스마트그리드에서의 AMI보안을 위한 LASP에 관한연구

Abstract

저탄소 녹색성장이 전 지구적 과제로 등장하면서 온실가스 배출을 최소화하는 그린에너지 산업혁신의 핵심으로 스마트그리드 개념이 출현 하였다. 스마트그리드는 기존 전력망에 정보통신기술을 접목하여 전력망의 신뢰성, 효율성, 안전성을 향상시키고, 전력의 생산 및 소비 정보를 양 방향-실시간으로 유통함으로써 에너지 효율을 최적화하는 차세대 전력망기술이다. 현재까지 전력망은 폐쇄형, 단독망으로 운영관리 되어 크게 문제가 되지 않았지만 IT가 결합됨에 따라 정보통신 네트워크 기기에서 발생하고 있는 보안문제가 나타날 수 있는 우려가 높다. 고객의 프라이버시노출 ,정보도용, 사용요금 조작은 물론, 전력시스템의 마비까지 기존 전력망에서 나타나지 않았던 새로운 위협의 가능성이 도사리고 있으나, 현재까지 이에 대한 연구는 미미한 상태이며, 매체의 단점을 극복하기 위해 전송 에러율을 낮추고 전송 속도를 높이는데 초점을 두고 다양한 시도를 해왔으며 소기의 성과를 거두고 있다. 그러나 이에 비해 검침 데이터를 원격으로 안전하게 전송하는 방법에 대한 연구는 초기 단계로서 국내외 표준마저 없는 실정이다. 그나마 현재 시범적으로 적용되고 있는 원격검침 시스템은 암/복호화 알고리즘으로 DES (Data Encryption Standard) 를 사용하거나 톤맵 (Tone Map) 으로 암호화 알고리즘을 대체하고 있는 실정이나 보안에 안전하지 않다는 것이 증명되었으며, 또한 국내에서 개발한 전력선을 이용한 원격검침 시스템은 오버헤더가 발생되고, 발열현상과 표준화 지연 등으로 통신 속도와 기술적인 신뢰성이 결여되며, 기기의 인증 과정이나 보안 알고리즘이 없고, 저속 PLC(Power Line Communication)는 Steam Cypher를 사용하고, 고속 PLC는 56bit DES(Data Encryption Standard)를 사용함으로써 보안의 취약성을 갖는다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하고자 공개키를 기반으로 한 LASP(Light AMI Security Protocol)를 연구하게 되었으며, 이 프로토콜은 다음과 같은 네 가지 사항을 제안하였다. 첫째, 국내 스마트그리드 환경에 적합한 AMI 모델과 AMI 기기 간 인터페이스에 대한 논리적인 모델을 설계하였다. 둘째, 제안한 AMI 모델과 인터페이스를 기준으로 보안 취약점을 분석하였다. 셋째, 체계적인 키 생성 및 키 관리를 위한 PKI 기반의 AMI 기기 보안 체계를 설계하였다. 넷째, 컴퓨팅 파워가 낮은 AMI 기기에 적용될 수 있도록 그 동안 연구결과들에 비해 상대적으로 가볍지만 안전한 보안 프로토콜인 LASP(Light AMI Secure Protocol)을 제안하였다. 제안한 사항들에 대한 성능평가를 다음과 같이 수행하였다. 첫째, 성능평가를 위한 실험 환경과 테스트 항목을 설정하고, 실험 시스템에 제안 사항들을 구현하여, 제안한 사항별로 구현한 결과와 실험 결과를 분석하였다. 둘째, 제안 사항 중 키 설정 과정과 보안을 미적용한 상태와 보안 알고리즘(LASP)을 적용했을 때의 성능 평가를 수행하였다. 성능평가를 시행한 결과를 보면, LASP의 보안프로토콜이 적용된 시간의 이력 데이터는 80ms, 전월 데이터는 56ms, LP 데이터는 310ms로서 시간이 상대적으로 늘어났고, 노드 당 WPAN 조인시간도 3.73초 정도 지연시간이 있음을 확인할 수 있었다. 하지만 보통 15분단위 이상으로 검침하는 AMI에서는 보안기술 적용으로 인한 지연시간이 아무 문제가 없다는 것이 증명되었으며, 이는 LASP를 적용하여 검침을 수행해도 네트워크 안정성에는 아무런 문제가 없으며, 검침 데이터의 안전한 송수신과 검침시간의 성능 면에서도 이상이 없다는 것을 확인할 수 있었다.