AUTOSAR 기반 ECU의 보안 설계와 취약점 대응 기술

자동차 사이버 보안 위협과 AUTOSAR 보안 프레임워크

현대 자동차는 수십에서 수백 개의 전자제어장치(ECU)가 네트워크로 연결된 복잡한 사이버-물리 시스템으로 진화했습니다. 커넥티드카, 자율주행차의 등장과 함께 외부 네트워크 연결성이 증가하면서 사이버 공격 표면(attack surface)도 크게 확대되었습니다. 과거 물리적으로 고립되어 있던 자동차 내부 네트워크는 이제 블루투스, Wi-Fi, 셀룰러 네트워크, V2X(Vehicle-to-Everything) 통신 등 다양한 경로를 통해 외부와 연결됩니다. 연구자들은 이미 원격 차량 제어 탈취, CAN 버스 메시지 조작, ECU 펌웨어 변조 등 다양한 공격 벡터를 증명해 보였습니다. 이러한 보안 위협에 대응하기 위해, AUTOSAR는 Classic Platform과 Adaptive Platform 모두에 포괄적인 보안 프레임워크를 도입했습니다. AUTOSAR 보안 아키텍처는 다양한 계층에서 방어 메커니즘을 제공합니다. 네트워크 통신 보안을 위한 SecOC(Secure Onboard Communication) 모듈은 메시지 인증, 암호화, 재전송 방지 기능을 제공합니다. 보안 키 관리를 위한 CSM(Crypto Service Manager)과 KM(Key Manager) 모듈은 암호화 키의 생성, 저장, 배포, 갱신을 관리합니다. 또한 암호화 연산을 제공하는 Crypto 모듈과 하드웨어 보안 모듈(HSM) 인터페이스를 통해 다양한 암호화 알고리즘을 지원합니다. Adaptive Platform은 더 높은 수준의 보안 기능을 제공하며, IAM(Identity and Access Management)을 통한 강력한 인증과 권한 관리, 안전한 통신을 위한 TLS/DTLS 지원, 그리고 intrusion detection system(IDS)을 통한 이상 탐지 기능을 포함합니다. AUTOSAR는 또한 UN ECE R155/R156 규정과 ISO/SAE 21434 표준을 준수하는 보안 개발 라이프사이클을 지원합니다. 위협 모델링과 위험 분석(TARA: Threat Analysis and Risk Assessment)부터 시작하여, 보안 요구사항 정의, 보안 아키텍처 설계, 안전한 코딩, 보안 테스팅, 취약점 관리에 이르는 전체 생명주기를 포괄합니다. 특히, AUTOSAR는 안전(safety)과 보안(security)의 통합을 강조하며, ISO 26262(기능 안전)와 ISO/SAE 21434(사이버 보안)의 통합 적용을 위한 방법론을 제시합니다. 이는 보안 위협이 안전 위험으로 이어질 수 있는 자동차 환경에서 특히 중요한 접근 방식입니다.

ECU 하드웨어 및 소프트웨어 보안 설계 전략

AUTOSAR 기반 ECU의 견고한 보안 구현을 위해서는 하드웨어와 소프트웨어 모두에서 다층적 보안 전략이 필요합니다. 하드웨어 수준에서는 신뢰 기반(Root of Trust)을 확립하는 것이 핵심입니다. 최신 자동차용 마이크로컨트롤러에는 HSM(Hardware Security Module) 또는 TPM(Trusted Platform Module)이 내장되어 있어 보안 부팅, 암호화 키 보호, 안전한 펌웨어 업데이트를 지원합니다. 이러한 하드웨어 보안 기능은 AUTOSAR CSM(Crypto Service Manager)을 통해 추상화되어, 애플리케이션이 기본 하드웨어와 무관하게 일관된 암호화 서비스를 사용할 수 있게 합니다. 보안 부팅(Secure Boot) 메커니즘은 ECU 시작 시 소프트웨어 무결성을 검증하는 핵심 기능입니다. 부트로더는 디지털 서명을 통해 다음 실행 단계의 코드를 검증하며, 이 과정은 체인 형태로 이어져 OS 커널, AUTOSAR 기본 소프트웨어(BSW), 애플리케이션에 이르기까지 신뢰 체인(Chain of Trust)을 형성합니다. AUTOSAR는 이를 위해 표준화된 부트로더 인터페이스와 검증 프로토콜을 제공합니다. 런타임 보안을 위해서는 메모리 보호와 실행 환경 격리가 중요합니다. AUTOSAR OS는 Memory Protection Unit(MPU) 또는 Memory Management Unit(MMU)을 활용하여 각 소프트웨어 컴포넌트에 격리된 메모리 영역을 할당하고, 권한에 따른 접근 제어를 구현합니다. Adaptive Platform에서는 더 강력한 격리를 위해 가상화 기술과 컨테이너화를 지원합니다. 특히 민감한 보안 기능은 TEE(Trusted Execution Environment)나 하이퍼바이저를 통해 격리된 실행 환경에서 동작하도록 설계됩니다. AUTOSAR 소프트웨어 아키텍처에서는 권한 최소화 원칙(Principle of Least Privilege)이 적용되어, 각 소프트웨어 컴포넌트는 필요한 최소한의 권한만 부여받습니다. 이를 위해 AUTOSAR는 접근 제어 메커니즘을 제공하며, 특히 Adaptive Platform의 IAM(Identity and Access Management) 모듈은 세밀한 권한 제어가 가능합니다. 키 관리는 ECU 보안의 핵심 요소로, AUTOSAR Key Manager(KM)는 암호화 키의 생성, 저장, 교환, 갱신을 담당합니다. 보안 키는 HSM 내에 안전하게 저장되며, 하드웨어 기반 난수 생성기(TRNG)를 통해 높은 엔트로피의 키가 생성됩니다. 또한 AUTOSAR는 키 순환(Key Rotation) 메커니즘을 지원하여 장기간 사용으로 인한 키 노출 위험을 줄입니다. OTA(Over-The-Air) 업데이트의 보안도 중요한 고려사항입니다. AUTOSAR는 펌웨어 업데이트 관리자(FUM)를 통해 안전한 다운로드, 무결성 검증, 롤백 메커니즘을 제공합니다. 모든 업데이트 패키지는 암호화되고 서명되어야 하며, 업데이트 과정에서 실패가 발생할 경우 시스템을 이전 상태로 복구할 수 있어야 합니다.

네트워크 통신 보안과 침입 탐지 시스템

자동차 내부 네트워크 보안은 ECU 간 안전한 통신을 보장하는 핵심 요소입니다. 전통적인 자동차 네트워크 프로토콜인 CAN은 본질적으로 보안 기능이 부재하여, 메시지 인증이나 암호화 없이 모든 노드가 모든 메시지를 읽을 수 있는 구조입니다. AUTOSAR는 이러한 문제를 해결하기 위해 SecOC(Secure Onboard Communication) 모듈을 도입했습니다. SecOC는 메시지에 MAC(Message Authentication Code) 또는 디지털 서명을 추가하여 메시지 인증과 무결성 검증을 제공합니다. 또한 프레시니스 카운터(Freshness Counter)나 타임스탬프를 활용하여 재전송 공격(Replay Attack)을 방지합니다. 대칭키 암호화(AES-CMAC)는 계산 비용이 적어 실시간 제약이 있는 시스템에 적합하지만, 키 분배 문제가 있습니다. 반면 비대칭키 방식(ECDSA)은 키 관리가 용이하나 계산 부하가 크다는 단점이 있습니다. AUTOSAR는 두 방식을 모두 지원하여 애플리케이션 요구사항에 따라 선택할 수 있게 합니다. 고대역폭을 요구하는 ADAS나 인포테인먼트 시스템에는 자동차 이더넷이 도입되고 있으며, AUTOSAR는 TLS/DTLS, IPsec과 같은 표준 보안 프로토콜을 지원합니다. 특히 Adaptive Platform은 SOME/IP 통신을 위한 보안 확장을 제공하여, 서비스 기반 통신에서도 인증과 암호화를 보장합니다. 진단 통신의 보안도 중요한 고려사항입니다. UDS(Unified Diagnostic Services) 프로토콜에 보안 접근(Security Access) 기능이 추가되어, 중요한 진단 서비스는 인증 후에만 접근 가능합니다. AUTOSAR는 진단 세션 관리, 시드-키(Seed-Key) 인증 방식, 진단 명령어에 대한 세밀한 접근 제어를 제공합니다. 외부 연결성이 증가함에 따라, 침입 탐지 시스템(IDS)의 중요성도 커지고 있습니다. AUTOSAR는 네트워크 기반 IDS와 호스트 기반 IDS를 모두 지원합니다. 네트워크 기반 IDS는 CAN 버스 트래픽을 모니터링하여 비정상적인 메시지 패턴, 메시지 빈도 이상, ID 스푸핑 등을 탐지합니다. 호스트 기반 IDS는 개별 ECU 내에서 애플리케이션 동작, 리소스 사용, 시스템 호출 등을 모니터링하여 이상 징후를 감지합니다. 최신 AUTOSAR 표준은 머신러닝 기반 이상 탐지 알고리즘을 지원하여 제로데이 공격에 대한 대응력을 높이고 있습니다. 탐지된 공격에 대한 대응 전략도 중요합니다. AUTOSAR는 공격 심각도에 따른 단계적 대응 방식을 제공합니다. 경미한 이상은 로깅하고 모니터링하는 수준에서, 심각한 공격은 해당 기능 비활성화, 안전 모드 전환, 또는 차량 속도 제한과 같은 적극적 대응까지 가능합니다. 이러한 대응은 안전 메커니즘과 통합되어, 보안 이벤트가 차량 안전에 미치는 영향을 최소화하는 방향으로 설계됩니다.

취약점 관리 및 대응 프로세스

AUTOSAR 기반 ECU의 효과적인 보안 유지를 위해서는 체계적인 취약점 관리 프로세스가 필수적입니다. 이는 개발 단계부터 차량 운행 종료까지 전체 생명주기에 걸쳐 적용되어야 합니다. 개발 초기 단계에서는 위협 모델링과 위험 평가(TARA)를 통해 잠재적 취약점을 식별하고 대응 전략을 수립합니다. AUTOSAR는 ISO/SAE 21434에 부합하는 위협 모델링 방법론과 자동화 도구를 제공합니다. 식별된 위협에 대해 CVSS(Common Vulnerability Scoring System)를 기반으로 위험도를 평가하고, 이에 따라 보안 통제 방안을 구현합니다. 코드 수준의 취약점을 예방하기 위해, AUTOSAR는 C/C++ 언어의 보안 코딩 가이드라인을 제공합니다. 이는 버퍼 오버플로우, 메모리 누수, 정수 오버플로우와 같은 흔한 보안 취약점을 방지하는 코딩 규칙을 포함합니다. MISRA C/C++ 가이드라인과 CERT C 보안 코딩 표준을 AUTOSAR 환경에 맞게 적용하며, 정적 코드 분석 도구를 통해 이러한 규칙 준수 여부를 자동으로 검증합니다. 개발 완료 후에도 지속적인 보안 테스팅은 필수적입니다. AUTOSAR는 퍼징(Fuzzing), 침투 테스트(Penetration Testing), 취약점 스캐닝 등 다양한 보안 테스트 방법론을 지원합니다. 특히 퍼징은 예상치 못한 입력값을 생성하여 시스템의 견고성을 시험하는 효과적인 방법으로, AUTOSAR 인터페이스의 취약점을 찾는 데 유용합니다. 차량 출시 후에도 보안 취약점은 계속 발견될 수 있으므로, AUTOSAR는 CSMS(Cyber Security Management System)를 통해 취약점 모니터링, 평가, 대응 프로세스를 정의합니다. 자동차 제조사와 Tier-1 공급업체는 CERT(Computer Emergency Response Team)를 운영하여 새로운 취약점 정보를 수집하고 분석합니다. 취약점 발견 시 심각도와 영향도에 따라 우선순위를 결정하고, 적절한 대응 조치를 실행합니다. 가장 중요한 대응책은 보안 패치의 신속한 배포입니다. AUTOSAR는 OTA 업데이트를 통해 원격으로 보안 패치를 배포하는 표준 메커니즘을 제공합니다. 이 과정에서 업데이트의 무결성과 인증이 보장되어야 하며, 업데이트 실패 시 시스템 복원 방안도 마련되어야 합니다. 또한 모든 보안 이벤트와 대응 활동은 안전한 로깅 시스템에 기록되고, 주기적인 보안 감사를 통해 검토되어야 합니다. AUTOSAR는 보안 이벤트 로깅을 위한 표준화된 포맷과 인터페이스를 제공하여, 여러 ECU에서 발생한 보안 이벤트를 중앙에서 수집하고 분석할 수 있게 합니다. 이러한 포괄적인 취약점 관리 프로세스는 차량의 수명주기 동안 지속적인 보안을 보장하고, 새롭게 등장하는 위협에 신속하게 대응할 수 있는 기반을 제공합니다.