< LLFuzz 시스템 구성도 : KAIST 제공 >
스마트폰은 언제 어디서나 이동통신 네트워크에 연결돼 있어야 작동한다. 이러한 상시 연결성을 가능하게 하는 핵심 부품은 단말기 내부의 통신 모뎀(Baseband)이다. KAIST 연구진이 자체 개발한‘LLFuzz(Lower Layer Fuzz)’라는 테스트 프레임워크를 통해, 스마트폰 통신 모뎀 하위계층의 보안 취약점을 발견하고‘이동통신 모뎀 보안 테스팅’의 표준화* 필요성을 입증했다.
KAIST 전기및전자공학부 김용대 교수팀이 경희대 박철준 교수팀과 공동연구를 통해, 스마트폰의 통신 모뎀 하위 계층에서 단 하나의 조작된 무선 패킷(네트워크의 데이터 전송 단위)만으로도 스마트폰의 통신을 마비시킬 수 있는 심각한 보안 취약점을 발견했다고 25일 밝혔다. 특히, 이 취약점들은 잠재적으로 원격 코드 실행(RCE)로 이어질 수 있다는 점에서 매우 심각하다.
연구팀은 자체 개발한 ‘LLFuzz’분석 프레임워크를 활용해, 모뎀의 하위계층 상태 전이 및 오류 처리 로직을 분석하고 보안 취약점을 탐지했다. LLFuzz는 3GPP* 표준 기반 상태 기계와 실제 단말 반응을 비교 분석함으로써 구현상의 오류로 인한 취약점을 정밀하게 추출할 수 있었다.
연구팀은 애플, 삼성전자, 구글, 샤오미 등 글로벌 제조사의 상용 스마트폰 15종을 대상으로 실험을 수행한 결과, 총 11개의 취약점을 발견했으며, 이 중 7개는 공식 CVE(Common Vulnerabilities and Exposures, 일반적인 취약점 및 노출) 번호를 부여받고 제조사는 이 취약점에 대한 보안패치를 적용했다. 그러나 나머지 4개는 아직 공개되지 않은 상태다.
기존 보안 연구들이 주로 NAS(Network Access Stratum, 네트워크 액세스 계층)와 RRC(Radio Resource Control, 무선 자원 제어) 등 이동통신 상위계층에 집중되었다면, 연구팀은 제조사들이 소홀히 다뤄온 이동통신 하위계층의 오류 처리 로직을 집중적으로 분석했다.
해당 취약점은 통신 모뎀의 하위계층(RLC, MAC, PDCP, PHY*)에서 발생했으며, 이들 영역은 암호화나 인증이 적용되지 않는 구조적 특성 때문에 외부 신호 주입만으로도 동작 오류가 유발될 수 있었다.
연구팀은 실험용 노트북에 생성된 패킷을 소프트웨어 정의 라디오(Software-Defined Radio, SDR) 기기를 통해 상용 스마트폰에 조작된 무선 패킷(malformed MAC packet)을 주입하자, 스마트폰의 통신 모뎀(Baseband)이 즉시 크래시(crash, 동작 멈춤)되는 데모 영상을 공개했다.
영상에서는 fast.com 페이지와 초당 23MB의 데이터를 정상적으로 전송하다가, 조작된 패킷이 주입된 직후 전송이 중단되고, 마지막에는 이동통신 신호가 완전히 사라지는 장면이 포착된다. 이는 단 하나의 무선 패킷만으로 상용 기기의 통신 모뎀을 마비시킬 수 있음을 직관적으로 보여준다.
문제가 된 모뎀 칩(통신용 부품)은 프리미엄 스마트폰 뿐 아니라 저가형 스마트폰, 태블릿, 스마트 워치, IoT 기기까지 포함되는 확산성으로 인해 사용자 피해 가능성이 광범위하다.
뿐만 아니라, 연구팀은 시험적으로 5G 취약점 또한 하위계층에 대해 테스트해 2주 만에 2개의 취약점을 찾았다. 5G에 대한 취약점 검사가 전반적으로 진행되지 않았던 것을 고려하면 베이스밴드 칩의 이동통신 하위계층에는 훨씬 더 많은 취약점이 존재할 수 있다.
김용대 교수는 “스마트폰 통신 모뎀의 하위계층은 암호화나 인증이 적용되지 않아, 외부에서 임의의 신호를 전송해도 단말기가 이를 수용할 수 있는 구조적 위험이 존재한다”며,“이번 연구는 스마트폰 등 IoT 기기의 이동통신 모뎀 보안 테스팅의 표준화 필요성을 입증한 사례이다”고 말했다.
연구팀은 LLFuzz를 활용해 5G 하위계층에 대한 추가적인 분석을 이어가고 있으며, LTE 및 5G 상위 계층 테스트를 위한 도구 개발 또한 진행 중이며 향후 도구 공개를 위한 협업도 추진 중이다. ‘기술의 복잡성이 높아지는 만큼, 시스템적 보안 점검 체계도 함께 진화해야 한다’는 것이 연구팀의 입장이다.
전기및전자공학부 박사과정 투안 딘 호앙(Tuan Dinh Hoang) 학생이 제1 저자로 연구 결과는 사이버보안 분야 세계 최고 권위 학회 중 하나인 유즈닉스 시큐리티(USENIX Security) 2025에서 오는 8월 발표될 예정이다.
이번 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 정보통신기획평가원의 지원을 받아 수행됐다.