하드웨어에서 애플리케이션까지 IoT 보안: 레이어별 청사진

작성자: 우터 반 데르 비크(Wouter van der Beek)

오늘날 연결된 세상에서 IoT 보안은 더 이상 선택이 아닙니다. 규제 명령입니다. 최근 법령은 디바이스에 '합리적 보안 기능' 내장을 요구하며, 디바이스 보안 비용이 노출 위험 비용을 훨씬 초과함을 강조합니다.

보안은 레이어로 설계됩니다. 기초는 하드웨어에서 시작해 네트워크, 마지막으로 애플리케이션으로 이어집니다. 이 글은 저비용, 저에너지, 메시 기반 IP 네트워크인 스레드(Thread) 네트워크 레이어와 디바이스 상호작용을 관장하는 OCF 애플리케이션 레이어에 초점을 맞춥니다.

하드웨어 보안

제약된 마이크로컨트롤러는 악성 펌웨어와 하드웨어 스누핑을 방어해야 합니다. 안전한 하드웨어는 검증된 부트 시퀀스를 강제하고, 펌웨어에 서명하며, 메모리와 주변장치 접근을 격리합니다. 신뢰할 수 있고 잘 정의된 API만 중요 코드에 도달할 수 있어 공격 표면을 최소화하고 상위 레이어 보안을 위한 견고한 기반을 만듭니다.

네트워크 보안

스레드는 네트워크 전체 AES-CCM 키로 전송 중 데이터를 보호합니다. 각 패킷은 인증 태그를 받고 암호화되어 무결성, 기밀성, 진정성을 보장합니다. 키는 카운터 기반 유도로 주기적으로 갱신돼 침해를 방지합니다.

새 디바이스가 합류할 때 네트워크 키를 안전하게 획득해야 합니다. 이 과정을 커미셔닝(commissioning)이라 합니다. 스레드는 DTLS의 일부인 비밀번호 인증 키 교환(PAKE)을 사용해 낮은 강도의 공유 비밀을 강력한 키로 변환합니다. 이로써 스레드 커미셔너(예: 스마트폰)가 암호화된 채널로 합류 디바이스에 네트워크 키를 전송할 수 있습니다.

애플리케이션 보안

애플리케이션 레벨에서 오픈 커넥티비티 재단(OCF)은 포괄적인 소유권 이전과 디바이스 프로비저닝 흐름을 제공합니다. OCF는 디바이스 인증서를 발급하고 안전한 데이터베이스를 유지하며, PKI 인프라를 통한 상호 인증을 가능케 합니다.

프로비저닝 지침은 DTLS 암호화 채널로 전달됩니다. 워크플로는 소유권 이전으로 시작해 상태 전이를 거치며, 초기 상태로 돌아가려면 하드웨어 리셋을 요구함으로써 소유권 변경을 수용합니다.

OCF는 역할 기반 접근 제어와 제조사 사용 기술자도 제공해 네트워크 레벨 위협에 대한 추가 안전장치를 더합니다.

제약된 하드웨어에서 OCF-over-Thread 구현

저가 마이크로컨트롤러에서 OCF-over-Thread 배포는 제한된 코드 공간, 메모리, CPU 리소스로 인해 어렵습니다. 해결책은 코드 재사용입니다. OCF와 스레드 모두 DTLS에 의존하므로 단일 암호화 코어(mbedTLS)를 두 스택 간에 공유합니다.

암호화 기본 요소는 하드웨어 가속 혜택을 받아 커미셔닝 시간과 전력 소비를 획기적으로 줄입니다. mbedTLS를 통한 이 하드웨어 접근 관리는 성능과 보안에 필수적입니다.

OCF와 스레드 그룹 모두 오픈소스 구현을 공개해 모호성을 제거하고 개발자 상호운용성을 보장합니다.

애플리케이션, 네트워크, 하드웨어 레이어가 긴밀히 통합되면 오늘날 배포 가능한 최고 수준의 안전한 IoT 플랫폼이 탄생합니다.

저자: 우터 반 데르 비크(Wouter van der Beek), 시스코 시스템즈(Cisco Systems) 시니어 IoT 아키텍트 및 오픈 커넥티비티 재단 기술 워킹그룹 의장; 브루노 존슨(Bruno Johnson), 캐스코다(Cascoda) CEO, 오픈 커넥티비티 재단 멤버.