보안 FPGA SoC의 신뢰실행환경(TEE)으로 차량 내 AI 보안 강화

신뢰실행환경(TEE)과 보안 FPGA SoC 결합이 최신 차량의 인캐빈 AI 시스템을 보호하는 방법을 시연합니다.

이 시리즈 1부 "커넥티드 카의 신뢰실행환경"에서는 TEE가 스마트폰에는 보편적이지만 자동차 시스템 채택은 제한적임을 설명했습니다. TEE 부재는 핵심 차량 기능을 공격에 노출시킬 수 있습니다. 2부에서는 인캐빈 AI를 사례로 현대적 TEE와 FPGA SoC가 어떻게 견고한 보안 기반을 형성하는지 보여줍니다.

일반적인 인캐빈 AI 시스템

인캐빈 AI는 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)의 핵심 구성요소로 완전 자율주행보다 더 널리 배치됩니다. 카메라나 기타 센서를 사용해 문맥적 안전 가이드를 제공하고 음성·제스처 같은 직관적 제어를 지원합니다. 예를 들어 실내 카메라가 트럭 운전자의 음주, 주의산만, 졸음, 피로 징후를 모니터링해 사고를 예방합니다. 이 기술은 상용 차량에 이미 보편화돼 있으며 소비자 차량으로 점차 확대돼 운전자 안전을 높입니다. AI 카메라는 어린이나 반려동물이 방치된 상황도 감지해 열사병 위험을 줄입니다.

일반적인 인캐빈 플랫폼은 운전자 행동 추적, 안전벨트 착용 확인, 관심 객체(휴대폰, 열쇠고리, 유아용 카시트 등) 식별 학습이 가능합니다. 비디오 스트림에서 머신러닝 추론 수행, 다른 ECU(중앙 ADAS, 인포테인먼트 등)와 통신, 보안 펌웨어 업그레이드 지원 필요. 추가 기능으로 측면 후방 카메라로 사각지대 감지, 중앙 ADAS에서 차량 내 네트워크(IVN) 인증 오프로드 등이 있습니다.

하드웨어 강화 예시

Microchip의 PolarFire SoC FPGA는 혼합 중요도 워크로드 통합이 가능한 플랫폼을 예시합니다. FPGA 패브릭에서 효율적인 ML 추론을 수행하면서 쿼드코어 RISC-V 프로세서 서브시스템이 제어와 모니터링을 담당합니다. 시스템은 결정론적 RTOS와 전력 효율적인 Linux 배포판을 동시에 지원합니다(그림 1).

그림 1. PolarFire SoC 인캐빈 AI 플랫폼. ML 추론은 FPGA 패브릭에서 실행. RISC-V SoC가 제어·모니터링 기능 호스팅.

PolarFire SoC는 변조 방지 패키징, 차동 전력 분석(DPA) 대책, SECDED 지원 128kB 부트 플래시로 보안 부팅 등 하드웨어 보안 기능을 내장합니다. 이러한 조치는 사이드채널 공격 방어, 비트스트림 복제 방지, 자동차 제조사가 승인된 유닛만 FPGA 프로그래밍 가능하게 합니다.

AI 추론 모델과 데이터 자산 보호

이 플랫폼의 중요 데이터 자산:

• IVN(CAN 버스) – 무단 접근 시 차량 제어 위협.
• 운전자·탑승자 PII – 프라이버시 규정 준수를 위해 기밀 유지 필수.
• OTA 코드와 데이터 – 변조나 하이재킹 저항 필요.
• AI 추론 모델 – 지적재산 탈취나 모델 포이즈닝 공격 취약.
• 암호화 비밀 – IVN 메시지 인증에 필수.

기밀성, 무결성, 가용성(CIA)을 위한 설계가 이 자산 보호에 필수적입니다. 일반적인 공격 표면과 위협:

신뢰실행환경 구현

제로 트러스트 아키텍처에서 보안-분리 원칙을 강제하는 TEE는 강력한 대항책입니다. Hex Five의 MultiZone® Security는 메모리 파티션 프리미티브(RISC-V의 PMP, ARM의 MPU)와 CPU 특권 레벨을 활용해 격리된 존을 생성합니다. PolarFire SoC에서 MultiZone은 시스템을 5개 보안 컨테이너로 분할합니다(그림 2).

그림 2. MultiZone이 PolarFire SoC에 5개 존 생성. MultiZone만 M-모드(RISC-V CPU Ring 0)에서 동작; 각 빨간 박스는 소프트웨어 정의, 하드웨어 분리 존.

5개 존:

1. OTA – 무선 업데이트의 CIA 보호.
2. 카메라 – 센서 데이터 스트림 보안.
3. IVN 인증 – HSM처럼 작동해 암호 키와 서명 보호.
4. RTOS – IVN 트래픽 제어.
5. Linux 엔클레이브 – OS에서 기원한 결함 격리.

이 구성은 TEE와 강화된 하드웨어가 인캐빈 AI를 위한 기초 보안 플랫폼을 구축하는 방법을 보여줍니다.

TEE로서 기초 보안 계층

견고한 자동차 보안 자세는 최소 다음 계층을 포함해야 합니다:

• 애플리케이션 레벨 보안 제어.
• 네트워크 트래픽용 침입 탐지/방지 시스템(IDPS).
• 보안 OTA 메커니즘.
• 신뢰실행환경.
• 내장 보안 프리미티브와 신뢰 루트(RoT)를 가진 하드웨어.

차량에 TEE를 통합하는 것은 최신 스마트폰에서 발견되는 보호 수준과 유사하며, 더 높은 차량 보안으로 가는 길을 제시합니다.

이 글은 Microchip의 Diptesh Nandi와 공동 작성했습니다.

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