KR101753514B1 - 무인 비행기의 보안 장치 및 방법 - Google Patents

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KR101753514B1
KR101753514B1 KR1020160005146A KR20160005146A KR101753514B1 KR 101753514 B1 KR101753514 B1 KR 101753514B1 KR 1020160005146 A KR1020160005146 A KR 1020160005146A KR 20160005146 A KR20160005146 A KR 20160005146A KR 101753514 B1 KR101753514 B1 KR 101753514B1
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강병훈
김종환
양승용
최예슬
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한국과학기술원
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Abstract

접근성이 허락된 어플리케이션으로 암호화된 보안 영역의 데이터를 전달하는 무인 비행기의 보안 장치가 제공된다. 상기 무인 비행기의 상기 보안 장치는 적어도 하나의 프로세서를 포함하며, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 적어도 일시적으로 구현될 수 있다. 상기 무인 비행기의 상기 보안 장치는 공개키 기반 암호화 알고리즘에 따라 접근성이 부여된 어플리케이션의 접근인지 여부를 판단하는 판단부 및 상기 판단의 결과에 따라, 보안 영역에 존재하는 데이터를 상기 공개키 기반 암호화 알고리즘에 기초하여 암호화하고 상기 어플리케이션으로 전달하는 암호화부를 포함할 수 있다.

Description

무인 비행기의 보안 장치 및 방법{SECURITY APPARATUS AND METHOD FOR UNMANNED AERIAL VEHICLE}
무인 비행기의 보안 장치 및 방법에 연관된다.
무인 비행기(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)는 조종사가 탑승하지 않고, 원격조종 또는 자율비행에 의해 비행을 하고, 정찰, 감시, 수송 등의 역할을 수행하는 등과 같이 사람이 직접 수행하기 어렵거나 직접 수행하기에는 위험한 임무를 수행하는 비행기를 나타낸다.
무인 비행기는 도심 환경을 포함한 다양한 공간에서 비행을 수행할 수 있다는 특징이 존재하지만 오작동이나 불시착하게 되는 경우에는 큰 안전 사고의 원인이 될 수도 있어 무인 비행기의 제어의 중요성이 강조되고 있다.
한편으로는, 무인 비행기의 제어 프로그램을 위조하거나 제어 기능을 소프트웨어 적으로 하이재킹(hijacking)하여 테러나 공격에 이용될 가능성이 존재한다. 종래에는 무인 비행기가 다른 공격자에게 포획된 경우에, 데이터의 유출을 방지하기 위해 내부의 보안 토큰을 이용하는 구성이나 내부 센서에 대한 교란에 대비하여 복수의 센서의 측정값을 이용하는 구성에 관한 연구가 존재한다.
KR 10-1286351 B1
일측에 따르면, 접근성이 허락된 어플리케이션으로 암호화된 보안 영역의 데이터를 전달하는 무인 비행기의 보안 장치가 제공된다. 상기 무인 비행기의 상기 보안 장치는 적어도 하나의 프로세서를 포함하며, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 적어도 일시적으로 구현될 수 있다. 상기 무인 비행기의 상기 보안 장치는 공개키 기반 암호화 알고리즘에 따라 접근성이 부여된 어플리케이션의 접근인지 여부를 판단하는 판단부 및 상기 판단의 결과에 따라, 보안 영역에 존재하는 데이터를 상기 공개키 기반 암호화 알고리즘에 기초하여 암호화하고 상기 어플리케이션으로 전달하는 암호화부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 암호화부는 미리 지정된 개인키를 이용하여 상기 데이터를 암호화하고, 상기 어플리케이션으로 전달할 수 있다. 또한, 상기 어플리케이션은 미리 지정된 공개키를 이용하여 상기 데이터를 해독(decrypt)하고, 상기 데이터의 출처가 상기 보안 영역인 경우에 상기 데이터를 이용할 수 있다.
다른 일실시예에 따르면, 상기 어플리케이션의 접근성이 유효하다고 판단된 경우에, 상기 암호화부는 상기 무인 비행기에 포함되는 센서의 측정값, 상기 무인 비행기의 비행 경로에 연관되는 설정값 및 상기 무인 비행기의 통신 데이터 중 적어도 하나를 상기 데이터로서 암호화하여 상기 어플리케이션으로 전달할 수 있다.
또 다른 일실시예에 따르면, 상기 판단부는 일반 영역에서 실행되는 상기 어플리케이션으로부터 상기 데이터의 요청 메시지를 전달 받을 수 있다. 더하여, 상기 판단부는 상기 어플리케이션에 상응하는 공개키로써 상기 요청 메시지를 해독(decrypt)하고, 접근성을 갖는 상기 어플리케이션인지 여부를 판단할 수 있다. 또한, 상기 판단부는 상기 판단부는 상기 일반 영역에서 실행되는 상기 무인 비행기의 충돌 회피 어플리케이션, 상기 무인 비행기의 항로 결정 어플리케이션 및 상기 무인 비행기의 자세 제어 어플리케이션 중 적어도 하나로부터 상기 요청 메시지를 전달 받을 수 있다.
다른 일측에 따르면, 무인 비행기의 보안성 관리 방법을 실행하는 프로그램을 수록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다. 상기 프로그램은 공개키 기반 암호화 알고리즘에 따라 접근성이 부여된 어플리케이션의 접근인지 여부를 판단하는 명령어 세트 및 상기 판단의 결과에 따라, 보안 영역에 존재하는 데이터를 상기 공개키 기반 암호화 알고리즘에 기초하여 암호화하고 상기 어플리케이션으로 전달하는 명령어 세트를 포함할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 보안 영역 내의 제1 데이터와 무인 비행기의 운행에 이용되는 제2 데이터를 비교하여 무인 비행기의 정상성을 모니터링하는 무인 비행기의 보안 장치가 제공된다. 상기 무인 비행기의 상기 보안 장치는 보안 영역 내에서 암호화되어 저장되는 제1 데이터 및 일반 영역에서 무인 비행기의 운행에 이용되는 제2 데이터를 비교하여 상기 무인 비행기의 정상 상태 여부를 모니터링하는 모니터링부 및 상기 무인 비행기가 비상 상태로 판단된 경우, 상기 무인 비행기를 미리 지정된 비상 모드에 따라 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 모니터링부는 상기 보안 영역 내에 저장되는 센서의 측정값과 상기 무인 비행기의 운행을 위해 실행되는 어플리케이션 내의 설정값의 차이값을 비교하여 상기 무인 비행기의 정상 상태 여부를 모니터링할 수 있다. 또한, 상기 모니터링부는 상기 차이값이 미리 지정된 임계치를 초과하는 경우에 상기 무인 비행기의 비상 상태를 판단할 수 있다.
다른 일실시예에 따르면, 상기 무인 비행기가 비상 상태로 판단된 경우, 상기 제어부는 상기 보안 영역 내에 저장된 홈 웨이 포인트(home waypoint)로 상기 무인 비행기의 경로를 지정할 수 있다.
또 다른 일실시예에 따르면, 상기 무인 비행기가 비상 상태로 판단된 경우, 상기 제어부는 상기 보안 영역 내에 저장된 무인 비행기의 현재 위치와 가장 가까운 안전 지역을 계산하고, 상기 가장 가까운 안전 지역으로 상기 무인 비행기가 착륙하도록 제어하고, 상기 안전 지역은 상기 보안 영역에 미리 저장된 복수의 위치 좌표값을 나타내는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 무인 비행기의 보안성 관리 방법을 실행하는 프로그램을 수록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다. 상기 프로그램은 보안 영역 내에서 암호화되어 저장되는 제1 데이터 및 일반 영역에서 실행되어 무인 비행기의 운행에 이용되는 제2 데이터를 비교하여 상기 무인 비행기의 정상 상태 여부를 모니터링하는 명령어 세트 및 상기 무인 비행기가 비상 상태로 판단된 경우, 상기 무인 비행기를 미리 지정된 비상 모드에 따라 제어하는 명령어 세트가 제공된다.
도 1은 일실시예에 따른 무인 비행기의 보안 장치의 동작을 설명하는 예시도이다.
도 2는 일실시예에 따라 보안 영역의 어플리케이션이 데이터를 전달하는 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 다른 일실시예에 따라 일반 영역의 어플리케이션이 데이터를 요청하는 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 4는 일실시예에 따른 무인 비행기의 보안 장치를 나타내는 블록도이다.
도 5는 일실시예에 따른 무인 비행기를 나타내는 블록도이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결 되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 일실시예에 따른 무인 비행기의 보안 장치의 동작을 설명하는 예시도이다.
도 1을 참조하면, 무인 비행기에 포함되는 보안 장치(130)가 도시된다. 더하여, 보안 장치(130)는 무인 비행기에 연관되는 적어도 하나의 어플리케이션을 실행하는 일반 영역(110)과 보안 영역(120) 사이의 데이터 송수신을 수행할 수 있다. 일실시예에 따르면, 보안 장치(130)는 공개키 기반 구조(PKI: Public Key Infrastructure)를 이용하여 일반 영역(110)과 보안 영역(120) 사이의 데이터 송수신을 수행할 수 있다. 본 명세서 상에서 일반 영역(110)은 무인 비행기가 비행하기 위한 적어도 하나의 어플리케이션이 실행되는 물리적 하드웨어 공간을 나타낼 수 있다. 더하여, 본 명세서 상에서 보안 영역(120)은 외부의 해킹(hacking)이나 제어 기능 하이재킹(controlling hijacking) 등과 같은 공격을 방어하기 위해 보안 장치(130)를 통해 인증된 데이터를 입력 받고, 암호화된 데이터를 출력하는 물리적 하드웨어 공간을 나타낼 수 있다. 더하여, 일반 영역(110) 및 보안 영역(120)은 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 적어도 일시적으로 구현될 수 있다.
일반 영역(110) 내에서 무인 비행기의 비행에 연관되는 적어도 하나의 어플리케이션이 실행될 수 있다. 일실시예로서, 획득된 측정값에 따라 무인 비행기의 자세를 변경하기 위한 보조익(aileron) 등을 제어하는 자세 제어 어플리케이션이 일반 영역(110) 내에서 실행될 수 있다. 다른 일실시예로서, 수신된 트랜스 폰더(transponder)를 이용하여 다른 무인 비행기와의 충돌을 피하고, 승강키(elevator) 또는 방향키(rudder) 등을 제어하는 충돌 회피 어플리케이션이 일반 영역(110) 내에서 실행될 수 있다. 또 다른 일실시예로서, GPS 위성으로부터 수신된 현재 위치와 목표 위치를 이용하여 항로를 결정하는 항로 결정 어플리케이션이 일반 영역(110) 내에서 실행될 수 있다.
또한, 보안 영역(120) 내에는 데이터가 암호화되어 저장될 수 있다. 상기 데이터는 변조될 경우에 무인 비행기 운행에 큰 위험을 초래할 가능성이 존재하는 데이터를 나타낼 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 데이터는 무인 비행기의 관성 센서(inertial sensor)로부터 획득된 각가속도 데이터, 가속도 데이터, 각속도 데이터 및 속도 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 일실시예에 따르면, 상기 데이터는 무인 비행기의 자세 센서로부터 측정된 롤각(roll angle) 데이터, 피치각(pitch angle) 데이터 및 요우각(yaw angle) 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 데이터는 무인 비행기의 GPS(Global Positioning System) 수신기가 획득한 현재 위치 정보를 포함할 수 있다. 상기 데이터에 관한 설명은 본 실시예의 이해를 돕기 위한 예시적 기재일 뿐 다른 실시예의 범위를 한정하거나 제한하는 것으로 해석되어 서는 안될 것이다. 또한, 상기 데이터는 무인 비행기의 운행에 연관되는 다양한 형태의 데이터를 나타낼 수 있다.
보다 구체적으로, 보안 장치(130)는 판단부(131)와 암호화부(132)를 포함할 수 있다. 판단부(130)는 공개키 기반 암호화 알고리즘에 따라 접근성이 부여된 어플리케이션의 접근인지 여부를 판단할 수 있다. 일반 영역(110)내에서 실행되는 어플리케이션과 보안 영역(120)에서 데이터를 제공하는 어플리케이션은 서로 페어링(pairing)되고 공개키(public key)를 공유할 수 있다. 다만, 미리 설정된 조건에 따라 일반 영역(110) 내에서 실행되는 각각의 어플리케이션은 보안 영역(120) 내의 어플리케이션과 매칭될 수 있다. 보안 영역(120) 내의 어플리케이션은 일반 영역(110) 내의 어플리케이션이 실행되는데 필요한 데이터를 제공할 수 있다. 예시적으로, 일반 영역(110) 내에서 실행되는 자세 제어 어플리케이션은 보안 영역(120) 내의 자세 센서로부터 측정값을 수신하기 위한 제1 공개키를 포함할 수 있다. 다만, 상기 자세 제어 어플리케이션은 보안 영역(120) 내의 GPS 수신기가 수신한 데이터를 수신하기 위한 제2 공개키는 포함하지 않을 수 있다.
암호화부(132)는 판단부(131)의 판단의 결과에 따라, 보안 영역에 존재하는 데이터를 상기 공개키 기반 암호화 알고리즘에 기초하여 암호화하고 상기 어플리케이션으로 전달할 수 있다. 보다 구체적으로, 암호화부(132)는 보안 영역 내의 어플리케이션에 부여된 개인키(private key)를 이용하여 상기 데이터를 암호화할 수 있다. 공개키 기반 암호화 알고리즘에 따라 일반 영역(110)과 보안 영역(120) 각각에서 실행되는 어플리케이션들이 데이터를 송수신하는 과정에 관한 보다 자세한 설명은 이하에서 첨부되는 도면과 함께 보다 자세하게 설명될 것이다.
도 2는 일실시예에 따라 보안 영역의 어플리케이션이 데이터를 전달하는 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 자세 센서(210)로부터 획득된 데이터가 보안 장치(230)를 통하여 자세 제어 어플리케이션(220)으로 전달되는 과정이 도시된다. 예시적으로, 자세 센서(210)는 보안 영역 내에서 실행되는 센서 측정 어플리케이션에 의해 제어될 수 있다. 또한, 자세 제어 어플리케이션(220)은 무인 비행기 내의 일반 영역에서 실행될 수 있다. 상기 일반 영역은 무인 비행기에 포함되는 프로세서에 의해 일시적으로 구현되어 어플리케이션이 실행되는 하드웨어적 공간을 나타낼 수 있다.
자세 센서(210)는 무인 비행기의 2차원 운동을 정의하는 가로축(lateral axis)에 상응하는 피치각 데이터, 무인 비행기의 2차원 운동을 정의하는 세로축(longitudinal axis)에 상응하는 롤각 데이터 및 무인 비행기의 3차원 운동을 정의하기 위해 확장되는 수직축(vertical axis)에 상응하는 요우각 데이터를 포함하는 데이터 D1(pitch, roll, yaw)을 획득할 수 있다. 더하여, 자세 센서(210)는 보안 장치(230)를 통하여 획득된 데이터 D1을 자세 제어 어플리케이션(220)으로 전달(241)할 수 있다.
보안 장치(230)는 자세 센서(210)에 연관되는 개인키 E210을 이용하여 전달된 데이터 D1을 암호화(242)할 수 있다. 더하여, 보안 장치(230)는 암호화된 D1'을 자세 제어 어플리케이션(220)으로 전달(243)할 수 있다. 자세 제어 어플리케이션(220)은 자세 센서(210)에 연관되는 공개키 P210을 이용하여 암호화된 D1'을 해독(244)할 수 있다.
자세 제어 어플리케이션(220)은 공개키 P210을 이용한 해독의 결과에 기초하여 전달된 데이터 D1의 신뢰성을 판단할 수 있다. 일실시예에 따르면, 공개키 P210을 이용한 해독이 실패한 경우에 자세 제어 어플리케이션(220)은 암호화된 D1'이 변조된 데이터라고 판단하고, 전달된 D1'을 제거할 수 있다. 다른 일실시예에 따르면, 공개키 P210을 이용한 해독이 성공한 경우에 자세 제어 어플리케이션(220)은 암호화된 D1'이 자세 센서(210)로부터 전달된 데이터라고 판단하여 디코딩된 D1을 이용하여 자세 제어를 수행할 수 있다.
본 실시예에 따를 때, 무인 비행기의 비행에 영향을 미치는 데이터들을 공개키 기반 암호화 알고리즘을 이용하여 특정 데이터를 암호화하여 보호하고, 그에 따라 다른 외부의 공격자들이 주요 파라미터를 변조하는 것을 방지하여 무인 비행기가 보다 안전하고 정확한 비행을 수행할 수 있다.
더하여, 본 실시예에서 설명하는 보안 영역의 센서 측정 어플리케이션과 일반 영역의 자세 제어 어플리케이션(220)은 이해를 돕기 위한 예시적 기재 일뿐, 공개키 기반 암호화 알고리즘에 따라 공개키를 이용하는 쌍(pair)이 되는 어플리케이션의 다양한 조합에 따라 데이터가 송수신되는 실시예들로 확장될 수 있을 것이다.
도 3은 다른 일실시예에 따라 일반 영역의 어플리케이션이 데이터를 요청하는 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 보안 장치(330)를 통하여 항로 결정 어플리케이션(310)이 현재의 위치 데이터를 GPS 수신기(320)로 요청하는 과정이 도시된다. 예시적으로, GPS 수신기(320)는 보안 영역 내에서 실행되는 통신 어플리케이션에 의해 제어될 수 있다. 또한, 항로 결정 어플리케이션(310)은 무인 비행기 내의 일반 영역에서 실행될 수 있다. 상기 일반 영역은 무인 비행기에 포함되는 프로세서에 의해 일시적으로 구현되어 어플리케이션이 실행되는 하드웨어적 공간을 나타낼 수 있다.
항로 결정 어플리케이션(310)은 GPS 수신기(320)로부터 전달받은 현재의 위치 정보, 현재의 고도 정보, 속도 정보 및 배터리 전량 정보 중 적어도 하나의 기초하여 목적지에 도착하기 위한 경로를 조정할 수 있다. 예시적으로, 항로 결정 어플리케이션(310)으로 전달되는 위치 정보가 변조되거나 조작되는 경우에, 무인 비행기는 원하는 목적지에 도착하지 못하고, 비행 금지 구역이나 위험 지역으로 비행하게 될 가능성이 있다. 그에 따라, 항로 결정 어플리케이션(310)은 앞서 도 2에서 설명된 암호화된 위치 정보를 수신하는 것으로 이용되는 데이터의 신뢰성을 확보할 수 있다.
한편, 다른 일실시예로서 무인 비행기에 연관되는 위치 정보가 아무에게나 노출되는 경우에는 무인 비행기 자체에 관한 물리적인 정보가 공개된다는 측면에서 무인 비행기는 공격의 위험성에 노출될 수 있다.
항로 결정 어플리케이션(310)은 위치 정보에 연관되는 요청 메시지 M1을 항로 결정 어플리케이션(310)에 연관되는 개인키 E310을 이용하여 암호화(341)할 수 있다. 더하여, 항로 결정 어플리케이션(310)은 암호화된 요청 메시지 M1'을 보안 장치(330)로 전달(342)할 수 있다. 보안 장치(330)는 항로 결정 어플리케이션(310)에 연관되는 공개키 P310를 이용하여 암호화된 M1'을 해독(343)할 수 있다.
보안 장치(330)는 공개키 P310를 이용한 해독 결과에 따라 현재 위치 정보를 요청하는 항로 결정 어플리케이션(310)에게 위치 정보에 관한 접근성이 존재하는지 여부를 판단(344)할 수 있다. 보다 구체적으로, 보안 장치(330)는 공개키 P310를 이용한 해독 결과에 따라 현재 위치 정보를 요청하는 항로 결정 어플리케이션(310)의 출처를 확인하고, 신뢰성을 판단할 수 있다.
공개키 P310를 이용한 해독이 실패한 경우에, 보안 장치(330)는 항로 결정 어플리케이션(310)에게 GPS 수신기의 위치 정보에 관한 접근성이 없다는 것을 판단하고 위치 정보를 전달하지 않을 수 있다. 그에 따라, 항로 결정 어플리케이션(310)은 위치 정보 D2를 획득 실패(345)할 수 있다.
다만 공개키 P310를 이용한 해독이 성공한 경우에, 보안 장치(330)는 항로 결정 어플리케이션(310)에게 GPS 수신기의 위치 정보에 관한 접근성이 존재한다는 것을 판단할 수 있다. 보안 장치(330)는 GPS 수신기(320)로부터 획득된 위치 정보 D2를 전달(346)받을 수 있다. 더하여, 보안 장치(330)는 위치 정보 D2를 암호화하여 항로 결정 어플리케이션(310)으로 전달하기 위한 추가적인 단계를 수행(347)할 수 있다. 추가적인 단계에서 보안 장치는 항로 결정 어플리케이션(310)에 상응하는 개인키 E310를 이용하여 데이터 D2를 암호화하고, 암호화된 D2'를 항로 결정 어플리케이션(310)에 전달할 수 있다. 항로 결정 어플리케이션(310)은 암호화된 D2'을 공개키 P310을 이용하여 해독하고 데이터 D2의 이용 여부를 결정할 수 있다. 추가적인 단계에 관한 보다 자세한 설명은 앞서 기재한 도 2에 관한 설명이 적용될 수 있기 때문에 보다 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에 따를 때, 보안 장치(330)는 데이터를 요청하는 어플리케이션들이 미리 지정된 조건에 상응하는 출처에 연관되는 것인지 아닌지를 판단할 수 있다. 그에 따라, 보안 장치(330)는 무인 비행기가 획득한 항공 영상 데이터, 위치 정보, 온도 데이터, 습도 데이터 등과 같은 주요 측정값들이 임의의 침입자들에게 전달되는 것을 방지할 수 있다. 사용자는 무인 비행기에 의해 획득된 데이터나 측정 수치들이 확인되지 않은 출처의 어플리케이션으로 전송되는 것을 공개키 기반 암호화 알고리즘을 이용하여 사전에 차단하여 정보의 비밀성을 더욱 높일 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 무인 비행기의 보안 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 무인 비행기의 보안 장치(400)는 모니터링부(410) 및 제어부(420)를 포함할 수 있다. 무인 비행기의 보안 장치(400)는 보안 영역 내의 제1 데이터와 무인 비행기의 운행에 이용되는 일반 영역 내의 제2 데이터를 비교하여 실행되는 어플리케이션의 무결성(integrity)을 확인할 수 있다. 또한, 무인 비행기의 보안 장치(400)는 무인 비행기가 정상 상태인지 또는 외부로부터의 공격이나 교란을 겪고 있는 비상 상태인지 여부를 확인할 수 있다.
모니터링부(410)는 보안 영역에서 암호화되어 저장되는 제1 데이터 및 일반 영역에서 무인 비행기의 운행에 이용되는 제2 데이터를 비교하여 상기 무인 비행기의 정상 상태 여부를 모니터링할 수 있다. 보다 구체적으로, 모니터링부(410)는 저장되는 센서의 측정값과 상기 무인 비행기의 운행을 위해 실행되는 어플리케이션 내의 설정값의 차이값을 비교하여 상기 무인 비행기의 정상 상태 여부를 모니터링할 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 센서는 관성 센서 또는 자세 센서 중 어느 하나일 수 있다. 다른 일실시예에 따르면, 상기 센서는 엔진의 회전 속도를 검출하는 적외선 센서를 나타낼 수 있다. 위에 기재된 센서에 관한 실시예는 본원을 설명하기 위한 예시적 기재 일뿐, 무인 비행기의 비행 및 운행에 이용되는 다양한 센서의 실시예들과 확장 가능할 것이다. 더하여, 모니터링부(410)는 상기 차이값이 미리 지정된 임계치를 초과하는 경우에 상기 무인 비행기의 비상 상태를 판단할 수 있다.
예시적으로, 공격자는 무인 비행기 내에서 실행되는 어플리케이션의 바이너리(binary)를 위조하거나 변조하는 것으로 무인 비행기의 제어 기능을 하이재킹하거나 제어 불능 상태로 조작할 수 있다. 본 실시예에 따른 무인 비행기의 보안 장치(400)는 내부의 방화벽(firewall)에 의해 암호화되어 보호되고 있는 제1 데이터와 실제 어플리케이션이 실행되는데 이용되는 제2 데이터의 값을 비교하는 것으로 공격자의 침입 여부를 확인할 수 있다.
또한, 모니터링부(410)는 일반 영역에서 실행되는 어플리케이션의 전자 서명(digital signature)가 훼손되었는지 여부를 확인하는 것으로 무결성을 확인할 수 있다. 모니터링부(410)는 어플리케이션이 제공하는 전자 서명을 상기 어플리케이션에 연관되는 공개키로 해독하고, 전자 서명의 출처를 확인하여 상기 어플리케이션의 무결성을 확인할 수 있다.
제어부(420)는 무인 비행기가 비상 상태라고 판단된 경우, 무인 비행기를 미리 지정된 비상 모드에 따라 제어할 수 있다. 일실시예에 따르면, 무인 비행기가 비상 상태로 판단된 경우, 제어부(420)는 상기 보안 영역 내에 저장된 홈 웨이 포인트(home waypoint)로 상기 무인 비행기의 경로를 지정할 수 있다. 예시적으로, 홈 웨이 포인트는 위도와 경로를 포함하는 위치 정보를 나타낼 수 있다. 또한, 홈 웨이 포인트는 무인 비행기가 유지 및 보수되는 비행 센터의 위치 정보를 나타낼 수 있다.
또한, 제어부(420)는 무인 비행기각 비상 상태라고 판단된 경우, 무인 비행기가 가장 가까운 안전 지역으로 착륙하도록 제어할 수 있다. 제어부(420)는 보안 영역 내에 저장된 무인 비행기와 현재 위치가 가장 가까운 안전 지역을 계산할 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 안전 지역은 보안 영역에 미리 저장된 복수의 위치 좌표값을 나타낼 수 있다. 예시적으로, 안전 지역은 무인 비행기가 안전한 착륙이 가능하도록 하는 평지를 포함하는 지역을 나타낼 수 있다.
다만, 제어부(420)는 무인 비행기가 정상 상태로 판단된 경우, 무인 비행기가 이전의 임무 수행을 그대로 유지하도록 제어할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 무인 비행기를 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 무인 비행기(500)의 내부 시스템이 도시된다. 무인 비행기(500)는 운영체제를 이용하여 적어도 하나의 어플리케이션을 실행하는 일반 영역(510)과 보안 장치에 의해 무결성이 유지되는 보안 영역(520)을 포함할 수 있다. 일실시예에 따를 때, 일반 영역(510)에서 실행되는 어플리케이션은 충돌 회피 어플리케이션, 항로 결정 어플리케이션 및 자세 제어 어플리케이션 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 더하여, 각각의 어플리케이션은 서로 갖고 있는 공개키 및 개인키를 외부로부터 보호하고자 샌드박싱(sandboxing)될 수 있다. 분리되어 독립된 자원을 이용하여 각각의 어플리케이션이 실행될 수 있다.
보안 장치는 일반 영역(510)에서 실행되는 어플리케이션으로 보안 영역(520)에 저장된 암호화된 데이터를 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 더하여, 모니터링 어플리케이션은 일반 영역(510)에서 실행되는 어플리케이션 각각의 전자 서명을 확인하고, 무결성을 확인할 수 있다. 보다 구체적으로, 모니터링 어플리케이션은 상기 전자 서명을 공개키로 해독하고, 일반 영역(510)에서 실행되는 어플리케이션의 출처를 확인할 수 있다. 서비스 매니저는 보안 장치의 요청에 따라 운항 제어 어플리케이션, 센서 측정 어플리케이션 및 통신 어플리케이션으로부터 타켓 데이터를 전달 받거나 필요한 명령을 전달하는 역할을 수행할 수 있다.
본 실시예에 따를 때, 일반 영역(510)에서 실행되는 충돌 회피 어플리케이션, 항로 결정 어플리케이션 및 자세 제어 어플리케이션의 프로그램 위변조를 탐지할 수 있다. 더하여, 무인 비행기(500)의 내부 설정값이 변조되어 무인기가 추락하거나 비행 금지 구역으로 진입하는 등의 비상 상태를 사전에 차단하는 효과를 기대할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (14)

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  9. 적어도 하나의 프로세서를 포함하며, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 적어도 일시적으로 구현되는:
    보안 영역 내에서 암호화되어 저장되는 제1 데이터 및 일반 영역에서 무인 비행기의 운행에 이용되는 제2 데이터를 비교하여 상기 무인 비행기의 정상 상태 여부를 모니터링하는 모니터링부; 및
    상기 무인 비행기가 비상 상태로 판단된 경우, 상기 무인 비행기를 미리 지정된 비상 모드에 따라 제어하는 제어부
    를 포함하는 무인 비행기의 보안 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 모니터링부는 상기 보안 영역 내에 저장되는 센서의 측정값과 상기 무인 비행기의 운행을 위해 실행되는 어플리케이션 내의 설정값의 차이값을 비교하여 상기 무인 비행기의 정상 상태 여부를 모니터링하는 무인 비행기의 보안 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 모니터링부는 상기 차이값이 미리 지정된 임계치를 초과하는 경우에 상기 무인 비행기의 비상 상태를 판단하는 무인 비행기의 보안 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 무인 비행기가 비상 상태로 판단된 경우, 상기 제어부는 상기 보안 영역 내에 저장된 홈 웨이 포인트(home waypoint)로 상기 무인 비행기의 경로를 지정하는 무인 비행기의 보안 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 무인 비행기가 비상 상태로 판단된 경우, 상기 제어부는 상기 보안 영역 내에 저장된 무인 비행기의 현재 위치와 가장 가까운 안전 지역을 계산하고, 상기 가장 가까운 안전 지역으로 상기 무인 비행기가 착륙하도록 제어하고,
    상기 안전 지역은 상기 보안 영역에 미리 저장된 복수의 위치 좌표값을 나타내는 것을 특징으로 하는 무인 비행기의 보안 장치.
  14. 무인 비행기의 보안성 관리 방법을 실행하는 프로그램을 수록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 있어서, 상기 프로그램은:
    보안 영역 내에서 암호화되어 저장되는 제1 데이터 및 일반 영역에서 실행되어 무인 비행기의 운행에 이용되는 제2 데이터를 비교하여 상기 무인 비행기의 정상 상태 여부를 모니터링하는 명령어 세트; 및
    상기 무인 비행기가 비상 상태로 판단된 경우, 상기 무인 비행기를 미리 지정된 비상 모드에 따라 제어하는 명령어 세트
    를 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
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KR20220026507A (ko) * 2020-08-25 2022-03-04 순천향대학교 산학협력단 무인 항공기 보안 프로토콜 시스템 및 그 방법

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