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도심에서 적군 드론만 골라 추락시킨다

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카이스트 연구팀, 군집드론 대응 전자기파 공격 기술 개발

[아시아경제 김봉수 기자] 국내 연구진이 도심에서 전자기파로 드론을 무력화시키는 안티 드론 기술을 개발했다.

안티드론 기술. 이미지. 기사와 직접 관련이 없음.

안티드론 기술. 이미지. 기사와 직접 관련이 없음.

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한국과학기술원(KAIST·카이스트)은 김용대 전기및전자공학부 교수 연구팀이 도심에서 사용이 가능한 협대역 전자기파를 원격에서 드론의 회로에 주입해 즉각 무력화하는 안티드론 기술을 개발했다고 31일 밝혔다.


최근 각국 정부는 공항과 국가 중요 시설에서 무인 항공기를 이용한 테러를 방지하기 위해 다양한 안티드론 시스템을 구축하고 있다. 드론을 추락시키거나 원하는 방향으로 제어하는 안티드론 기술은 드론의 다양한 보안 취약점을 이용하여 구현이 가능하다. 우크라이나-러시아 전쟁은 안티드론 기술의 평가장이 되고 있다.

기존에 사용되는 광대역 전자기파를 이용한 안티드론 기술은 주변의 전자·전기 장치에 피해를 일으켜 도심 사용이 어렵다. 또 매우 좁은 대역의 협대역 전자기파를 이용한 안티드론 기술은 목표 드론 기종에만 효과가 한정된다.


연구팀은 드론 제조사의 제어 유닛 보드가 전자파 주입에 따른 민감도가 다르다는 것을 발견했다. 각 제조사별 수집된 민감도를 극대화한 주파수를 분석했다. 이를 통해 매우 좁은 대역의 협대역전자파를 주입하더라도 원격에서 드론을 즉각적으로 무력화시킬 수 있음을 입증했다.


카이스트가 개발한 도심 군집 드론 무력화 기술의 공격 원리 : 통신 채널 왜곡은  IMU의 전체 센서 데이터를 심각하게 왜곡하고, 이 데이터는 자세 제어 그리고 로터 명령의 심각한 발산을 야기해 추락시킨다. 그림제공=카이스트

카이스트가 개발한 도심 군집 드론 무력화 기술의 공격 원리 : 통신 채널 왜곡은 IMU의 전체 센서 데이터를 심각하게 왜곡하고, 이 데이터는 자세 제어 그리고 로터 명령의 심각한 발산을 야기해 추락시킨다. 그림제공=카이스트

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이번 기술의 특징은 이렇게 좁은 대역으로 특정 주파수로 전자파 주입을 할 경우 기존의 안티드론 기술과 달리, 주변 전자 장치에 미치는 영향을 최소화할 수 있어 도심에서도 적용 가능하다. 뿐만 아니라 같은 제어 유닛 보드를 사용하는 드론들을 이용한 군집 드론 공격 시 이들 드론을 동시에 추락시킬 수 있다. 즉, A 기종을 사용하는 100개의 적 드론과 B 기종을 사용하는 100개의 아군 드론이 동시에 비행하고 있을 때 아군 드론은 전혀 영향을 받지 않으면서 100개의 적 드론을 모두 격추시킬 수 있는 기술로 평가된다.

드론의 구동에 쓰이는 관성 계측 장치(IMU)는 다양한 센서값들을 제어 유닛 보드에 전달한다. 제어 유닛 보드는 이 센서값들을 제어 알고리즘에 적용해 다음번 드론의 움직임, 즉 로터의 회전수나 드론의 자세를 계산한다. 이 연구의 핵심 아이디어는 이 관성 계측 장치와 제어 유닛 보드 간의 통신을 방해시키면 제대로 된 센서값을 받을 수 없고, 이 경우 다음번 드론의 제어가 불가능해진다는 것이다. 이 통신을 방해하기 위한 기술로 연구팀은 전자파 간섭(EMI) 취약점을 갖는 제어 유닛 보드에 대한 전자파 주입을 선택했다. 실험을 통해 동종의 제어 유닛 보드는 같은 주파수의 전자파에 민감하다는 것을 발견했다. 이를 이용해 협대역의 전자기파를 주입할 경우 주변 전자 장치에 영향을 끼치지 않을 뿐 아니라, 군집 드론 공격에 효과적으로 대응할 수 있는 점을 발견했다.


앞서 연구팀은 2015년 소리를 관성 계측 장치에 포함된 평형 센서인 자이로스코프(Gyroscope) 센서에 주입하여 드론을 떨어뜨릴 수 있는 기술을 개발했었다. 달팽이관(정확히는 세반고리관)에 문제가 생길 경우 인간이 평형을 유지하기 힘들다는 것과 유사한 원리였다.


이번 연구는 달팽이관에 문제를 일으키는 것이 아니라 달팽이관에서 뇌로 연결되는 신경망을 잠시 막을 경우에도 인간이 평형을 유지하기 힘든 것과 비슷한 원리다. 연구팀은 실내 전자파 차폐 시설을 이용해 10m 거리에서 호버링 비행 중인 드론을 즉각적으로 추락시킬 수 있음을 확인했다. 10m 이상의 거리에 대해서도 시뮬레이션을 통해 가능함을 확인했다.


이번 연구 결과는 보안 최우수학회 중 하나인 'NDSS(Network and Distributed System Security)' 심포지엄 2023에 채택됐다.




김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr
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