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하늘을 막아라, 안티 드론 시스템

2019. 11. 27. 09:30

일반적으로 드론(Drone)이라 불리는 무인항공기(항공안전법 시행규칙 제5조에 5항에 의한 무인동력비행 장치)는 “사람이 탑승하지 않고 원격조종 또는 사전에 입력된 프로그램에 따라 비행할 수 있는 비행체”를 의미합니다. 드론의 사전적 의미는 ‘꿀벌의 수컷’인데요, 1930년대 미 해군에서 개발한 표적용 무인 비행체를 드론이라 부르기 시작했다고 합니다. 무인항공기는 드론 외에도 UAV(Unmanned Aerial Vehicle), UAS(Unmanned Aircraft System)와 같이 다양한 표현으로 사용되고 있습니다.



초기 드론은 정찰, 감시, 관심 지역 촬영 및 목표 타격을 주목적으로 하는 군사용으로 개발되었으나, 이후 민간용으로 확대되어 최근에는 배송, 농업 등에 활용되는 상업용 드론과 레저용 드론으로 대표되는 새로운 생태계가 발전하고 있으며, 2016년 세계경제포럼(WEF)에서 4차 산업혁명을 이끌어 갈 기술 분야로 소개된 이래로 초고속 무선 통신망과 결합한 새로운 서비스가 개발되고 있습니다.


예를 들어 Amazon Prime Air와 같은 드론 배송 서비스, 오지에 의약품을 배송하는 서비스, 교통안전 서비스 등 우리의 생활을 조금씩 바꾸어 감과 동시에 인간을 돕는 기술로써 자리매김하고 있습니다.


l 상업용 드론(좌측부터 Amazon Prime Air, Zipline(의약품 배송), Xaircraft의 농업용 드론)


우리나라 정부에서도 드론 산업은 항공, ICT, S/W, 센서 등 첨단기술 융합산업으로 S/W 제작이나 영상 촬영 등의 운영•서비스 창출, 첨단 시스템 개발 등에서 성장 잠재력이 매우 큰 산업으로 인식하고 있으며 첨단기술을 융합 적용한 드론은 자체 시장의 비약적 성장뿐만 아니라 ICT 등 관련 산업에 대한 파급 효과로 4차 산업혁명의 핵심적 역할을 수행할 것으로 예상하고 있습니다.


그러나 2019년 9월에는 사우디아라비아의 석유 시설 2곳이 드론 10대의 공격을 받아 화재에 휩싸인 사건이 발생해 전 세계를 놀라게 하였고, 우리나라에서도 최근 5년간 원전 주변 드론 불법 비행이 13건 발견되었던 사실이 알려져 드론 활용 촉진에 따른 보안 장치 마련이 필요한 상황입니다.


이번 글에서는 물리 보안의 관점에서 드론과 관련된 위험과 이에 대응하기 위한 안티 드론 시스템에 대해 살펴보겠습니다.


 드론, 보안 사고, 그리고 안티 드론 시스템


드론은 가격이 어느 비행체보다 저렴해 여러 대를 소유 및 활용할 수 있으며, 사람이 탑승해 조종할 필요 없이 간단한 조작으로 원거리에서 목표물에 손쉽게 접근이 가능하고, 다양한 기구나 물건을 장착할 수 있어 여러 가지 용도로 활용이 가능합니다.


이러한 드론의 장점이 새로운 보안사고의 원인이 되기도 하는데요, 이를 예방하기 위해 전 세계적으로 드론 등록제 실시, 공항이나 주택 밀집 지역에서 비행 금지 등의 다양한 규제를 마련하고 있습니다. 우리나라에서도 야간비행 금지, 비행금지 구역(공항 중심 반경 9.3km, 야외 경기장이나 공연장 같은 사람이 많이 모이는 곳 등) 지정, 불법 비행 시 처벌 규정을 시행하고 있습니다.



그러나 드론은 하늘에서 운용되고, 하늘에는 도로와 같은 길이 따로 마련되어 있지 않아 규정을 위반한 불법 비행 중인 드론을 통제할 수 있는 효과적인 방법이 거의 없습니다. 2014년 북한 드론 침투 사고, 2015년 상업용 드론의 조종 실수로 인한 백악관 건물과 충돌 사고나 2018년 영국 개트윅(Gatwick) 공항 활주로에 날아든 드론 때문에 모든 항공기의 이착륙이 금지된 사건 등에서 볼 수 있는 바와 같이, 비행 중인 드론을 빠르게 식별하고 대응하는 것이 매우 어려우며, 지금까지 보안 통제 대상에서 고려하지 않았던 공중에 대한 새로운 보안 통제 수단이 필요하다는 것입니다.


즉, 드론에 의한 공격으로 인해 인명, 재산상의 물리적 피해가 발생할 수 있는 대형 보안사고로 이어질 수 있어 드론 서비스 사업자 및 보안 담당자들의 주의가 요구되고 있습니다.


그러면 드론으로 인한 사고를 방지하고 피해를 최소화하기 위한 방안으로는 무엇이 있을까요? 그 해답 중의 하나가 이번에 말씀드릴 안티 드론 시스템(Anti-Drone System)입니다. 안티 드론 시스템은 글자 그대로 범죄에 이용되는 드론의 공격을 방어 및 무력화하는 시스템이라 볼 수 있는데요.


통제구역 및 중요 시설에 대한 드론의 불법 침입과 공격 시도를 탐지하고 대응하는 시스템을 통칭합니다. 여기서 얘기하는 침입 및 공격의 목적은 대상 자산(물건이나 정보 등)을 탈취하거나 시설물을 파손 또는 파괴하는 것입니다.


안티 드론 시스템은 보안 설계의 관점인 Detection(탐지) 및 Response(대응)에 따라 다양한 보안 통제 수단이 개발되어 있습니다.


[참고]

일반적인 물리 보안의 설계 관점은 Detection(탐지), Delay(지연), Response(대응)의 3단계로 구성됩니다. 이 중 Delay(지연)는 침입 탐지 후 보호 구역까지의 진입 시간을 최대한 길게 소요되도록 하는 것으로, 전통적인 보안에서는 펜스, 출입통제 시스템, 보안 검색과 같은 물리적 또는 절차적인 방법을 적용하였습니다. 그러나 드론은 앞서 서술한 바와 같이 공중으로 매우 빠르게 목표물에 접근하므로, 드론을 탐지하고 식별하면 즉시 대응해야 합니다.


 Detection(탐지): 얼마나 일찍, 그리고 먼 거리에서 식별할 것인가?


Detection(탐지)은 드론으로 인해 발생할 수 있는 보안사고를 예방하기 위한 핵심 요소로, 외부에서 접근하는 드론을 일찍, 그리고 최대한 먼 거리에서 식별한다면 그만큼 침입에 대응하기 위한 충분한 시간을 확보할 수 있습니다.


주요 드론 탐지 기술과 그 특징은 다음과 같습니다.


  • 레이더(Radar): 전통적으로 레이더는 날아다니는 물체를 감지하는 데 사용되는 기술입니다. 레이더는 설치 지점 아래 및 건물 밀집 지역 등에서는 사각지대가 많고, 새와 같은 작은 물체는 감지하지 않도록 설계되어 있어 드론과 같은 소형 비행체 감지에는 적합하지 않을 수 있지만, 최근 국내에서 개발된 3km 거리의 초소형 드론 추적이 가능한 AI 레이더 기술 등 드론 탐지에 적합한 레이더 기술이 개발되고 있습니다.

  • 무선전파 신호 감지(RF Sensing): 드론이 무선 연결을 통해 신호(Radio Signal)나 데이터를 송수신하는 경우 이를 감지하고 추적하는 기술입니다. 어두운 곳이나 안개가 낀 날씨에도 감지가 가능하고 비행체와 조종자를 모두 찾을 수 있지만, 경로가 이미 입력되어 자율 비행하는 드론에는 사용이 불가한 단점이 있습니다.

  • 전기 광학(Electro-optical) 기술 기반 탐지: 자외선이나 적외선을 이용해 드론의 가시 이미지나 드론의 엔진에서 발생하는 열 이미지를 식별해 탐지하는 기술입니다.

  • 자기 감지(Magnetic Detection): 전자기장에 영향을 미치는 금속 물체를 감지하는 기술입니다. 큰 금속 부품을 주로 감지하기 때문에 대부분의 상용 드론과 같이 작거나 금속 부품이 최소화된 드론에는 감지 성능이 떨어지는 단점이 있습니다.

  • 기타: 육안으로 탐지하거나 이미지 분석 결과로 탐지하는 시각적(Visual) 탐지 방법과 드론 모터 및 프로펠러 회전 시 발생하는 소음을 감지하는 음향(Acoustic) 감지 방법 등이 있습니다.


l ‘Drone Dome’, 영국 공항 사건에 투입된 안티 드론 시스템 (출처: Rafael)


 Response(대응): 침입한 드론을 어떻게 할 것인가?


Response(대응)는 침입한 드론이 본래의 목적을 달성하지 못하도록 하는 것으로, 여기에는 드론을 다른 곳으로 강제 이동시키거나, 포획하거나 파괴하는 행위 등을 포함합니다. 드론 침입 시의 대응 방안은 크게 비파괴적(Nondestructive) 방법과 파괴적(Destructive) 방법으로 구분됩니다.


① 비파괴적(Nondestructive) 방법: 포획


비파괴적 방법은 침입한 드론 장치를 포획하는 것을 의미합니다. 이 방법의 장점은 포획한 장치로 포렌식 분석을 수행해 위협의 주체 및 원인 조사가 가능한 점을 들 수 있습니다. 그러나, 일반적으로 포획까지 시간이 소요되기 때문에 드론이 물리적 공격을 목적으로 빠르게 접근하는 경우에는 적합하지 않습니다. 주로 사용되는 비파괴적 대응 방법은 다음과 같습니다.


l Battelle 사의 DroneDefender (출처: Battelle)


  • Jamming 공격: Jamming을 위해 고안된 무기(위 이미지 참고)를 이용해 고출력 방해 신호를 송출해 정상 신호와 간섭을 일으켜 드론과 원격조종장치 간 통신 신호 및 GPS 신호와 같은 모든 무선 통신을 일시에 교란시키는 공격 방법입니다. 이 공격을 받은 드론은 방향을 잃고 추락하게 되므로 손쉽게 포획할 수 있는 방법입니다.

  • 그물로 포획: 드론에서 또는 지상에서 그물을 발사해 보호 구역을 침범한 드론을 포획하는 방법입니다. 지상에서 그물을 발사하는 방법은 최근 이동형 발사 장비가 개발되어 보다 쉽게 드론을 포획할 수 있습니다.

  • 독수리로 포획: 훈련받은 독수리가 드론을 앞발로 낚아채 포획합니다. 다만 독수리가 훈련받은 대로 움직이지 않는 경우가 많고, 동물 학대 이슈도 있어 최근에는 거의 사용되지 않는다 합니다.


l 드론 포획 (왼쪽부터 ‘드론 잡는 드론’, Skywall100, 드론을 사냥하는 검독수리)


② 파괴적(Destructive) 방법


파괴적 방법은 드론을 물리적으로 공격해 파괴하는 방법입니다. 주로 이용되는 방법은 EMP, 레이저 등이 있습니다.


  • EMP(Electro-magnetic pulse): EMP 무기는 강력한 전자기 펄스를 발생 시켜 전자기기에 영향을 주는 무기로, 각종 전자기기가 EMP에 노출되면 회로에 과전류가 발생해 고장 또는 파손됩니다. 즉, EMP가 드론을 향해 발사된다면 드론의 전자 부품이 망가져 드론이 추락 또는 파괴될 수 있습니다. 본 기술의 단점은 EMP 사용 시 드론 외에도 보안 장비와 같은 주변의 각종 전자기기가 손상 위험에 노출될 수 있다는 점입니다.

  • 레이저(Laser): 레이저 무기는 고출력 광자 빔을 드론에 발사해 격추하는 무기입니다. 레이저 무기는 여러 방향에서 접근하는 드론을 다루는 데 특히 유용하지만, 레이저가 구름, 비, 안개와 같은 기상 상황에 영향을 받고 사람과 주변 시설에 위험을 초래할 수 있다는 단점이 있습니다.

  • 화기(Firearms): 재래식 화기로 드론을 격추하는 방법입니다. 드론의 무단 침입에 빠르게 대응할 수 있지만, 레이저와 마찬가지로 사람과 주변 시설에 위험을 초래할 수 있습니다.


l 미국 Boeing 사의 Compact Laser Weapon System (출처: Boeing)


지금까지 드론과 드론 시스템, 그리고 드론으로 인한 보안 위협을 차단하기 위한 안티 드론 시스템에 대해 살펴보았습니다. 드론 판매량이 증가함에 따라 공장, 물류센터 등의 각종 산업시설에서도 드론을 이용한 무단 사진•영상 촬영이나 고의적인 충돌로 인한 시설물 파손 등의 보안사고가 발생할 것으로 예상되어 이에 대한 대비가 필요할 것입니다.


드론으로 인한 보안 위협에 대응하기 위해서는 드론을 신속 정확하게 탐지하도록 적절한 탐지 센서를 설치하고, 안전한 대응 수단을 선택해 구축하는 것이 매우 중요합니다. 하지만 다양한 드론 탐지 기술이 있음에도 불구하고, 드론의 종류가 매우 많고 오탐 발생으로 인해 드론을 정확하게 식별하는 것은 어려운 일입니다.



NATO의 연구 결과에 의하면, 단일 센서로는 무인 항공기로 인한 보안 위협을 효과적으로 추적하고 식별하기에 충분하지 않다고 합니다. 그러므로 보호 구역의 특징을 고려해 각 탐지 기술별로 해당 보호 구역에 적용 시의 장단점을 명확히 파악하고, 두 개 이상의 탐지 센서를 선택 및 조합함으로써 드론의 침입을 빠르게 식별해야 할 것입니다.


예를 들어 레이더나 무선전파 신호를 일차적으로 감지하고, 이후 영상 및 음향 센서를 확인해 탐지율을 높이는 방법을 들 수 있습니다. 또한 드론의 침입 대응 과정에서는 드론 포획 솔루션과 같이 시설물 손상 가능성이 적은 방어 수단을 운용하고, 보안 요원에 대한 교육 등을 통해 드론 포획 전문성을 향상하는 것도 중요할 것입니다.


글 l LG CNS 보안플랫폼팀


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[참고문헌]

  • 드론산업 발전 기본계획(안) 2017~2026, 관계부처 합동, 2017.12 

  • 국내외 드론산업 정책 동향, TBT Policy Report, 2018.01

  • “원전 주변 불법 드론 5년간 13건”, 2019.10.07, 한국일보

  • “나쁜 드론의 공습(안티 드론의 이해)”, 아나드론스타팅

  • “Analyzing the Threat of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) to Nuclear Facilities”, A. Solodov 외



Posted by IT로 만드는 새로운 미래를 열어갑니다 LG CNS

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