류, 의료용 임플란트, 스마트워치, 피트니스 기기 등의 웨어러블 기기
- 커넥티드 자동차
- 자산 추적 및 관리
- 온도 조절기, 조명, 주택 보안 등을 포함한 홈 자동화 시스템
- 기상, 교통, 해수면 조수, 도로 신호 등을 측정하는 센서
- 트럭 및 조립 라인 센서, 로봇 장비, 계측기 등을 포함한 커넥티드 제조 요소
이러한 다양한 IIoT 시스템에서 연결은 일반적으로 M2M(기계 간 통신) 또는 M2P(기계와 사람 간 통신)로 분류됩니다. 두 경우 모두 이러한 시스템은 기존 장치의 통신 방식뿐만 아니라 그 밖의 다양한 방식을 통해 인터넷이나 게이트웨이에 연결됩니다. 여기에는 IP 프로토콜(TCP/UDP, 셀룰러 포함)을 사용하는 장거리 Wi-Fi/이더넷, 단거리 저전력 Bluetooth, 단거리 근거리 무선 통신(NFC), 그리고 지점 간 무선 링크 및 직렬 회선을 비롯한 기타 유형의 중거리 무선 네트워크가 포함됩니다.
이러한 다양한 옵션 중 일부 장치는 IPv4/IPv6와 같은 표준 IP 프로토콜을 통해 연결되는 반면, 다른 장치는 IIoT용으로 설계된 보다 전문적이고 데이터별로 특화된 프로토콜을 필요로 합니다. Message Queuing Telemetry Transport(MQTT) 및 Advanced Message Queuing Protocol(AMQP)과 같은 일부 프로토콜은 HTTP를 사용하지 않지만 여전히 TCP/IP를 기반으로 합니다. 반면 Constrained Application Protocol(CoAP)과 같은 프로토콜은 M2M 통신에 특화된 HTTP의 일부 기능을 최적화하여 HTTP가 미치는 영향을 최소화하고자 합니다.
MQTT는 가장 널리 사용되는 프로토콜 중 하나로, 다양한 최신 IIoT 솔루션에서 찾아볼 수 있습니다. 원래 IBM에서 개발한 이 발행/구독 메시징 프로토콜은 경량 M2M 통신을 위해 특별히 만들어졌으며, 현재는 개방형 표준으로 자리 잡았습니다. 발행/구독 시스템에서는 정보 제공자(발행자)가 해당 정보의 개별 소비자(구독자)와 직접 연결되지 않습니다. 대신 발행자와 구독자 간의 상호 작용은 게이트웨이 또는 수신자(브로커라고 함)가 제어합니다. 이러한 방식으로 장치는 MQ 브로커에 매우 짧은 메시지를 보낼 수 있으며, 브로커는 해당 정보를 다른 장치에 전달합니다. 이 모델에서 클라이언트(예: 액추에이터)는 다양한 토픽을 구독하며, 해당 토픽에 메시지가 발행되면 그 메시지의 사본을 수신합니다(그림 1 참조).
보시다시피 이 모델에서는 MQTT 클라이언트가 브로커를 통해 일대일, 일대다, 다대일로 통신할 수 있습니다. 물론 클라이언트에는 단순한 스위치부터 스마트폰 앱까지 모든 것이 포함될 수 있습니다. 예를 들어 창고에 연결된 온도 조절기의 경우, 현장 관리자는 현장의 TCP/IP 네트워크에서 MQTT를 통해 모바일 앱으로 온도 조절기와 통신합니다(명령을 전송하고 실시간 및 과거 온도 측정값을 수신). MQTT에 대한 보다 기술적인 설명은 “F5 BIG-IP IoT 환경에서의 MQTT 프로토콜 지원 및 사용 사례”를 참조하십시오.)
모든 잠재적 IIoT 디바이스와 그 요구 사항을 충족할 수 있는 단일 아키텍처는 없습니다. 따라서 서비스 제공업체와 기업 IT 조직은 현재와 미래의 다양한 시나리오를 지원할 수 있도록 필요에 따라 리소스를 추가하거나 줄일 수 있는 확장 가능한 아키텍처를 구축하는 것이 매우 중요합니다.
IIoT의 영향과 효과
연결된 기기의 수와 이들이 전송할 데이터의 양에 대한 추정치는 다양하지만, 그 규모가 엄청날 것이라는 점에는 의심의 여지가 없습니다:
- Business Insider에 따르면 2020년까지 인터넷에 연결되는 기기는 340억 대에 이를 것으로 예상됩니다. 이 중 IoT 기기는 240억 대, 기존 컴퓨팅 기기(예: 스마트폰, 태블릿, 스마트워치 등)는 100억 대를 차지할 것입니다.
- Cisco에 따르면 전 세계 IP 네트워크는 2020년까지 263억 대의 기기 및 연결을 지원할 것입니다. 이는 1인당 3.4대의 기기 및 연결에 해당합니다.
- Cisco에 따르면 2020년까지 M2M 연결 수는 122억 개에 이를 것으로 예상됩니다 (전체 연결 기기의 절반). 또한 전체 M2M 연결의 거의 절반은 커넥티드 홈 기기에서 발생할 것입니다.
- IDC는 2025년까지 전 세계에 800억 개 이상의 IoT 엔드포인트가 존재할 것으로 예측합니다.
이 모든 사물을 운영하기 위해 더 많은 애플리케이션이 필요해짐에 따라 확장성과 안정성 같은 기존 인프라 문제가 더욱 중요해질 것입니다. 여기에 ID 및 액세스 관리, 최종 사용자 또는 가입자 경험 개선, 더욱 신속한 서비스 프로비저닝의 필요성과 관련된 추가 과제까지 더해지면 IT 부서가 감당하기 어려울 수 있습니다. 가까운 미래에 급증할 대규모 트래픽을 처리할 수 있는 견고하고 확장 가능하며 지능적인 인프라가 필요하다는 것은 분명합니다.
모든 계층의 보안
최근의 공격 사례에서 알 수 있듯이 IoT는 전체 시스템에 취약점을 초래할 수 있으므로 보안은 그 어느 때보다 어려우면서도 중요해졌습니다. IoT 보안 결함의 가장 악명 높은 사례로 꼽히는 사건은 2016년에 발생했습니다. 당시 KrebsOnSecurity는 수천 대의 각종 라우터, 카메라 및 기타 IoT 기기로 구성된 봇넷인 Mirai가 감행한 초당 620기가비트 규모의 사상 최대 DDoS 공격을 받았습니다. 그로부터 몇 달 후에는 경쟁 관계에 있던 훨씬 덜 악의적인 봇넷인 Hajime가 최소 10,000대의 기기를 감염시켰습니다. Hajime는 감염된 기기에 명령과 업데이트를 전송하여 Mirai와 같은 위협으로부터 기기를 보호했습니다. 널리 알려진 이러한 공격은 CCTV 카메라와 소비자용 기술 제품처럼 보안이 취약한 기기를 표적으로 삼았지만, IIoT에 미치는 시사점은 매우 큽니다. 이와 유사한 공격이 실제 운영 중인 IIoT 환경에 접근한다면 규모가 더 작더라도 매우 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. (IoT를 둘러싼 새로운 위협에 대한 자세한 내용은 F5 Labs의 전체 위협 분석 보고서를 다운로드하여 확인하십시오.)
당연하게도 이러한 위협 환경에서 공격자보다 앞서 나가고 위험을 최소화하려면 상당한 리소스가 필요합니다. 서비스 제공업체와 기업 IT 조직 모두 자체 인프라를 지속적으로 강화하고, 공격의 영향을 줄이기 위해 DDoS 완화와 같은 클라우드 서비스를 활용해야 합니다. 강력한 보안, 지능형 라우팅 및 분석을 보장하려면 여러 네트워킹 계층이 디바이스에서 사용하는 언어를 원활하게 이해할 수 있어야 합니다. 네트워크 내에서 이러한 프로토콜을 이해하면 트래픽을 보호하고 우선순위를 지정하며 그에 따라 라우팅할 수 있습니다(그림 2 참조).
미래 대비: IIoT와 네트워크
궁극적으로 IIoT 서비스의 고가용성을 보장하려면 강력한 자동화, 관리 및 오케스트레이션 역량이 필요합니다. 위험을 완화하고 잠재적 손실을 방지하려면 효과적인 네트워크 관리를 통해 비즈니스 연속성을 뒷받침해야 합니다. 프로젝트 계획의 관점에서는 조직이 네트워크의 성장을 모니터링하고 리소스를 신속하게 할당할 수 있도록 지원하는 모니터링 역량이 IIoT 기기의 지속적으로 증가하는 요구를 충족하는 데 매우 중요합니다.
2017년 7월 21일 게시