스마트차량에서의 보안성 분석 및 라즈베리파이 기반 하이브리드 암호모듈 구현 = Security Analysis in Smart Vehicles and Implementation of Hybrid Cryptographic Module Based on Raspberry Pi

국문 초록 (Abstract)

차량에서 스마트 기술의 통합이 증가함에 따라 자동차 시스템이 크게 발전했지만 상당한 사이버 보안 위험도 발생했습니다. 이 논문은 스마트 차량에 맞춘 안전한 데이터 전송 방법을 제안하여 효과적인 사이버 보안 조치의 시급한 필요성을 해결합니다. 연구는 차량 시스템 내의 취약성과 사이버 공격의 잠재적 결과를 조사하는 것으로 시작됩니다. 기존 문헌을 검토하여 연구는 현재 사이버 보안 관행의 단점을 강조하고 제안된 솔루션을 위한 단계를 설정합니다.
이 논문의 핵심은 차량 통신의 무결성과 기밀성을 향상시키기 위해 설계된 제안된 데이터 암호화 전송 방법의 상세한 워크플로우 및 보안 분석을 제시합니다. 이 방법은 서버와 차량을 대표하는 두 개의 Raspberry Pi 3 장치가 있는 시뮬레이션 환경을 사용하여 시뮬레이션된 MitM(Man-In-The-Middle) 공격에 대해 테스트됩니다. 결과는 데이터를 가로채고 조작하려는 시도를 차단하고 차량과 서버 간의 보안 통신을 유지하는 데 이 방법의 효과를 보여줍니다. 보안, 성능, 복잡성 및 확장성과 같은 기준을 기반으로 대체 방법 1(Diffie-Hellman, 3DES, IPsec, PGP) 및 대체 방법 2(ElGamal, Blowfish, SSH, Kerberos)의 두 가지 대체 방법과의 비교 분석을 통해 제안된 방법의 특정 측면에서 우수성을 추가로 검증합니다.
이 논문은 스마트 차량 사이버 보안의 미래 방향과 과제를 탐구하는 것으로 끝납니다. 차량 데이터의 안전과 개인 정보 보호를 보장하기 위해 적응형 보안 프레임워크, 표준화된 프로토콜 및 사용자 중심 접근 방식의 필요성을 강조합니다. 이 연구 결과는 스마트 모빌리티가 안전하고 탄력적으로 계속 발전하도록 보장하면서 진화하는 사이버 보안 환경을 해결하기 위해 학계, 업계 및 정책 입안자 간의 협력 노력의 중요성을 강조합니다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

I would like to express my deep gratitude to those who helped me complete my Master's thesis. Throughout this journey, they have been a valuable source of support, guidance, and encouragement, and I am grateful for each and every one of them.
First and foremost, I would like to express my deepest gratitude to my research advisor, Professor Lee Young Sil, whose unwavering commitment to education and research has been an inspiration to me. Her expertise, knowledge, and constructive feedback have shaped my academic development and deepened my understanding of ICT industry. She has also encouraged me to explore new ideas, challenge conventional thinking, and push the boundaries of my research. In return, I am deeply grateful for the mentorship and lessons she has taught me over the years. I would like to thank my supervisor Professor HoonJae Lee for the passion and commitment he showed to academic excellence inspired me to strive for the highest standards in my work. Moreover, he has proven to be constant sources of motivation and information for me due to his extensive experience in the field of Computer Science and genuine enthusiasm for cybersecurity since my undergraduate study years.
Lastly, I am deeply indebted to my beloved family. My parents' unending love, sacrifices, and belief in me have been the foundation of my achievements. My wife’s unwavering love, patience, and understanding have been my pillars of strength. Her sacrifices and constant encouragement have allowed me to focus on my studies and reach this milestone. And special thanks to my brother Khusanboy. Each of you has played an essential role in my journey, and I am forever grateful for your unwavering presence and support.
And of course, I’m grateful to Allah for his endless blessings.

목차 (Table of Contents)

• List of Tables iii
• List of Figures iv
• List of Abbreviations vi
• Acknowledgement vii
• 1. Introduction 1
• 1.1 Background and Significance of the Topic 2
• 1.2 Research Objectives and Questions 4
• 1.2.1 Research Objectives 4
• 1.2.2 Research Questions 5
• 1.3 Scope and Limitations of the Study 6
• 1.3.1 Scope of the Research 6
• 1.3.2 Limitations of the Research 7
• 1.4 Outline of the Thesis 8
• 2. Background and Literature Review 10
• 2.1 Internet of Things – IoT 10
• 2.1.1 IoT History 10
• 2.1.2 IoT Architecture 12
• 2.2 IoT in the Automotive Industry 15
• 2.3 Overview of Smart Vehicles and Their Cybersecurity Challenges 18
• 2.3.1 The Promise of Smart Vehicles 18
• 2.3.2 The Nexus of Innovation and Vulnerability 18
• 2.3.3 Statistics Highlighting the Landscape 20
• 2.4 Related Works 20
• 3. Cybersecurity Threats in Smart Vehicles 24
• 3.1 Automotive Data Ecosystem 24
• 3.2 Threat Landscape and Emerging Risks 25
• 3.2.1 Threat Landscape 25
• 3.2.2 Emerging Risks 26
• 3.3 Vulnerabilities in Vehicle Systems and Components 27
• 3.4 Potential Consequences of Cyber-Attacks on Smart Vehicles 29
• 4. Countermeasures for Smart Vehicle Cybersecurity 32
• 4.1 Encryption and Authentication Techniques 32
• 4.2 Intrusion Detection and Prevention Systems 37
• 4.3 Secure communication protocols 39
• 5. Proposed Secure Data Transmission Method 43
• 5.1 Overview of the Proposed Method 43
• 5.2 Key Components of the Proposed Method 46
• 5.2.1 Elliptic Curve Cryptography (ECC) 47
• 5.2.2 Advanced Encryption Standard (AES) 48
• 5.2.3 Transport Layer Security (TLS) 49
• 5.2.4 X.509 Certificates 49
• 5.3 Comparison of Key Components and Alternative Options 50
• 5.4 Detailed Workflow of the Proposed Method 52
• 6. Implementation and Experiments 56
• 6.1 Simulation Environment Setup 56
• 6.2 Implementation of the Proposed Method 58
• 6.3 Performing Simulated Attack to Test Proposed Method 63
• 6.4 Results Analysis 67
• 7. Further Directions and Challenges 74
• 8. Conclusion 78
• References 81
• ABSTRACT 87
• 국 문 요 약 89