AUTOSAR Crypto Service Manager 기반 차량 암호화 솔루션

차량 보안 위협과 암호화 기술의 필요성

현대 차량 시스템에서 사이버 보안 위협이 갈수록 심각해지고 있습니다. 해커들이 차량의 CAN 버스, 텔레매틱스 시스템, 그리고 OTA(Over-The-Air) 업데이트 채널을 통해 침투를 시도하는 사례가 증가하고 있으며, 이러한 공격은 운전자와 승객의 안전을 직접적으로 위협할 수 있습니다. 특히 자율주행 차량의 경우 센서 데이터 조작이나 제어 시스템 해킹으로 인한 피해가 치명적일 수 있어 강력한 보안 대책이 필수적입니다.

차량 내 통신 프로토콜의 보안 취약점도 주요 관심사입니다. 전통적인 CAN 프로토콜은 인증이나 암호화 기능이 없어 메시지 스푸핑, 재전송 공격, 도청 등에 취약합니다. 이에 대응하기 위해 ISO 27001 표준과 함께 차량 특화 보안 프레임워크인 ISO/SAE 21434가 도입되었으며, 이들 표준은 차량 개발 전 과정에서 보안을 고려하도록 요구합니다. 암호화 기술은 이러한 보안 요구사항을 충족하는 핵심 솔루션으로, 데이터 무결성과 기밀성을 보장하면서 차량 시스템의 신뢰성을 확보할 수 있습니다.

Crypto Service Manager의 구조와 핵심 기능

Crypto Service Manager(CSM)는 AUTOSAR 아키텍처 내에서 암호화 서비스를 제공하는 중앙 집중식 모듈입니다. 이 모듈은 다양한 ECU가 일관된 방식으로 암호화 기능을 활용할 수 있도록 표준화된 인터페이스를 제공합니다. CSM의 핵심 구조는 상위 레벨의 암호화 서비스 API와 하위 레벨의 하드웨어 추상화 계층으로 구성되어 있어, 애플리케이션 개발자가 하드웨어 세부사항을 신경 쓰지 않고도 암호화 기능을 사용할 수 있습니다.

CSM이 지원하는 주요 암호화 기능에는 대칭 키 암호화(AES-128, AES-256), 비대칭 키 암호화(RSA, ECC), 해시 함수(SHA-256, SHA-512), 그리고 메시지 인증 코드(HMAC) 생성이 포함됩니다. 특히 키 관리 기능은 CSM의 핵심 요소로, 키 생성, 배포, 저장, 폐기까지의 전체 라이프사이클을 관리합니다. 또한 하드웨어 보안 모듈(HSM)과의 연동을 통해 키를 안전하게 보호하며, 키 파생 함수를 통해 마스터 키로부터 세션 키를 생성하는 기능도 제공합니다.

실제 차량 시스템에서의 구현 사례

차량 게이트웨이 ECU에서 CSM을 구현한 사례를 살펴보면, 다양한 도메인 간 통신을 중개하면서 동시에 보안 기능을 수행하는 복잡한 구조를 볼 수 있습니다. 게이트웨이는 파워트레인, 샤시, 바디, 인포테인먼트 도메인 간의 메시지를 라우팅하면서 각 메시지에 대해 암호화, 복호화, 인증 검증을 수행합니다. 이 과정에서 CSM은 도메인별로 다른 보안 정책을 적용하며, 예를 들어 안전 관련 메시지는 더 강력한 암호화 알고리즘을 사용하고 더 짧은 키 갱신 주기를 가집니다.

OTA 업데이트 시스템에서도 CSM의 역할이 중요합니다. 서버에서 전송되는 펌웨어 이미지는 RSA 또는 ECC 기반 디지털 서명으로 무결성을 보장하며, AES 암호화를 통해 기밀성을 확보합니다. CSM은 이러한 암호화 작업을 처리하면서 동시에 부트로더와 연동하여 검증된 이미지만 설치되도록 합니다. 실제 구현에서는 메모리 사용량과 처리 시간을 최적화하기 위해 스트리밍 방식의 암호화를 사용하며, 하드웨어 가속기가 있는 경우 이를 활용하여 성능을 향상시킵니다.

보안 성능 최적화와 미래 발전 방향

CSM 기반 암호화 솔루션의 성능 최적화에서 가장 중요한 요소는 하드웨어 가속 활용입니다. 현대 자동차용 마이크로컨트롤러는 대부분 AES 하드웨어 엔진을 내장하고 있어 소프트웨어 구현 대비 10배 이상의 성능 향상을 달성할 수 있습니다. 또한 타이밍 최적화를 통해 실시간 요구사항을 충족시키는 것도 중요한데, 이를 위해 우선순위 기반 태스크 스케줄링과 인터럽트 처리 최적화가 필요합니다. 메모리 사용량 측면에서도 키 캐싱 전략과 컨텍스트 스위칭 최적화를 통해 제한된 ECU 리소스를 효율적으로 활용할 수 있습니다.

양자 컴퓨팅 시대를 대비한 포스트 양자 암호화 기술의 도입도 중요한 과제입니다. 현재 사용되는 RSA와 ECC 알고리즘은 양자 컴퓨터에 의해 쉽게 해독될 수 있어, NIST에서 표준화를 진행 중인 격자 기반 암호화, 해시 기반 서명 등의 새로운 알고리즘을 CSM에 통합해야 합니다. 또한 차량 간 통신(V2V)과 차량-인프라 통신(V2I)의 확산에 따라 대용량 트래픽 처리와 낮은 지연시간을 보장하는 암호화 기술이 필요합니다. 이를 위해 경량 암호화 알고리즘과 적응형 보안 레벨 조정 기능이 CSM의 핵심 기능으로 발전할 것으로 예상됩니다.