통신 보안 심층 분석 리포트

1. 통신 인프라의 심장: Ki와 가입자 인증 구조

Ki란 무엇인가

  • **Ki(Key)**는 이동통신 가입자를 식별하고 인증하는 절대 비밀키이다.
  • USIM 카드 내부와 통신사 코어 인증 서버(HLR/HSS/5GC)에 저장되며, 외부로 절대 노출되지 않는다.
  • Ki 기반으로 난수(RAND) 및 응답(SRES)을 교환하여 통신 인증이 이루어진다.

만약 Ki가 유출되면?
→ 공격자가 “가짜 USIM"을 제작해 통신사 인증을 통과할 수 있다.
→ 통화 가로채기, 위치 추적, 데이터 탈취 등 심각한 피해로 이어진다.

가입자 인증 흐름

  • 2G (GSM): RAND → SRES 생성 및 전송 → 통신사 검증
  • 3G (UMTS) / 4G (LTE): AKA 프로토콜 사용, RES 응답 비교
  • 5G (SA 구조): SUPI 보호 → SUCI(암호화된 ID)만 네트워크에 전송

참조: 3GPP TS 33.102

2. 5G NSA vs 5G SA: 구조적 차이와 보안성 비교

NSA 구조 (Non-Standalone)

  • LTE Core(EPC)에 5G 무선망(NR)만 추가.
  • 가입자 인증 및 세션 관리는 LTE 방식 그대로 유지.
  • IMSI 평문 노출 위험 여전히 존재.

SA 구조 (Standalone)

  • 5G Core(5GC) 독립 구축.
  • 공개키 기반 보호 강화 → SUPI를 암호화(SUCI)하여 전송.

SUCI(SUPI Concealment):

  • 가입자는 SUPI를 통신사 공개키로 암호화한 SUCI로 전송.
  • 통신사는 SUCI를 복호화하여 인증 절차 수행.

참조: 3GPP TS 33.501

3. SKT 2025 해킹 사건: 기술 분석

사건 개요

  • 2025년 4월 19일, SK텔레콤 코어망 서버에서 해킹 정황 발견.
  • 약 2,300만 명의 USIM 정보 유출 가능성.

기술적 문제점

  • NSA 기반 평문 이동 위험.
  • Ki 유출 시 USIM 복제 및 SIM 스와핑 공격 가능.

예상 공격 시나리오

  • 코어 서버 침투 → 가입자 DB 접근 → 복제 USIM 제작 → 개인정보 탈취.

참조:

4. 과거 주요 사례 심층 분석

Gemalto 해킹 사건

  • 2010~2011년, NSA & GCHQ가 SIM 제조사 Gemalto 해킹 시도.
  • 전 세계 SIM 암호화 키(Ki) 탈취 시도.

참조:

APT10 Operation Soft Cell

  • 중국계 해커 그룹 APT10, 글로벌 통신사 코어망 침투.
  • VIP 가입자 통화 기록, 위치 정보 대량 탈취.

참조:

Circles SS7 감청

  • NSO Group 계열사 Circles, SS7 취약점을 활용한 감청 시스템 판매.
  • 25개국 정부기관이 구매하여 통신 감청 활용.

참조:

5. 이동통신 보안 구조의 역사적 한계와 PKI 및 HSM 부재 비판

왜 초기 이동통신은 PKI를 적용하지 않았나?

2G/3G 시대에는 단말기의 CPU 성능, 배터리 용량, 그리고 통신 속도 모두 큰 제약이 있었다.

  • RSA, ECC 같은 공개키 기반 암호 연산은 당시 기술 수준으로는 현실적으로 적용이 불가능했다.
  • 공개키 연산을 위한 충분한 계산 자원도, 전력을 감당할 배터리 용량도 부족했다.

현실적 선택:
→ 대칭키(Ki) 기반의 간단하고 빠른 인증 구조를 채택할 수밖에 없었다.

그러나 문제점

  • 가입자 식별자(IMSI)가 평문으로 무선망을 통해 전송되면서,
    IMSI Catcher(가짜 기지국) 공격이 가능해졌다.
  • USIM에 저장된 Ki가 탈취될 경우,
    USIM 복제를 통한 통신 사칭 공격이 이론적으로 가능해졌다.
  • SIM 제조사, 통신사 등 공급망(Supply Chain)에서 발생할 수 있는
    키 유출 리스크가 과소평가되었다.

특히,
당시에는 장기 키(Ki)를 보호하기 위한 HSM(Hardware Security Module) 같은
강력한 하드웨어 기반 키 보호 기술의 적용도 이루어지지 않았다.

  • 서버 측 코어 장비(HLR/HSS 등)에서도
    명확한 물리적 키 분리나 보안 하드웨어 내부 연산 개념이 부족했다.
  • 이로 인해 코어 서버가 침해당할 경우,
    가입자 인증 키(Ki)가 대규모로 유출될 수 있는 구조적 한계가 존재했다.

결국, 초기 이동통신 시스템은
“빠른 상용화"와 “저비용 구현” 을 우선순위에 두면서
보안 아키텍처의 심층 강화는 뒷전으로 밀린 결과를 낳았다.

지금은 왜 PKI와 HSM이 필수인가?

오늘날,

  • 현대 단말은 공개키 암호화 연산(RSA, ECC)을 실시간으로 처리할 수 있고,
  • 통신 지연도 극복할 수 있을 만큼 네트워크 성능이 발전했다.

따라서 통신 보안 강화를 위해 필수적으로 적용해야 할 것은:

  • SUPI 암호화 (SUCI): 가입자 영구 식별자의 무선망 평문 전송 차단.
  • TLS 보안 채널: Core 네트워크 내부와 외부 간 신뢰성을 확보.
  • 네트워크 슬라이싱별 보안정책: 각 서비스별 분리된 보안 도메인 운영.

그리고 서버 측에서는,
단순한 소프트웨어 기반 키 보호만으로는 부족하며,
HSM 또는 이에 준하는 Secure Environment를 통해

  • 장기 키 및 세션 키의 외부 노출 방지
  • 부트 무결성 보호
  • 물리적 공격 탐지 및 대응

을 수행해야 한다.

즉,
초기의 이동통신이 보안보다 상용화를 우선시했다면,
현재는 신뢰성(trust)이 통신 인프라의 절대적 전제조건이 된 것이다.

6. 개인 사용자 관점 대응 방법

7. 결론

완벽한 통신망은 없다.
그러나 매일 조금씩, 스스로를 지키는 노력이
거대한 침묵 속의 유일한 방패가 될 것이다.

추가 심층 비교 분석

  • SKT 해킹 사건: 약 2,300만 명 영향. Ki 유출 의심. 현재까지 악용 사례 미발생.
  • Gemalto 해킹: 글로벌 SIM 공급망 공격. 대량 키 유출 여부 논란.
  • APT10 Operation Soft Cell: 중국발 APT 그룹의 장기 통신사 침투.
  • Circles 감청 장비: SS7 취약점 악용, 통신망 수준의 은밀한 감청.

주요 인용 및 참고자료