산업 제어 시스템 기초

산업 제어 시스템(ICS)은 전력망, 수처리 시설, 제조 라인, 배관망 및 건물 시스템과 같은 물리적 프로세스를 감시하고 운영하는 컴퓨터와 장치입니다. 더 넓은 범주인 운영 기술(OT)과 함께 디지털 세계와 물리적 세계를 연결합니다.

이 영역에서의 장애는 단순한 데이터 손실이 아닙니다. 생산 중단, 환경 피해 또는 인명 위험으로 이어질 수 있습니다.

프로그램 가능 논리 제어기(PLC)는 센서 입력을 읽고 실시간으로 작동기 출력을 제어하는 견고한 산업용 컴퓨터입니다. 연속적인 순환 주기에 따라 제어 논리를 실행합니다. 입력 읽기, 프로그램 실행, 출력 기록, 반복의 순서입니다.

• 결정론적이고 안정적이며 열악한 환경에 맞게 제작됨
• 릴레이 회로도와 유사한 래더 논리로 프로그래밍하는 경우가 많음
• 밸브, 모터, 펌프 및 차단기를 직접 제어함

관련 현장 장치는 원격 및 특수한 역할까지 제어 범위를 확장합니다.

• RTU(원격 단말 장치) — PLC와 유사하지만 지리적으로 분산된 현장에서 장거리 연결을 통해 원격 측정 데이터를 전송하도록 최적화된 장치이며, 공공 설비와 배관망에서 흔히 사용됩니다.
• IED(지능형 전자 장치) — 변전소의 보호 계전기와 같은 특정 목적용 제어기

이러한 장치는 현장 말단에서 데이터를 수집하고 명령을 실행하며, 무인 장소에 설치되는 경우가 많습니다.

SCADA(감독 제어 및 데이터 수집)는 운영자가 중앙 위치에서 분산된 프로세스를 감시하고 제어할 수 있게 하는 시스템입니다. 프로세스를 직접 제어하지 않고, 실제 제어를 담당하는 PLC와 RTU를 감독합니다.

• 여러 현장 장치에서 원격 측정 데이터를 수집
• 운영자에게 데이터를 제공하고 시간에 따른 기록으로 저장
• 감독 명령(설정값, 시작/중지)을 전송

SCADA를 조종실로, PLC를 동력원으로 생각하면 됩니다.

인간-기계 인터페이스(HMI)는 운영자가 공정을 들여다보는 창입니다. 탱크 수위, 온도, 유량, 경보를 보여 주는 그래픽 화면과 공정을 조정하는 제어 기능을 제공합니다.

보안 관점에서 HMI가 중요한 이유는 HMI가 침해되면 공격자가 운영자의 판단을 흐리게 하거나(공정이 방해받는 동안 정상적인 값을 표시) 직접 위험한 명령을 내릴 수 있기 때문입니다.

분산 제어 시스템(DCS)은 정유 공장이나 화학 공장처럼 단일 시설 안에서 긴밀하게 결합된 연속 공정에 사용되는 유사한 시스템입니다.

• SCADA — 지리적으로 분산되고, 감독 중심이며, 지연에 강함(파이프라인, 전력망)
• DCS — 플랜트 내부에 위치하고, 공정 제어에 집중하며, 지연 시간이 짧은 제어 루프를 사용함(정유 공장, 발전소)

실제로는 두 시스템의 구분이 모호해지며, 둘 다 이 과정에서 다루는 동일한 보안 문제를 공유합니다.

공정 이력 데이터 저장 시스템은 분석, 규정 준수, 문제 해결을 위해 시계열 공정 데이터(센서 측정값, 설정값, 경보)를 높은 해상도로 기록합니다.

보안과 관련된 중요성:

• 비즈니스 분석에 데이터를 제공하기 위해 OT와 IT 네트워크 양쪽에 걸쳐 있는 경우가 많아, 공격자가 다른 시스템으로 이동하는 일반적인 거점이 됨
• 공격자가 공정을 정찰하는 데 이 데이터가 유용함
• 실시간 제어 경로를 방해하지 않으면서 보호해야 함

엔지니어링 워크스테이션(EWS)은 PLC와 다른 제어기를 프로그래밍하고 구성하는 데 사용됩니다. 이 장치에는 프로젝트 파일과 제어 논리를 업로드하고 다운로드하며 수정할 수 있는 소프트웨어가 저장되어 있습니다.

따라서 EWS는 OT에서 가장 위험한 표적 중 하나입니다. EWS를 장악한 공격자는 물리적 장비를 제어하는 논리를 다시 작성할 수 있습니다. 여러 고명한 ICS 공격에서 EWS 침해가 발생했습니다.

물리적 경계에서는 두 가지 장치 유형이 제어 루프를 완성합니다.

• 센서는 공정을 측정합니다: 압력, 온도, 수위, 유량, 위치
• 액추에이터는 공정을 변경합니다: 밸브, 모터, 펌프, 차단기, 히터

제어기는 센서를 읽고 판단한 뒤 액추에이터를 구동합니다. 여기서 중요한 보안 관점은 공격자가 센서 측정값이나 액추에이터 명령을 위조하면, 제어 논리가 겉보기에는 정상인 상태에서도 잘못된 판단을 내리게 된다는 점입니다.

안전 계장 시스템(SIS)은 위험한 상황이 발생했을 때 공정을 안전 상태로 전환하는 것만을 목적으로 하는 독립적인 계층입니다. 예를 들어 과압이 발생하면 반응기를 정지시킵니다.

제어 시스템의 장애가 안전 기능까지 무력화하지 못하도록 SIS는 의도적으로 제어 시스템과 분리되어 있습니다. 악명 높은 공격 중 하나는 SIS를 직접 표적으로 삼아 안전 보호 기능을 무력화하려 했습니다. 이것이 SIS의 격리와 무결성을 무엇보다 중요하게 여기는 이유입니다.

일반적인 제어 계층은 아래에서 위로 다음과 같습니다.

• 센서와 액추에이터가 물리적 공정에 직접 연결됨
• PLCs / RTUs / IEDs가 실시간 제어를 수행함
• SCADA / HMI / DCS가 공정을 감독하고 운영자가 개입할 수 있게 함
• 이력 데이터 저장 시스템과 EWS가 분석과 엔지니어링을 지원함
• SIS가 독립적으로 안전을 보호함

이 계층 구조를 이해하는 것이 과정의 나머지 부분에서 다룰 보안상의 차이와 보호 방법을 이해하는 토대입니다.

각 구성 요소를 보안상 중요성과 연결해 보십시오.

산업 제어를 구성하는 기본 요소를 배웠습니다.

• PLCs, RTUs, IEDs가 물리적 공정을 실시간으로 제어함
• SCADA, HMI, DCS가 공정을 감독하고 운영자가 모니터링하며 개입할 수 있게 함
• 이력 데이터 저장 시스템이 공정 데이터를 저장하고, EWS가 제어기를 프로그래밍함
• 센서와 액추에이터가 제어 루프를 완성하며, 이들을 위조하면 제어 논리가 잘못된 정보를 받음
• SIS는 독립적인 안전 계층이며 핵심적인 보호 대상임

다음 주제: OT 보안이 IT 보안과 근본적으로 다른 이유입니다.