우주 사이버 위협 분석 및 모의 공격 방어 훈련 체계 설계

국문 초록 (Abstract)

뉴 스페이스 시대의 도래와 함께 위성 시스템은 국가 전략 자산을 넘어 민간 통신, 지구관측, 항법, 재난 대응 등 다양한 분야의 핵심 인프라로 활용되 고 있다. 그러나 위성 시스템의 개방성 확대와 지상 인프라 연계 증가는 공급망 및 폐위성 관리, 무선 링크 악용, 지상국 네트워크 취약점 등 여러 계층에서 새로운 사이버 위협을 초래하고 있다. 하지만 기존의 위성 관련 사이버 공격 방어(공방) 훈련 방안들은 위성체 내부의 물리적 장비에 대한 고려가 미흡하고 지상국으로부터 위성까지의 종단 간 연결, 폐위성 등 위성 특화 요소에 대한 감안이 부족한 실정이다. 또한 기존 훈련 방안은 실제 위성을 활용하는 실환경 기반 방식과 순수 시뮬레이션 기반 방식으로 구분되는데, 실환경 기반 방식은 현실성과 검증 수준이 높다는 장점이 있으나 전용 위성 확보, 발사, 운용, 복구에 필요한 비용 부담이 매우 크고 반복적인 연구 실험 수행이 어렵다는 한계가 있다. 반면 순수 시뮬레이션 기반 방식은 비용과 접근성 측면에서는 유리하지만 RF 통신 물리계층 특성, 실제 하드웨어 제약, 위성 내부 버스 구조와 같은 현실 환경 재현의 핵심 요소들을 충분히 반영하기 어렵다. 이러한 이유로 본 논문은 실제 위성 발사형 훈련의 높은 비용과 운영 리스크, 순수 시뮬레이션 기반 훈련의 현실 환경 재현의 한계를 동시에 보완하는 하이브리드형 우주 사이버 모의 공방 훈련 체계를 제안한다. 먼저 위성 시스템의 기술적 특성과 국내외 우주 사이버보안 동향을 정리하고, 관련 연구를 분석하여 기존 사이버 레인지 및 위성 보안 테스트베드의 한계와 시사점을 도출하였다. 이어서 공급망 보안 위협, 폐위성 관리 위협, 보안 업데이트 위협, 위성 RF 신호 보안 위협, 지상국 네트워크 보안 위협 등 주요 위협을 중심으로 저궤도 위성 운용 환경에서 나타나는 구조적 취약성과 공격 경로를 분석하였다. 또한 이러한 분석을 토대로 위성 모의 공방 훈련 체계 구축 시 고려해야 할 핵심 사항을 도출하였다. 제안하는 하이브리드형 우주 사이버 모의 공방 훈련 체계는 위성체, 통신 계층, 지상국으로 구성되며, OpenC3/COSMOS, NASA의 cFS, SDR, CAN 및 MIL-STD-1553 등 실질적 구성요소를 반영하여 실제 운용 환경과 유사한 훈련 여건을 제공하도록 설계하였다. 특히 위성체, 통신 링크, 지상국 등을 통합하는 구조를 통해 RF 물리계층 특성과 위성 내부 네트워크 구조를 함께 고려할 수 있도록 하였다. 마지막으로 본 논문은 취약한 암호키 기반 위성 신호 분석, 공급망 보안 취약 환경 악용, 폐위성 업데이트 악용, 장거리 RF 신호 도청, RF 신호 재밍, 위성 시스템 서비스 거부(DoS) 등 6개의 훈련 유스케이스를 제시한다. 또한 각 시나리오에 대한 공격 절차와 방어 절차를 분석하였다. 이를 통해 제안한 훈련 체계가 우주 사이버 위협에 대한 실전적 대응 역량을 점검하고 향후 우주 보안 인프라와 가이드라인 수립의 기초 자료로 활용될 수 있음을 보였다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제2장 배경지식 5
• 2.1 위성 시스템의 기술 및 운영 특성 5
• 2.1.1 위성의 버스와 페이로드 5
• 2.1.2 위성의 크기 분류 7
• 2.1.3 위성의 기본 운용 방식 8
• 2.1.4 TLE 정보 및 활용 목적 9
• 2.1.5 위성 모뎀과 무선(RF) 통신 10
• 2.1.6 위성 통신의 주파수 대역 10
• 2.1.7 TM/TC 통신의 개념과 운용 12
• 2.1.8 위성 추진체 13
• 2.2 국외 우주 사이버보안 동향 13
• 2.2.1 DEFCON Hack-A-Sat (미국) 13
• 2.2.2 ESA Ctrl+Space CTF (유럽) 16
• 2.2.3 민간 주도의 우주 경제 동향 19
• 2.2.4 러시아–우크라이나 전쟁과 우주 보안 동향 19
• 2.2.5 해외 우주 보안 서비스 동향 20
• 2.3 국내 우주 사이버보안 동향 21
• 2.3.1 우리나라 우주항공 정책과 사이버보안 21
• 2.3.2 한국형 위성항법시스템(KPS) 구축 계획 23
• 2.3.3 누리호 위성 발사체 이슈 24
• 2.3.4 국내 우주 보안 서비스 동향 26
• 제3장 관련 연구 29
• 제4장 우주 사이버보안 위협 분석 35
• 4.1 위성 시스템의 공급망 보안 위협 분석 36
• 4.1.1 위성 시스템 공급망의 구조적 취약성 36
• 4.1.2 공격 전파 관점에서의 공급망 보안 위협 37
• 4.1.3 공급망 보안 위협 사례 39
• 4.2 폐위성 관리 위협 분석 40
• 4.2.1 폐위성의 사이버 악용 가능성과 보안 위협 40
• 4.2.2 폐위성 관리 체계의 한계와 보안 대응 방향 41
• 4.3 위성 시스템의 보안 업데이트 위협 분석 43
• 4.3.1 위성 시스템 보안 업데이트의 구조적 제약과 기술적 한계 43
• 4.3.2 안전한 보안 업데이트를 위한 기술적·거버넌스적 고려사항 44
• 4.4 위성 RF 신호 보안 위협 분석 45
• 4.4.1 위성 RF 신호의 구조적 취약성 45
• 4.4.2 위성 RF 신호의 공격 표면과 보안 한계 47
• 4.4.3 위성 RF 신호 보안 위협 사례 48
• 4.5 위성 비상채널 보안 위협 분석 49
• 4.5.1 위성 비상채널의 구조와 보안 취약성 49
• 4.5.2 위성 비상채널 보안의 기술 및 운영 과제 50
• 4.6 지상국 네트워크 보안 위협 분석 52
• 4.6.1 지상국 네트워크의 구조적 취약성 52
• 4.6.2 지상국 네트워크의 위협 시나리오 53
• 4.6.3 지상국 침해의 영향 및 보안 시사점 54
• 4.7 위성 안테나 시스템 보안 위협 분석 55
• 4.7.1 위성 안테나 시스템의 공격 표면과 구조적 취약성 55
• 4.7.2 위성 안테나 시스템의 운영과 보안 한계 57
• 4.8 위성 관제 시스템 보안 위협 분석 58
• 4.8.1 위성 관제 시스템의 구조적 취약성과 TM 신뢰성 위협 58
• 4.8.2 위성 관제 시스템의 자동화와 보안 요구사항 59
• 4.9 우주 사이버 모의 공방 훈련 체계 구축의 필요성 61
• 제5장 우주 사이버 모의 공방 훈련 체계 제안 63
• 5.1 모의 공방 훈련 체계 구축 시 고려사항 63
• 5.2 하이브리드형 우주 사이버 모의 공방 훈련 체계 제안 66
• 5.2.1 위성체(Space Segment) 설계 70
• 5.2.2 통신 계층(RF Segment) 설계 74
• 5.2.3 지상국(Ground Segment) 설계 76
• 5.3 사이버보안 위협 시나리오 기반 훈련 유스케이스 분석 78
• 5.3.1 취약한 암호키 기반의 위성 신호 분석 공격 대응 훈련 79
• 5.3.2 위성 공급망의 보안 취약 환경 악용 공격 대응 훈련 82
• 5.3.3 폐위성 업데이트 악용 공격 대응 훈련 85
• 5.3.4 장거리 RF 신호 도청 대응 훈련 88
• 5.3.5 전파 신호 재밍 대응 훈련 91
• 5.3.6 위성 시스템 DoS 공격 대응 훈련 93
• 제6장 연구 비교 97
• 제7장 결론 및 향후 연구방향 101
• 참고문헌 103
• ABSTRACT 111