KR20240023934A - 가속도계를 이용하여 자이로스코프를 대상으로 하는 공격을 탐지 및 복원하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

가속도계를 이용하여 자이로스코프를 대상으로 하는 공격을 탐지 및 복원하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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고려대학교 산학협력단
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Abstract

자이로스코프(Gyroscope)를 대상으로 하는 공격을 탐지하는 공격 탐지 장치가 개시된다. 상기 공격 탐지 장치는 가속도계와 상기 자이로스코프로부터 측정값을 수신하는 데이터 수집부 및 상기 가속도계의 측정값을 이용하여 각속도를 추정하고, 추정된 각속도와 상기 자이로스코프에 의해 측정된 각속도를 비교하여 공격을 탐지하는 공격 탐지부를 포함한다.

Description

가속도계를 이용하여 자이로스코프를 대상으로 하는 공격을 탐지 및 복원하기 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR DETECTING GYROSCOPE ATTACK AND RECOVERING USING ACCELEROMETER}
본 발명은 자이로스코프(gyroscope)를 대상으로 하는 공격을 가속도계를 이용하여 탐지하고 복원하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
자이로스코프는 3축(x, y, z축)에서 각 축을 중심으로 회전하는 시스템의 각속도(Roll, Pitch, Yaw)를 측정하는 센서이다. 자이로스코프를 이용하여 3축에서 측정하는 각속도는 무인 이동체 시스템에서 필수적으로 사용되는 측정값이며, 위치 및 자세 추정, 이동 경로 계획 등 자율주행 고급 기능 구현에 활용된다.
특히, 자이로스코프 z축에서 측정되는 Yaw 각속도는 무인 이동체의 진행 방향 획득, 오버스티어링 및 언더스티어링 탐지 등에 사용되는 측정값이며, 다른 센서로는 획득할 수 없는 데이터이다.
최근, MEMS(Micro-Electro Mechanical System) 기술의 발전에 따라 무인이동체에 탑재되는 대부분의 자이로스코프는 MEMS 방식으로 제작되는 추세이다. MEMS 방식의 자이로스코프는 음향 신호에 의해 측정값에 오류가 발생하는 취약점을 가지고 있다. 이는 MEMS 자이로스코프 내부의 고유한 구조와 각속도 측정 방식에 기인한다.
MEMS 자이로스코프의 내부에는 매우 작은 질량체와 이를 지탱하는 스프링이 존재하며, 회전에 의해 코리올리 힘이 발생하면 각 축에서 이를 측정하고 결과적으로 각속도를 측정할 수 있다. 그러나, 스프링의 공진 주파수는 일반적인 상용 등급의 스피커로 출력할 수 있는 대역의 주파수 대역(~30kHz)을 가지고 있기 때문에 해당 공진 주파수에 해당하는 음향 신호가 주입되면 자이로스코프의 각속도 측정값에 오류가 발생할 수 있다.
이러한 오류는 MEMS 자이로스코프 내부의 고유한 구조와 각속도 측정 방식에 의한 취약점이며, 음향 신호 주입으로 인해 발생하는 물리 레벨의 공격이므로 일반적인 소프트웨어 기반의 보호 기법으로는 공격 탐지 및 방어가 어렵다.
따라서, 공격자는 의도적인 음향 신호 주입을 통해 자이로스코프 측정값에 오류를 발생시킬 수 있고, 결과적으로 드론의 추락, 차량의 급회전 등 무인 이동체의 오동작을 유도할 수 있다.
대한민국 공개특허 제2022-0069775호 (2022.05.27. 공개) 대한민국 등록특허 제2194127호 (2020.12.22. 공고)
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는, 자이로스코프를 대상으로 하는 공격을 가속도계를 이용하여 탐지하고 복원하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공격 탐지 장치는 자이로스코프(Gyroscope)를 대상으로 하는 공격을 탐지하는 공격 탐지 장치로써, 가속도계와 상기 자이로스코프로부터 측정값을 수신하는 데이터 수집부 및 상기 가속도계의 측정값을 이용하여 각속도를 추정하고, 추정된 각속도와 상기 자이로스코프에 의해 측정된 각속도를 비교하여 공격을 탐지하는 공격 탐지부를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공격 탐지 장치는 제1 데이터와 제2 데이터를 수집하는 데이터 수집부, 상기 제1 데이터를 이용하여 가속도로부터 각속도를 추정하는 변환식을 도출하는 변환식 도출부, 및 상기 변환식을 이용하여 상기 제2 데이터에 포함된 가속도로부터 각속도를 추정하고, 추정된 각속도에 기초하여 자이로스코프를 대상으로 하는 공격을 탐지하는 공격 탐지부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 자이로스코프 공격 탐지 및 복원을 위한 장치 및 방법에 의할 경우, 자이로스코프를 대상으로 하는 신호 주입 공격을 탐지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 무인 이동체가 회전할 때, x축 및 y축 가속도와 z축 각속도의 측정값을 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자이로스코프 공격 탐지 장치의 기능 블럭도이다.
도 3은 도 2에 도시된 공격 탐지 장치에 의한 공격 탐지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 실제 Yaw 각속도 측정값과 공격 탐지 장치에 의해 추정된 Yaw 각속도에 대한 그래프를 도시한다.
도 5에는 계획된 경로를 따라 이동한 무인 이동체의 이동 좌표(주황색)와 복원 기법을 적용하여 이동한 무인 이동체의 이동 좌표(파란색)가 도시되어 있다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 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 본 발명이 속하는 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.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명은 가속도계(MEMS 가속도계를 의미할 수 있음)의 측정값을 이용하여 공격(예컨대, 음향 신호 주입 공격 등)으로 인해 손상된 자이로스코프의 각속도(임의의 각속도로써, Yaw 각속도를 의미할 수 있음)를 탐지하고 손상된 각속도를 복원하는 장치 및 방법에 관한 발명이다.
본 발명은 소프트웨어 형태로 무인 이동체의 컨트롤러(또는 프로세서)에 탑재되어, 가속도계 측정값을 이용하여 Yaw 각속도를 실시간 추정할 수 있다.
추정된 Yaw 각속도와 실제 자이로스코프에서 측정된 Yaw 각속도의 차이가 임계값을 넘는 경우 공격 상황으로 판단하여 실제 자이로스코프 측정값을 격리하고, 추정된 Yaw 각속도를 사용할 수 있다.
이하에서는, x축 및 y축 가속도와 z축 각속도의 관계를 설명한다.
2차원 평면에서 무인 이동체의 운동과 관련있는 센서 측정값은 가속도계로 측정할 수 있는 x축 가속도 및 y축 가속도와 자이로스코프로 측정할 수 있는 z축 각속도이다.
병진운동에서 가속도계 x축은 차량의 진행 방향과 일치하므로 가속도의 변화가 x축 가속도에 측정되며 이때 자이로스코프 z축 각속도 변화는 관찰되지 않는다.
회전운동은 우회전과 좌회전으로 구분할 수 있고, 우회전 상황에서 무인 이동체는 z축을 중심으로 시계 방향으로 회전하므로 자이로스코프 z축 각속도에는 음의 각속도가 측정된다. 이때 진행 방향과 일치하는 가속도계 x축에서는 음의 각속도가 측정되며 회전 반경의 중심 방향(가속도계 y축)에는 양의 가속도가 측정된다.
좌회전 상황에서는 가속도계 x, y축에 음의 각속도가 측정되며 자이로스코프 z축에 양의 각속도가 측정된다. 이와 관련하여, 도 1에는 x, y축 가속도와 z축 각속도의 관계를 나타내는 그래프이다. 구체적으로 좌회전 상황에서 가속도계 x, y축에 음의 가속도가 측정되며, 자이로스코프 z축에 양의 각속도가 측정됨을 알 수 있다.
이하에서는, 선형 시스템 식별(Linear System Identification)을 이용한 변환식 도출 과정을 설명한다.
본 발명에서는 가속도계 측정값과 자이로스코프 측정값의 관계를 사용하여 Yaw 각속도 복원 기법을 제안하며, 이를 위해 시스템 식별(또는 선형 시스템 식별) 기술을 사용할 수 있다.
시스템 식별 기술은 실제 시스템의 물리적 특성에 대해 근사치를 식별하여 관계식을 도출하는 방법이다. 시스템 식별에서 통계적 방법은 측정된 데이터(입력 및 출력)에서 동적 시스템의 수학적 모델을 구축하는 데 사용되며, 본 발명에서 입력 데이터와 출력 데이터는 각각 가속도계 x, y축 측정값과 자이로스코프 z축 측정값(Yaw 각속도)으로 정의된다.
수학적 모델의 정확도는 시스템 식별에 사용되는 데이터 세트의 품질에 의존되며, 높은 복원 정확도를 달성하기 위해 무인 이동체의 많은 동작을 반영하는 데이터 세트를 수집하여야 한다.
수집된 데이터 세트로부터 시스템 식별을 수행하여 자이로스코프 z축 측정값과 가속도계 x, y축 측정값 사이 관계에 대한 시스템 모델을 구성하며, 다음 선형 미분 방정식은 시스템 모델을 설명하는 관계식이다.
[수학식]
위 수식에서 t는 시간이며, gz(t), ax(t), ay(t)는 각각 자이로스코프의 z축 측정값, 가속도계 x, y축 측정값을 의미한다. 시스템 식별을 통해 오류를 최소화하는 계수 A, B와 상수 C를 추정(또는 결정)할 수 있다.
이하에서는, 자이로스코프를 대상으로 하는 공격의 탐지 및/또는 손상된 z축 각속도 측정값의 복원 방법을 설명한다.
A, B, C가 결정된 선형 미분 방정식으로 구성된 시스템 모델은 실시간으로 가속도계 측정값을 입력받아 Yaw 각속도를 추정하며, 추정된 Yaw 각속도와 실제 자이로스코프에서 측정된 Yaw 각속도의 차이가 이리 정해진 임계치(예컨대, 0.03rad/s) 이상일 경우(또는 초과하는 경우) 복원 기법이 구현된 소프트웨어가 작동할 수 있다. 이때, 임계치를 초과하는 차이가 발생하는 경우, 자이로스코프를 대상으로 하는 공격이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 해당 소프트웨어는 실제 자이로스코프에서 측정된 Yaw 각속도를 격리하고 시스템 모델에서 추정된 Yaw 각속도를 시스템에서 사용하도록 한다.
Yaw 각속도의 차이가 임계친(예컨대, 0.03rad/s) 미만(또는 이하)으로 일정 시간 유지되면 실제 Yaw 각속도의 격리를 해제하고 시스템에서 사용할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자이로스코프 공격 탐지 장치의 기능 블럭도이고, 도 3은 도 2에 도시된 공격 탐지 장치에 의한 공격 탐지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
공격 탐지 장치(100)는 적어도 프로세서(processor) 및/또는 메모리(memory)를 포함하는 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있다. 프로세서는 컴퓨팅 장치의 동작을 제어하는 요소로써, 제어부, 컨트롤러(controller), 마이콤(MiCom), 중앙처리장치(Central Processing Unit, CPU) 등과 같이 환경과 장치에 따라 상이한 명칭으로 명명될 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치는 PC, 스마트폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet PC), 스마트 안경(smart glasses), 스마트 와치(smart watch), HMD(Head Mounted Device), 네비게이션 시스템 등으로 구현될 수 있다. 또다른 예로, 컴퓨팅 장치는 차량(예컨대, 자율주행차량 또는 반자율주행차량), 드론과 같은 무인 이동체의 일부로 구현될 수도 있다. 따라서, 자이로스코프 공격 탐지 방법은 컴퓨팅 장치(예컨대, 프로세서)의 동작으로 이해될 수도 있다.
공격 탐지 장치(100)는 데이터 수집부(110), 변환식 도출부(120), 공격 탐지부(130), 및 저장부(140) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 공격 탐지 장치(100)는 가속도계 및/또는 자이로스코프를 포함하는 개념으로 이해될 수도 있다.
데이터 수집부(110)는 자이로스코프를 대상으로 하는 공격을 탐지 및/또는 센서값 복원 과정에서 이용되는 데이터를 수집할 수 있다. 구체적으로, 데이터 수집부(110)는 변환식 도출 과정에서 이용되는 제1 데이터와 공격 탐지 과정에서 이요되는 제2 데이터를 수집할 수 있다.
이를 위해, 데이터 수집부(110)는 가속도계로부터 제1 가속도값(예컨대, x축 가속도값)과 제2 가속도값(예컨대, y축 가속도값)을 수신하고, 자이로스코프로부터 각속도값(예컨대, z축 각속도값)을 수신할 수 있다.
제1 데이터는 변환식 도출 과정에 이용되는 데이터를 의미할 수 있다. 이를 위해, 데이터 수집부(110)는 공격 탐지 장치(100)가 탑재된(또는 가속도계와 자이로스코프가 탐재된) 장치(예컨대, 드론이나 차량이 될 수 있음)의 움직임에 따른 센서(가속도계, 자이로스코프)의 출력값을 수신할 수 있다. 실시예에 따라, 제1 데이터는 USB 저장 장치와 같은 소정의 저장 장치로부터 수신되거나 유무선 통신망을 통하여 수신될 수도 있다.
제2 데이터는 자이로스코프를 대상으로 하는 공격 여부를 판단하기 위한 데이터로써, (실시간으로) 수신되는 센서(가속도계, 자이로스코프)의 측정값을 의미할 수 있다.
변환식 도출부(120)는 제1 데이터를 이용하여 가속도계의 측정값을 이용하여 자이로스코프의 측정값을 도출하는 변환식을 도출할 수 있다. 변환식 도출은 (선형) 시스템 식별((Linear) System Identification) 기술을 이용하여 도출될 수 있다. 즉, 변환식 도출부(120)는 제1 데이터를 이용하여 앞서 기재한 선형 미분 방정식의 계수(A, B)와 상수(C)의 값을 결정할 수 있다.
실시예에 따라, 변환식은 별도의 컴퓨팅 장치에 의해 도출된 후 공격 탐지 장치(100)에 저장될 수도 있다. 이 경우, 변환식 도출부(120)는 공격 탐지 장치(100)에서 생략될 수도 있다.
공격 탐지부(130)는 제2 데이터를 이용하여 자이로스코프를 대상으로 하는 (신호 주입) 공격 여부를 탐지할 수 있다. 구체적으로, 공격 탐지부(130)는 변환식을 이용하여 실시간으로 수신되는 가속도계의 측정값(x축 가속도와 y축 가속도)으로부터 자이로스코프의 측정값, 예컨대 z축 각속도을 추정(또는 도출)할 수 있다.
공격 탐지부(130)는 추정된 각속도와 측정된 각속도를 비교함으로써 자이로스코프를 대상으로 하는 공격의 존재 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로, 공격 탐지부(130)는 추정된 각속도와 측정된 각속도의 차이가 미리 정해진 임계치를 초과하는 경우, 자이로스코프에 대한 공격이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이와 반대로, 공격 탐지부(130)는 추정된 각속도와 측정된 각속도의 차이가 미리 정해진 임계치를 초과하지 않는 경우, 자이로스코프에 대한 공격이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
자이로스코프에 대한 공격이 탐지된 경우, 자이로스코프에 의해 측정된 각속도 대신 추정된 각속도를 사용함으로써, 공격 여부와는 무관하게 공격 탐지 장치(100)가 탐재된 장치(예컨대, 차량이나 드론)의 움직임을 제어할 수 있다.
저장부(140)에는 공격 탐지 장치(100)의 동작을 위한 프로그램, 소스코드, 어플리케이션 등이 저장되어 있을 수 있다. 또한, 저장부(140)에는 데이터 수집부(110)에 의해 수집된 제1 데이터, 제2 데이터, 변환식 도출부(120)에 의해 도출된 변환식, 별도의 컴퓨팅 장치에 의해 도출된 변환식, 공격 탐지부(130)에 의한 공격 탐지 결과 등이 저장될 수 있다.
[실시예]
시스템 식별(System Identification)의 결과인 시스템 모델은 A, B, C가 결정된 선형 미분 방정식을 사용하여 구성할 수 있으며 Yaw 각속도 추정을 위해 사용될 수 있다. 실제 Yaw 각속도 측정값과 시스템 모델을 사용한 추정값의 비교를 위해 Residual (잔차)를 계산하였으며, 평균 Residual은 0.030rad/s, 최대 Residual은 0.0373rad/s로 측정되었다. 도 4에는 실제 Yaw 각속도 측정값과 시스템 모델, 즉 공격 탐지 장치에 의해 추정된 Yaw 각속도에 대한 그래프가 도시되어 있다.
또한, 실제 Yaw 각속도 측정값이 조작된 상황에서 본 발명에서 기술하고 있는 복원 기법을 사용하였을 때 무인 이동체가 정상적으로 경로를 따라 주행할 수 있음을 확인할 수 있었다. 도 5에는 계획된 경로를 따라 이동한 무인 이동체의 이동 좌표(주황색)와 복원 기법을 적용하여 이동한 무인 이동체의 이동 좌표(파란색)가 도시되어 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성 요소, 소프트웨어 구성 요소, 및/또는 하드웨어 구성 요소 및 소프트웨어 구성 요소의 집합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성 요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(Arithmetic Logic Unit), 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor), 마이크로컴퓨터, FPA(Field Programmable 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(Operation System, 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 기술 분야에서 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, 구성 요소(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), 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.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성 요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성 요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 공격 탐지 장치
110 : 데이터 수집부
120 : 변환식 도출부
130 : 공격 탐지부
140 : 저장부

Claims (8)

  1. 자이로스코프(Gyroscope)를 대상으로 하는 공격을 탐지하는 공격 탐지 장치에 있어서,
    가속도계와 상기 자이로스코프로부터 측정값을 수신하는 데이터 수집부; 및
    상기 가속도계의 측정값을 이용하여 각속도를 추정하고, 추정된 각속도와 상기 자이로스코프에 의해 측정된 각속도를 비교하여 공격을 탐지하는 공격 탐지부를 포함하는 공격 탐지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    데이터 수집부는,
    상기 가속도계로부터 x축 가속도와 y축 가속도를 수신하고,
    상기 자이로스코프로부터 z축 각속도를 수신하는,
    공격 탐지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공격 탐지부는 변환식을 이용하여 x축 가속도와 y축 가속도로부터 z축 각속도를 추정하는,
    공격 탐지 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공격 탐지부는 추정된 z축 각속도와 측정된 z축 각속도의 차이가 미리 정해진 임계치를 초과하는 경우, 상기 자이로스코프를 대상으로 하는 공격이 발생한 것으로 판단하는,
    공격 탐지 장치.
  5. 제1 데이터와 제2 데이터를 수집하는 데이터 수집부;
    상기 제1 데이터를 이용하여 가속도로부터 각속도를 추정하는 변환식을 도출하는 변환식 도출부; 및
    상기 변환식을 이용하여 상기 제2 데이터에 포함된 가속도로부터 각속도를 추정하고, 추정된 각속도에 기초하여 자이로스코프를 대상으로 하는 공격을 탐지하는 공격 탐지부를 포함하는 공격 탐지 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 변환식 도출부는 시스템 식별(System Identification) 기법을 이용하여 상기 제1 데이터에 포함된 x축 가속도와 y축 가속도로부터 z축 각속도를 도출하는 상기 변환식을 도출하는,
    공격 탐지 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 공격 탐지부는 상기 변환식을 이용하여 상기 제2 데이터에 포함된 x축 가속도와 y축 가속도로부터 z축 각속도를 추정하고, 추정된 z축 각속도와 상기 제2 데이터에 포함된 측정된 z축 각속도를 비교하여 공격을 탐지하는,
    공격 탐지 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공격 탐지부는 추정된 z축 각속도와 측정된 z축 각속도의 차이가 미리 정해진 임계치를 초과하는 경우, 상기 자이로스코프를 대상으로 하는 공격이 발생한 것으로 판단하는,
    공격 탐지 장치.
KR1020220102254A 2022-08-16 2022-08-16 가속도계를 이용하여 자이로스코프를 대상으로 하는 공격을 탐지 및 복원하기 위한 장치 및 방법 KR20240023934A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102194127B1 (ko) 2019-08-12 2020-12-22 엘아이지넥스원 주식회사 멤스센서를 구비한 드론
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102194127B1 (ko) 2019-08-12 2020-12-22 엘아이지넥스원 주식회사 멤스센서를 구비한 드론
KR20220069775A (ko) 2020-11-20 2022-05-27 고려대학교 산학협력단 센서에 대한 공격 탐지 방법

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