위성프로토콜의 비트 단위 필드 역공학 기법 = Bit-Level Fields of Satellite Protocol Reverse Engineering

국문 초록 (Abstract)

최근 위성 통신의 중요성이 높아지면서, 위성 통신의 보안 강화, 취약점 분석 등을 목적으로 하는 위성 프로토콜 역공학의 필요성이 커지고 있다. 위성 프로토콜에는 제한된 주파수 대역, 낮은 신호 대 잡음비 등의 위성 통신 환경의 특성으로 비트 단위 필드들이 존재하기 때문에 기존 바이트 단위 프로토콜 역공학 기법으로는 구조 복원이 어렵다. 본 논문에서는 정보이론 기반의 필드 분할 및 병합 기법을 제안하여, 바이트 내부 뿐 아니라 바이트 경계에 걸친 비트 단위 필드까지 정밀하게 식별할 수 있도록 하였다. 제안 방법의 효과를 검증하기 위해 CCSDS 표준 프로토콜 및 큐브위성에 사용되는 프로토콜, 변형된 프로토콜, 잡음이 포함된 데이터 등 다양한 환경에서 실험을 수행하였다. 실험 결과, 제안 방법은 표준 프로토콜, 변형 프로토콜, 잡음 환경에서 각각 0.65, 0.57, 0.59의 F1 score를 기록하며 기존 기법 대비 우수한 성능을 보였다. 또한 분석 패킷 개수가 1000개인 경우에도 분석 소요 시간이 15초 이내로 측정되어, 실제 환경에서 적용 가능함을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

With the growing importance of satellite communications, the need for satellite protocol reverse engineering aimed at enhancing security and analyzing vulnerabilities has also increased. Due to the characteristics of the satellite communication environment—such as limited frequency bandwidth and low signal-to-noise ratio—bit-level fields are present, making it difficult to reconstruct protocol structures using conventional byte-level protocol reverse engineering techniques. In this paper, we propose an information-theoretic field segmentation and merging method that enables precise identification of bit-level fields not only within bytes but also across byte boundaries. To verify the effectiveness of the proposed approach, we conducted experiments in various environments, including CCSDS standard protocols, protocol used in Cubesat, variants of space packet protocol, and data containing noise. Experimental results show that the proposed method achieved F1 scores of 0.65, 0.57, and 0.59 in standard protocols, modified protocols, and noisy environments, respectively, demonstrating superior performance compared to existing techniques. Moreover, the execution time for 1,000 packets remains under 15 seconds, which confirms that the method can be applied effectively in practical settings.