IoT 보안 마스터하기: 신뢰와 복원력을 위한 명확한 전략

Intrinsic ID의 CEO이자 창립자인 Pim Tuyls와 만나 PUF 보안의 세계, 기술 확장에 따른 IoT 보안 과제, 양자 컴퓨팅을 포함한 기타 위협의 잠재적 영향에 대처하는 방법에 대해 알아보았습니다.

우리가 IoT 보안에 대해 이야기하는 대부분의 임원들은 강력한 신뢰 루트, 적절한 인증 메커니즘, 복원력의 필요성을 강조합니다. 그러나 이러한 보안의 다양한 측면을 구현하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 물리적 복제 방지 기능(PUF) 기반 보안 지적 재산에 초점을 맞춘 회사 중 하나가 Intrinsic ID입니다.

우리는 Intrinsic ID의 CEO이자 창립자인 Pim Tuyls와 만나 PUF 보안의 세계, 기술 확장에 따른 IoT 보안 과제, 양자 컴퓨팅을 포함한 기타 위협의 잠재적 영향에 대처하는 방법에 대해 알아보았습니다.

Pim Tuyls는 2008년 필립스 연구소의 스핀아웃으로 회사를 공동 설립했습니다. 필립스에서 암호학 클러스터를 관리하는 수석 과학자로 일하면서 Intrinsic ID 핵심 기술의 기초가 되는 물리적 PUF에 대한 초기 작업을 시작했습니다. 반도체와 보안 분야에서 20년 이상 일한 결과, Pim은 SRAM PUF와 임베디드 애플리케이션 보안 분야에서 널리 인정받고 있습니다.

Pim Tuyls

그는 기술 컨퍼런스에서 정기적으로 연설하고 보안 주제에 대해 광범위하게 저술했습니다. Security with Noisy Data를 공동 집필했는데, 이 책은 노이즈 데이터 기반 보안의 새로운 기술을 조사하고 생체 인식, 보안 키 저장, 위조 방지 분야의 응용을 설명합니다. Pim은 루뱅 대학교에서 수리물리학 박사 학위를 취득했으며 50개 이상의 특허를 보유하고 있습니다.

Tuyls는 약 30명으로 구성된 팀이 다양한 상황에서 PUF를 구현한 많은 경험이 있다고 말했습니다. 그는 인터뷰에서 Intrinsic ID 솔루션의 주요 차별화 요소는 "저장된 키 비밀이 없다"는 점을 강조했습니다.

칩 회사들이 놓치고 있는 것은?

EE Times: 반도체 회사들이 보안 구현과 관련하여 무엇을 놓치고 있다고 생각하십니까? 연결된 디바이스가 안전하도록 보장하기 위해 무엇을 고려해야 합니까?

Pim Tuyls: 보안은 많은 사람들에게 많은 것을 의미하게 되었습니다. 예를 들어, 반도체 공급업체의 보안은 칩 위와 디바이스 간 전송 중인 민감한 데이터를 보호하는 것입니다. 도난, 변경, 복사 시 시스템 손상, 막대한 책임, 큰 손실을 초래할 수 있는 소중한 IP를 보호하는 것입니다. 또한 최종 사용자의 프라이버시와 기밀성을 보호하는 것이기도 합니다.

불과 얼마 전까지만 해도 반도체 회사들은 보안을 "있으면 좋은 것"으로 여겼습니다. 보안 추가는 많은 경우 부담으로 느껴졌는데, 칩 면적을 확보하거나 부팅 시퀀스에 필요한 사이클을 추가하고 싶지 않았기 때문입니다. Intrinsic ID가 2008년에 시작했을 때 초기에 이 현상을 더 자주 보았습니다.

하지만 시대는 크게 변했습니다. 자율적으로 연결된 IoT 디바이스가 수십억 개로 계속 증가함에 따라 반도체 공급업체들은 보안이 이제 필수라는 올바른 결론에 도달했습니다. 요즘 우리는 과거에 강력한 하드웨어 보안에 투자하고 싶지 않았던 고객들이 이제는 그것 없이는 더 이상 갈 수 없다고 느끼며 우리에게 돌아오는 것을 많이 봅니다. 그러나 반도체 보안 솔루션이 리소스와 비용 면에서 가능한 한 적은 오버헤드를 소비하는 것이 무엇보다 중요합니다. IoT용 반도체의 엄청난 볼륨은 매우 얇은 마진으로 작동해야 하기 때문입니다.

인증과 신뢰가 핵심

EE Times: 보안에 대한 필요성에 영향을 미치는 IoT의 특정 측면이 있습니까? IoT 디바이스를 안전하게 연결하기 위해 정확히 무엇이 필요합니까?

Pim Tuyls: 모든 IoT 보안 문제의 공통점은 인증에 관한 것입니다. 어떤 디바이스가 특정 데이터에 접근하도록 허용됩니까? 어떤 디바이스가 네트워크에 허용됩니까? 어떤 하드웨어가 특정 소프트웨어를 실행하거나 보호된 데이터에 접근하도록 허용됩니까? 이러한 질문에 답하려면 시스템의 모든 디바이스가 인증되어야 합니다. 따라서 적절한 인증 없이는 보안에 대해 이야기조차 시작할 수 없습니다.

따라서 IoT 보안에서 가장 큰 과제 중 하나는 기만 문제를 극복하는 것입니다. 더 정확하게 말하면, 대부분의 보안 관련 사례에서 기만은 가장(impersonation)에 의해 발생합니다. IoT에서 이는 권한이 없는 특권을 얻으려는 악의적 디바이스에 관한 것입니다. 하지만 디바이스의 신원을 인증할 수 있다면 무엇이 합법적이고 무엇이 아닌지 알 수 있어 기만 가능성을 크게 줄일 수 있습니다.

따라서 IoT 디바이스에 대한 신뢰할 수 있는 신원 확립이 필수적입니다. 이는 해당 디바이스에 있는 대용량 반도체가 신뢰 루트의 강력하고 저비용 구현을 갖는 것이 특히 중요합니다. 분명히 모든 보안 구현은 충분히 강력해야 하며, 그렇지 않으면 의미가 없습니다. 그러나 IoT의 엄청난 볼륨은 솔루션이 저구현 비용을 가져야 함을 요구합니다.

SRAM PUF로 확장성 보장

EE Times: PUF 기반 보안, 특히 귀사의 솔루션이 PUF 보안을 제공하는 다른 공급업체와 어떻게 다른지 좀 더 설명해 주실 수 있습니까? 고객이 유용하다고 생각하는 특정 기능을 식별할 수 있습니까?

Pim Tuyls: 우리는 물리적 복제 방지 기능(PUF) 기술을 기반으로 한 보안 솔루션을 제공합니다. 이는 반도체 디바이스 인증에 중요합니다. PUF는 칩의 실리콘 미세한 변화를 해당 칩에 고유하고 시간에 따라 반복 가능한 0과 1의 디지털 패턴으로 변환합니다. 이 패턴은 "실리콘 지문"입니다. 지문은 해당 특정 칩에 고유한 암호화 키로 변환되어 루트 키로 사용되어 신원을 확립합니다.

루트 키는 시스템에서 필요할 때마다 PUF로부터 신뢰성 있게 재구성되며, 어떤 형태의 메모리에도 키를 저장할 필요가 없습니다. 실제 PUF는 키를 결코 저장하지 않기 때문에 키는 불변이며 적대자가 얻을 수 없어 PUF는 항공우주, 방위, 은행 등 하이엔드 보안 시장에서 사용될 수 있는 보안 수준을 제공합니다. PUF는 전용 보안 하드웨어를 사용하지 않고도 이 높은 보안 수준을 달성하므로 총 솔루션의 구현 비용이 낮아 IoT의 대량 시장에도 이상적입니다.

PUF는 칩의 실리콘 미세한 변화를 해당 특정 칩에 고유하고 시간에 따라 반복 가능한 디지털 패턴으로 변환합니다. 이 패턴은 "실리콘 지문"입니다. 지문은 해당 특정 칩에 고유한 암호화 키로 변환되어 루트 키로 사용되어 신원을 확립합니다. (출처: Intrinsic ID)

대부분의 PUF 구현이 제공하는 높은 보안 외에도, Intrinsic ID가 배포한 SRAM PUF 기술(실리콘 지문이 SRAM 메모리의 무작위 시작 동작에서 파생됨)은 시간이 지나도 매우 높은 신뢰성, 높은 엔트로피 소스, 현장에 배치된 2억 5천만 개 이상의 칩으로 입증된 실적을 제공합니다.

일부 경우, 당사의 SRAM PUF 신뢰성이 플래시 메모리 등 키용 비휘발성 저장소의 신뢰성을 초과하는 것을 보았습니다. 게다가 SRAM은 모든 기술 노드와 모든 공정에서 사용 가능한 표준 반도체 구성 요소입니다. 이는 SRAM PUF가 서로 다른 노드와 공정에서 확장 가능하도록 보장하며, 잘 알려진 반도체 구성 요소이므로 쉽게 테스트하고 평가할 수 있습니다. SRAM PUF는 또한 완전히 디지털입니다. SRAM PUF를 추가하려면 추가 마스크 세트, 아날로그 구성 요소(차지 펌프 등), 특수 프로그래밍이 필요하지 않습니다.

다른 공급업체와 어떻게 다릅니까? 우리는 하드웨어 IP, 소프트웨어, 심지어 FPGA용 펌웨어로 PUF 기술 구현을 제공하는 세계 유일의 보안 회사라고 믿습니다. 이는 반도체 제조업체가 당사의 PUF IP를 칩 하드웨어에 추가하는 것 외에도, 고객이 하드웨어에 없는 칩에 당사 기술을 추가하기로 결정할 수 있음을 의미합니다. 당사 PUF 기술의 소프트웨어 구현인 BK는 사실상 모든 유형의 마이크로컨트롤러(MCU) 또는 시스템 온 칩(SoC)에서 실행됩니다. FPGA 사용자는 당사 제품 Apollo를 통해 프로그래머블 패브릭에 소위 Butterfly PUF를 배포할 수 있습니다.

당사 기술은 대규모 고객 세트에서 현장에서 수년간 신뢰할 수 있음이 입증되었으며 많은 다른 기술 노드에 쉽게 통합됩니다. 게다가 당사 PUF 기술은 칩의 실리콘에서 파생된 매우 높은 엔트로피를 제공합니다.

축소되는 노드가 보안에 미치는 영향?

EE Times: 5nm 미만의 트랜지스터 크기 축소가 보안에 영향을 미치나요, 그리고 어떻게?

Pim Tuyls: 보안 솔루션이 작은 기술 노드로 확장 가능해야 한다는 영향과 중요성은 종종 간과됩니다. 특히 하드웨어 기반 보안의 경우, 구현이 표준 구성 요소와 같은 방식과 속도로 감소하는 기술 노드에 따라 확장되는 것은 사소하지 않습니다. 예를 들어, 28nm 미만에서는 비휘발성 메모리(NVM)를 표준 구성 요소와 같은 방식과 속도로 확장하는 데 심각한 어려움이 있었습니다. 플래시 메모리 개발은 많은 추가 마스크 단계가 필요하여 메모리 비용과 따라서 칩 비용을 증가시키기 때문에 첨단 노드에서 어렵고 비싸졌습니다. 이는 많은 보안 솔루션에 문제를 일으키는데, 이들은 일반적으로 어떤 형태의 NVM을 사용하여 비밀 키를 저장하기 때문입니다.

그러나 확장은 칩 제조업체가 서로 다른 노드에서 동일한 기술을 사용하여 연속성을 보장하고 소프트웨어 개발 및 유지보수의 부담을 덜 수 있도록 하는 데 필요합니다. 따라서 SRAM PUF 솔루션이 첨단 노드(심지어 5nm)에 배포되었다는 사실은 이 기술이 칩 제조업체가 미래에 첨단 노드로 보안 아키텍처를 포함한 설계를 확장할 수 있게 함을 보여줍니다.

SRAM PUF는 양자 컴퓨팅을 어떻게 다루나?

EE Times: 양자 컴퓨팅 같은 발전이 미래에 보안 구현 방식에 영향을 미칠 것이 분명합니다. SRAM PUF는 이 발전을 어떻게 다루나요, 여전히 효과적인가요?

Pim Tuyls: 우리 업계에서 양자와 관련된 모든 것에 대해 많은 혼란이 있음을 봅니다. 진실은 실제 양자 컴퓨터의 가용성이 아직 몇 년 남았다는 것입니다. 그러나 이것이 우리가 이에 대비하기를 기다려야 한다는 의미는 아닙니다. PUF 기술 환경을 살펴보면, 우리와 다른 이들이 사용하는 일부 암호화 알고리즘은 양자 컴퓨팅이 도래하면 깨질 것입니다. 이들은 현대 암호화 솔루션에서 깨질 동일한 알고리즘들입니다: 비대칭 암호 암호들입니다.

또한 대칭 암호의 키 길이를 늘려야 할 것입니다. 이 문제는 PUF 기술 공급업체에 국한되지 않으며 모든 보안 공급업체에 해당합니다. 그래서 미국 상무부 산하 국립표준기술연구소(NIST)가 이미 현재 비대칭 암호를 대체하기 위해 미래에 우리 모두가 구현해야 할 포스트 양자 암호, 즉 알고리즘을 표준화하는 작업을 하고 있습니다.

그러나 PUF 기술 자체를 구체적으로 살펴보면 걱정할 것이 없습니다. 현재 Fuzzy Extractor와 PUF에서 키를 파생하는 데 사용되는 기타 알고리즘이 양자 컴퓨터에 의해 깨질 것이라는 징후는 없습니다. 단순히 파생된 키의 길이를 연장하는 것 외에도, PUF와 관련된 모든 알고리즘은 양자 컴퓨팅이 사용 가능해질 때 깨지지 않을 것입니다. PUF가 "양자 증명"이라고 말할 수 있지만, 실제로는 양자 컴퓨터가 하는 일과 PUF 구현에서 암호화 키를 파생하는 데 필요한 알고리즘 사이에 단순히 연결 고리가 없습니다. 우리 PUF뿐만 아니라 어떤 PUF에도 해당됩니다.

IoT 보안 표준이 도움이 되나?

EE Times: 전 세계적으로 IoT와 사이버 보안을 해결하기 위해 표준, 인증, 규정이 도입되고 있습니다. 이러한 표준/인증이 업계에서 어떤 역할을 합니까 — 도움이 되나요 아니면 방해가 되나요?

Pim Tuyls: 보안 표준은 엄청나게 중요하지만 거의 충분히 사용되지 않습니다. 하드웨어와 소프트웨어의 엄청난 파편화, 특히 IoT에서 표준이 완화해야 할 심각한 위험이 있습니다. 모든 디바이스가 다른 규칙으로 작동한다면 네트워크를 어떻게 보호할 수 있습니까? 가장 기본적인 보안 메커니즘조차 갖추지 않은 디바이스가 네트워크에 포함되는 한, 전체 네트워크는 위험에 처해 있습니다. 보안 시스템은 가장 약한 링크만큼만 강합니다.

우리는 IoT 보안을 위한 표준을 마련하기로 결심한 일부 업계 이니셔티브를 봅니다. 예를 들어 Arm의 PSA 이니셔티브와 우리가 회원인 ioXt 얼라이언스입니다. 이러한 이니셔티브는 대기업들이 IoT 보안에 대해 무언가 이루어져야 한다는 데 동의함을 보여주지만, 업계 인식만으로는 충분하지 않습니다. 보안 표준화는 정부 차원에서 시작되어야 실질적인 효과를 볼 수 있습니다. 모든 디바이스 제조업체가 보안을 신경 쓰게 하는 유일한 진짜 방법은 책임이나 벌금의 위험으로 특정 표준을 준수하도록 의무화하는 것입니다.

바이든 대통령이 최근 서명한 행정 명령은 올바른 방향으로의 첫 걸음입니다. 그러나 충분하지 않습니다. 더 많은 국가가 이 모범을 따라야 하지만, 미국 자체도 소프트웨어 보안에 주로 초점을 맞춘 이 EO에서 설명된 것보다 더 나아가야 합니다. 강력한 보안 솔루션은 신뢰할 수 있는 하드웨어에서 시작됩니다. 우리는 "하드웨어에 뿌리를 둔 사이버 보안보다 더 안전한 것은 없다"고 말합니다. 그래서 우리는 EO가 하드웨어와 공급망 보안을 포함하도록 확장되어야 한다고 믿습니다.

PUF 커뮤니티 육성

EE Times: 보안은 동적이며 결코 정지하지 않습니다. 가까운 미래에 가장 기대되는 것은 무엇이며, 디바이스 제조업체가 좋은 보안을 유지하기 위해 앞서 나갈 수 있는 방법은 무엇입니까? Intrinsic ID가 이 측면에서 돕기 위해 하는 일이 있습니까, 그리고 가까운 미래에 무엇이 예정되어 있습니까?

Pim Tuyls: 현재 우리의 최우선 과제는 제품 포트폴리오 확장과 기존 제품 품질의 지속적인 개선입니다. 올해 말 새로운 소프트웨어 제품을 출시할 것으로 기대합니다.

우리는 PUF 생태계의 다양한 플레이어를 모으려는 이니셔티브도 가지고 있습니다. 우리는 PUF Cafe라는 온라인 커뮤니티를 통해 이를 수행하며, PUF 기술에 관심 있는 누구나 무료로 접근할 수 있습니다. 이 사이트는 PUF 기술에 대한 글로벌 뉴스와 문서를 공유하고, 다양한 조직의 연사들이 PUF 기술과 보안의 다양한 측면을 다루는 월간 "PUF Cafe 에피소드"를 개최합니다. 최근 에피소드는 양자와 암호의 관계에 관한 것이었습니다. 이 커뮤니티는 보안 문제나 PUF 기술 자체를 연구하는 업계와 학계 사람들을 끌어모으고 있습니다.

>> 이 기사는 원래 자매 사이트인 EE Times에 게시되었습니다.