스마트그리드 체제에 따른 SCADA 시스템의 보안 평가를 위한 정량적 방법론에 관한 연구 = (A)Study on quantitative methodology to assess cyber security risks of SCADA systems

국문 초록 (Abstract)

스마트그리드는 저탄소 녹색성장의 선도 프로젝트로 추진하는 핵심과제로 전력산업의 환경변화에 적응하고 에너지이용 효율을 제고하기 위한 새로운 전력시스템이다. 즉, 전력시스템과 이를 제어하기 위한 통신 인프라를 중심으로 다양한 시스템이 서로 통합되는 종합적인 플랫폼으로 이해할수 있다.
기존에 각기 독립적으로 운영되는 시스템과 통신 인프라가 통합되기 시작하면서 다양한 상호작용이 파생되고 그로 인해 잠재적인 보안 측면의 위험성도 커지게 된다. 현재 전력시스템은 폐쇄적인 SCADA 네트워크를 기반으로 운영되었기 때문에 최소한의 보안강도가 보장되었지만, 스마트그리드 하에서는 개방형 통신망과 연계되면서 기존의 사이버 보안 위협들이 전력시스템으로 유입하게 된다. 또한 IT시스템과는 달리 전력시스템과 같은 제어시스템은 실시간 특성이 강하게 요구되며, 높은 수준의 가용성(낮은 고장 빈도와 신속한 복구)이 필요하다. 기 특성에 따라 전력시스템의 사이버 위협은 IT 시스템에 비해 보다 복잡하고 치명적으로 만드는 요인이 된다. 현재 전력시스템 및 스마트그리드에 대한 사이버 보안 문제가 이슈가 되고 있음에도 불구하고, 현재까지의 연구는 기존의 통신 네트워크 범주
를 벗어나지 못하고 있다. 본 논문에서는 갈수록 증대하고 있는 스마트그리드 보안 측면의 문제들을 명확히 정의하고, 피상적으로 머물던 스마트그리드의 사이버 위험 문제를 물리적 전력계통과 연계하고 모델링하여 정량적인 수치로 산출할 수 있는 정량화 방법론을 제시하였다. 또한 방법론과 더불어 구체적인 수치의 적용을 통해 현실에서 활용할 수 있는 측면에 무게를 두고 연구가 수행되었다. 본 연구는 전력계통-사이버 측면의 통합적 신뢰도 관점에서 전력계통 제어설비 보안을 계획하는 과정에서 경제적으로 최적화된 의사결정을 할 수 있는 유인을 제공하기 위함이다. 사례연구에서는 3개의 발전기와 6개의 모선으로 구성된 모의 전력계통을 이용하였으며, 제안된 정량화 방법론으로 전력 제어시스템에 대한 보
안 강도의 지표 및 사이버 위협이 존재할 경우 최소한의 예상피해 정도를 파악하였다.
향후 연구로는 실 계통에 본 논문의 정량화 방법론을 적용한다면 보다유의미한 결과를 도출할 수 있을 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aims to identify and clarify the cyber security risks and their interaction with the power system in Smart Grid. The SCADA system and other communication networks interact with the power system on a real time basis, so it is important to understand the interaction between two layers to protect the power system from potential cyber threats. In this study, the optimal power flow (OPF) and Power Flow Tracing are used to assess the interaction between the SCADA network and the power system. Through OPF and Power Flow Tracing based analysis, the physical and economic impacts from potential cyber threats are assessed, and thereby the quantitative risks are measured in a monetary unit.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 1 절 연구배경 및 필요성 1
• 제 2 절 연구동향 및 구성 2
• 제 2 장 국내 스마트그리드 구축 시 전력시스템 운영 변화 4
• 제 1 절 현재 전력시스템 운영 4
• 제 2 절 스마트그리드 구축에 따른 전력시스템 운영 7
• 제 3 장 국외 스마트그리드 정책 동향 및 선행연구 10
• 제 1 절 국외 스마트그리드 정책 10
• 1.1 미 국 10
• 1.2 유 럽 13
• 1.3 아시아 16
• 1.4 전력 시스템에 대한 사이버공격 사례 및 시사점 18
• 제 2 절 스마트그리드 보안관련 선행연구 20
• 제 4 장 스마트그리드 환경에서 전력시스템 위험 정량화 방법론 21
• 제 1 절 위험 정량화 방법론 21
• 제 2 절 정보계층의 정량적 모델링 24
• 2.1 전력 제어시스템의 취약성(V) 정량화 24
• 2.2 사이버 위협(T) 정량화 27
• 제 3 절 전력시스템에서 자산(A) 정량화 33
• 제 4 절 전력시스템의 정량적 모델링 36
• 4.1 최적조류계산(Optimal Power Flow, OPF) 36
• 4.2 조류추적법(Power Flow Tracing) 39
• 제 5 장 사례연구 44
• 제 1 절 모의 전력시스템 모델링 44
• 제 2 절 사례연구 결과 및 분석 48
• 제 6 장 결 론 52
• 【참 고 문 헌】 54
• Appendix A. 정보보안 3대 요소(CIA) 56
• Appendix B. 최적조류계산에 관한 기본이론 59
• Abstract 71