표제지
목차
국문요약 12
제1장 서론 15
제1절 연구의 배경 및 필요성 15
제2절 연구의 목적 및 논문의 구성 20
제2장 배경 연구 22
제1절 5G Architecture 22
1. 5G 망 구조 22
2. 5G 보안 구조 26
3. 허위 기지국 보안 위협 31
제3장 관련 연구 33
제1절 허위 기지국 탐지 기법 분류 33
1. UE 기반 탐지 기법 34
2. 센서 기반 탐지 기법 35
3. 네트워크 기반 탐지 기법 36
제4장 그룹 키 기반의 SON 기능 보호 프로토콜 설계 37
제1절 개요 37
제2절 기존 솔루션 38
제3절 제안 프로토콜 42
1. 시스템 모델 42
2. 위협 모델 43
3. 초기 단계 44
4. 검증 단계 45
제4절 정형화 보안 검증 49
1. BAN Logic 기반 정형화 검증 49
2. BAN Logic을 사용한 초기 단계 검증 49
3. BAN Logic을 사용한 검증 단계 검증 52
4. AVISPA 기반 시뮬레이션 55
제5절 비교 분석 59
제5장 기계 학습 기반의 허위 기지국 탐지 기법 설계 62
제1절 개요 62
제2절 지도학습 알고리즘 64
제3절 제안 시스템 66
1. Feature Engineering 66
2. 시스템 모델 66
3. Measurement Report Verification Function 67
제4절 실험 69
1. 실험 환경 69
2. 학습 및 테스트 데이터 세트 70
3. 공격자 모델 71
4. 실험 결과 72
제6장 행위 규칙 명세 기반의 허위 기지국 공격 탐지 기법 설계 79
제1절 개요 79
제2절 명세 기반의 허위 기지국 탐지 기법 82
제3절 제안 시스템 83
1. 공격자 모델 정의 83
2. 정상 행위 규칙 도출 84
3. SMDFbs 소프트웨어 설계 84
4. SMDFbs 소프트웨어 설계 검증 87
5. 순응도 통계 분석 89
제4절 실험 및 평가 90
1. 실험 환경 구축 90
2. 평가 92
제7장 결론 96
참고 문헌 99
부록 107
ABSTRACT 158
〈표 1-1-1〉 5G 및 차세대 이동통신 융합 서비스 예시 15
〈표 2-1-1〉 5G 네트워크 아키텍처의 각 기능 23
〈표 2-1-2〉 5G 네트워크 엔티티의 기능 및 역할 23
〈표 2-1-3〉 허위 기지국 공격 유형 및 영향받는 세대 32
〈표 3-1-1〉 IMSI-Cacher Detector 분류 33
〈표 4-3-1〉 제안 프로토콜에서 사용된 용어 정리 42
〈표 4-3-2〉 기존기법들과 제안 프로토콜의 접근 방식, 장단점 비교 48
〈표 4-5-1〉 암호 연산 별 지연 시간 59
〈표 4-5-2〉 허위 기지국 대응 기법의 성능과 보안 속성 비교 59
〈표 5-3-1〉 학습 데이터 예제 66
〈표 5-4-1〉 실험 환경 정보 69
〈표 5-4-2〉 지도 학습 알고리즘별 하이퍼 파라미터 70
〈표 5-4-3〉 학습 데이터와 테스트 데이터의 개수 71
〈표 5-4-4〉 각 셀에서 적용된 노이즈 단계에 따른 지도학습 알고리즘의 탐지 정확도 73
〈표 5-4-5〉 알고리즘 별 학습 및 테스트 시간 77
〈표 5-4-6〉 각 알고리즘의 메모리 사용량 77
〈표 6-3-1〉 SMDFbs 명세 검증 결과 88
〈표 6-4-1〉 공격자 성향별 비교 92
〈표 6-4-2〉 실험 환경 정보 93
〈그림 1-1-1〉 C-V2X 환경에서의 허위 기지국 보안 위협 17
〈그림 2-1-1〉 5G 네트워크 아키텍처 22
〈그림 2-1-2〉 NG-RAN 아키텍처 25
〈그림 2-1-3〉 5G에서의 인증 절차의 시작 및 인증 방법 선택 26
〈그림 2-1-4〉 EAP-AKA' 세부 절차 27
〈그림 2-1-5〉 5G-AKA 세부 절차 29
〈그림 4-2-1〉 허위 기지국에 대응하기 위한 그룹 키 기반의 솔루션 40
〈그림 4-3-1〉 제안 프로토콜의 시스템 모델 43
〈그림 4-3-2〉 제안 프로토콜의 초기 단계 절차 44
〈그림 4-3-3〉 제안 프로토콜의 검증 단계 절차 46
〈그림 4-4-1〉 UE의 basic Role 56
〈그림 4-4-2〉 BMANF의 basic Role 56
〈그림 4-4-3〉 gNB의 basic Role 57
〈그림 4-4-4〉 제안 프로토콜의 AVISPA 검증 결과 57
〈그림 4-5-1〉 각 허위 기지국 대응 메커니즘의 성능 비교 60
〈그림 5-3-1〉 시스템 모델 67
〈그림 5-3-2〉 Measurement Report Verification Function 개요 67
〈그림 5-4-1〉 노이즈가 10%일 때 알고리즘 별 탐지 정확도 74
〈그림 5-4-2〉 노이즈가 10%일 때 알고리즘 별 탐지 정밀도 75
〈그림 5-4-3〉 노이즈가 10%일 때 알고리즘 별 재현율 75
〈그림 5-4-4〉 노이즈가 10%일 때 알고리즘 별 F1-Score 76
〈그림 5-4-5〉 노이즈가 10%일 때 알고리즘 별 AUROC 76
〈그림 6-3-1〉 제안 명세 기반 허위 기지국 공격 탐지 기법 흐름 83
〈그림 6-3-2〉 기지국의 행위 규칙 도출 과정 85
〈그림 6-3-3〉 SMDFbs의 UML 상태다이어 그램 86
〈그림 6-3-4〉 ASI 도달 가능성 검증 모델 87
〈그림 6-3-5〉 SMDFbs의 UPPAAL 모델 88
〈그림 6-4-1〉 실험 환경 90
〈그림 6-4-2〉 노이즈 단계가 Normal일 때의 탐지 정확도 93
〈그림 6-4-3〉 노이즈 단계가 Low일 때의 탐지 정확도 94
〈그림 6-4-4〉 노이즈 단계가 Medium일 때의 탐지 정확도 94
〈그림 6-4-5〉 노이즈 단계가 High일 때의 탐지 정확도 95