자동차 커넥티비티와 사이버 보안 (자율주행, 커넥티드카, 모빌리티 서비스 등 자동차 기술 발전과 사이버 보안의 이해 | 2022년도 대한민국학술원 선정 교육부 우수학술도서 | 양장

디트마르몰러

최근자동차분야의다양한기술변화를통해자동차IT기술과사이버보안에관심을갖게됐다.그과정에서이책을읽은후지식을공유하고자번역을하게됐다.

1장.서론
1.1자동차산업
1.2이책에서다루는내용
1.3각주제의개요

2장.자동차산업
2.1자동차시장
2.2자동차의추세
2.2.1배기가스규제강화와전기차의증가
2.2.2자동차소유권대모빌리티
2.2.3커넥티비티
2.2.4안전과첨단주행보조시스템
2.2.5자율주행
2.2.6디지털화
2.3자동차OEM과공급업체
2.4새로운기업과도전과제
2.5자동차산업의디지털화
2.6연습문제

3장.자동차연구와개발
3.1자동차개발프로세스
3.1.1요구공학
3.1.2다중파라미터최적화문제설계
3.2자동차모듈화및플랫폼
3.3가상제품개발
3.4제품수명주기관리
3.4.1수명주기관리의제어상실
3.4.2시스템엔지니어링접근법
3.4.3제품수명주기단계
3.4.4소프트웨어수명주기프로세스
3.5연습문제

4장.자동차전기전자공학과소프트웨어
4.1자동차의메카트로닉스시스템
4.2자동차전자장치
4.2.1바디전자
4.2.2샤시전자
4.2.3편의전자
4.2.4운전자보조전자장치
4.2.5전자제어장치
4.2.6엔터테인먼트/인포테인먼트전자
4.2.7센서기술
4.3E/E아키텍처및토폴로지
4.3.1목적
4.3.2아키텍처와토폴로지
4.3.3버스시스템과ISO표준
4.4기능안전
4.5자동차소프트웨어공학
4.5.1소프트웨어콘텐츠및제품복잡성증가
4.5.2모델기반개발
4.5.3Hardware-in-the-Loop테스트
4.6AUTOSAR
4.7AUTOSARAdaptivePlatform
4.8GENIVI
4.9사례:첨단주행조보시스템
4.9.1ADAS기능
4.9.2ADAS센서유형
4.9.3ADAS센서제품군의장단점
4.10트렌드
4.11연습문제

5장.커넥티드카
5.1사이버물리시스템
5.1.1사이버물리시스템소개
5.1.2사이버물리시스템설계권장사항
5.1.3사이버물리시스템요구사항
5.1.4사이버물리제어시스템
5.1.5사이버물리자동차추적
5.2사물인터넷
5.2.1사물인터넷지원기술
5.2.2RFID및WSN기술
5.3커넥티드카의텔레매틱스,인포테인먼트그리고발전
5.3.1텔레매틱스
5.3.2인포테인먼트
5.3.3커넥티드카의진화
5.4플랫폼과아키텍처
5.4.1커넥티드카아키텍처와과제
5.4.2커넥티드카참조플랫폼
5.4.3클라우드의커넥티드카
5.5자율주행차
5.6GENIVIAlliance
5.7사례연구
5.7.1BMWConnectedDriveStore
5.7.2MercedesCOMANDOnline
5.7.3HERE:완전자율주행을위한디지털맵
5.8연습문제

6장.자동차사이버보안
6.1사이버보안소개
6.1.1사이버보안과취약성
6.1.2인공지능
6.1.3제어이론
6.1.4전염이론
6.1.5게임이론
6.1.6그래프이론
6.1.7사이버보안의중요성
6.1.8자동차IT와사이버보안
6.1.9공격가치사슬
6.1.10전체론적사이버보안해결책
6.2자동차사이버물리시스템의IT보안
6.2.1자동차네트워크기술과사이버보안
6.2.2사이버공격분류
6.3해킹과자동차공격지점및취약점
6.3.1해킹
6.3.2자동차공격지점및취약점
6.4침입탐지와차단
6.4.1침입탐지
6.4.2침입차단
6.5기능안전및보안
6.5.1무선모바일네트워크를위한보안
6.5.2센서네트워크보안
6.5.3플랫폼보안
6.5.4클라우드컴퓨팅과데이터보안
6.5.5기능안전
6.6자동차해킹사례
6.6.12010:웹애플리케이션을통해원격으로비활성화된차량
6.6.22010년과2011년CAESS실험분석
6.6.32013Miller와Valasek물리적해킹
6.6.42015Miller와Valasek원격해킹
6.7연습문제


7장.커넥티드카모바일앱
7.1자동차IT
7.1.1자동차산업내IT관리와시스템
7.2애자일소프트웨어개발
7.2.1도전과Two-SpeedIT
7.3스마트폰과앱마켓
7.4iOS
7.4.1iOS의역사
7.4.2iOS플랫폼
7.4.3iOS아키텍처
7.5Xcode
7.6Android
7.7자동차내iOS와Android
7.8Objective-C,Swift,Java앱개발
7.8.1Objective-C
7.8.2Swift
7.8.3Java
7.9라이드-셰어링사례
7.9.1핵심사용사례
7.9.2OOA
7.9.3설계
7.9.4탑승매칭알고리즘
7.9.5GoogleMaps사용
7.9.6코드살펴보기
7.10요약및문헌추천
7.11연습문제

8장.카셰어링
8.1카셰어링개념
8.2car2go사례
8.3사용사례와카셰어링의요구사항분석
8.4카셰어링서비스를위한하드웨어/소프트웨어변경사항
8.5전기차와카셰어링
8.6다른OEM의카셰어링활동
8.7사이버공격지점들과사이버공격에대한완화
8.8결론
8.9연습문제

9장.카헤일링과라이드셰어링
9.1소개
9.2라이드-헤일링회사와택시중계서비스업체
9.3벵갈루루사례
9.3.1택시종류와가격
9.3.2서비스
9.4탄력요금제
9.5라이드셰어링의안전
9.5.1문제배경
9.5.2안전강화계획
9.5.3보고된라이드셰어링에관한범죄사고
9.5.4라이드셰어링업체에대한정부정책
9.5.5법적사례및고소
9.6사이버공격그리고라이드셰어링사이버보안
9.7결론
9.8연습문제

10장.커넥티드파킹과자동발렛파킹
10.1주차
10.2커넥티드파킹
10.3주차보조
10.4자율발렛파킹
10.5사이버위협
10.6침입탐지와예방
10.6.1침입탐지시스템의종류
10.6.2커넥티드카공격
10.6.3인공신경망기반IDS구현
10.7결론및더읽을거리
10.7.1사이버위협과사이버보안
10.7.2더읽을거리
10.8연습문제


11장.첨단주행보조시스템과자율주행
11.1첨단주행보조시스템
11.2차선이탈경고,차선유지보조,장애물탐지및교차로보조
11.2.1차선유지및차선변경보조
11.2.2선회보조
11.3이미지처리및이미지분석
11.3.1컴퓨터비전및머신비전
11.3.2이미지처리의기본원칙
11.3.3움직이는객체검출
11.3.4광학흐름알고리즘
11.3.5MATLAB을사용한구현
11.4자율주행
11.5규정,공공의수용성및법적책임문제
11.5.1규정및도로허가
11.5.2자율주행을위한법적프레임워크제정
11.5.3자율주행및윤리적난제의수용
11.5.4아우토반테스트
11.6자율주행을위한전기전자아키텍처및미들웨어
11.7사이버보안및기능안전
11.8요약,결론및더읽을거리
11.9연습문제

12장.요약,총평,향후전망과더읽을거리
12.1요약
12.2총평:변화의바람
12.2.1간소화기술
12.2.2아시아시장의부상
12.2.3E-모빌리티
12.2.4연료전지
12.2.5커넥티드카
12.2.5공유모빌리티
12.2.7자율주행
12.2.8자동차사이버보안
12.3향후전망및더읽을거리
12.3.1향후전망
12.3.2더읽을거리

★이책에서다루는내용

■자동차시장,자동차연구및개발,자동차전기/전자와소프트웨어기술
■자동차를대상으로한사이버공격을피하기위한커넥티드카,자율주행차,사이버보안에대한방법론적인접근방식조사
■자동차산업을스마트모빌리티와자율주행으로이끄는트렌드를도입하는자동차산업
■새로운차량모델개발과관련된복잡성에대한배경과자동차연구및개발이해
■사이버물리시스템및사물인터넷과같은커넥티드카의발전에필수적인기술
■Car2Go,카쉐어링,카헤일링,라이드쉐어링,커넥티드파킹,첨단주행보조시스템사례연구
■각장마다복습질문과연습문제

★이책의대상독자

이책에서제공하는통찰력은자동차커넥티비티와사이버보안의진보된방법론을배우려는산업계의대학원생,학술연구자및전문가에게큰가치가있을것이다.

★이책의구성

1장,‘서론’에서는책에서다루는주제의간략한개요를제공한다.다른산업과비교해보면자동차산업은인터넷기반기술로인해효율성이향상된다는혜택을받고있지만산업생태계를재구성하는것과는반대로기존과동일한구조를유지하고있다.여러가지요소들이자동차산업을새롭게구성하도록압박하고있으며,궁극적으로는스마트모빌리티와같은미래적개념을지향하고있을것이다.스마트모빌리티는미래의비전적이고실현가능한모빌리티를특징으로한다.위치와지역,사용과지속기간,개인적능력과예산에관계없이모든사람에게적용할수있다.
2장,‘자동차산업’에서는자동차산업의글로벌생산및판매에대한개요와배기가스규제강화및전기차의부상,자가소유와모빌리티,커넥티비티,첨단주행보조시스템및자율주행과같은업계의큰흐름에관한연구를제공한다.또한자동차산업의디지털화에대한배경지식도다룬다.
3장,‘자동차연구와개발’에서는자동차개발프로세스,특히자동차산업에서새로운차량의개발모델과모듈화접근에포함된복잡성을집중적으로다룬다.이를통해지속적으로증가하고다중브랜드화되는자동차모델라인을효율적으로처리할수있다.또한자동차제조사의조직과공급사에분산돼여러단계와활동으로표현되는제품또는시스템수명주기의다양한단계에대한협업프로세스를촉진하는접근방식인제품수명주기관리개념이도입됐다.이러한활동을종합해제품또는시스템수명주기라고하며개념화,도구화,발전및최종폐기단계를포함하는모델을사용해설명할수있다.
4장,‘자동차전기전자공학과소프트웨어’에서는설계에대한체계적인접근방식에중점을두고자동차분야의기계,전기및전자시스템과아키텍처및버스시스템요구사항에대한개요를제공한다.
소프트웨어콘텐츠의역할과제품복잡성이증가함에따라모델기반소프트웨어개발및HIL(Hardware-In-the-Loop)테스트와같은좀더적절한개발도구가필요하다.또한AUTOSAR및GENIVI플랫폼의도입은텔레매틱스와인포테인먼트구성요소그리고향후흐름에있어필수가됐다.실제예로안전을강화하고운전조건을개선해차량운전자를지원하는첨단주행보조시스템과센서제품에관해다룬다.
5장,‘커넥티드카’에서는커넥티드카의진화에필수적인핵심기술을자세히설명한다.사이버물리시스템은컴퓨팅및네트워킹기술과사물인터넷을통합해엔지니어링된시스템으로이는언제어디서나모든것과통신할수있는기능을제공한다.또한텔레매틱과인포테인먼트개념과커넥티드카를위한플랫폼및아키텍처그리고클라우드기반커넥티드카와자율주행차를설명한다.커넥티드카의진화를설명하기위해몇가지사례연구소개는필수다.완전자율주행을위한디지털매핑을제공하는BMW’sConnectedDrive,Mercedes’sCOMAND?Online과HERE의사례를살펴본다.
6장,‘자동차사이버보안’에서는기술과프로세스의일부로사이버보안을소개하고사이버공격에의한침입,손상또는비인가접근으로부터컴퓨터,데이터,네트워크프로그램을보호하기위해설계된사례를소개한다.차량의사이버,물리적구성요소의확장성과복잡성,다양한보안과제에대한취약성,침입,위협,통신을방해하고민감정보와기록을유출하며시스템의기능에손상을목표로하는악성사이버공격과시스템의기능에손상과발생가능성과영향의함수로서위험수준에초점을맞춘다.그러므로자동차사이버물리시스템의사이버보안을위한견고한이론적토대는DNN(DeepNeuralNetwork),DL(DeepLearning),제어이론,전염이론,게임이론,그래프이론과같은인공지능의개념과스피어피싱공격같은다양한공격시나리오와관련해사이버보안의중요성에기반한다.또한공격분류와자동차공격지점및취약점의특징을자동차의공격지점의침입포인트구조와관련위험과함께설명한다.그러나차량보안은보안테스트를체계적으로수행하는다양한도구와방법에따라달라진다.침입탐지는시스템의무결성,기밀성또는가용성을손상시키려는일련의행위를감지하는것을설명하는반면,침입방지는감지된침입이성공하지못하도록방지하려는조치를의미한다.다양한종류의침입유형에대한탐지방법을설명하며,여기에는수많은정적,동적및하이브리드적인방지방법과자동차해킹의몇가지예가포함된다.
7장,‘커넥티드카모바일앱’에서는커넥티드카를위한모바일앱의혁신적인주제에대한동기부여로시작해자동차IT및애자일소프트웨어개발과같은현재흐름을다룬다.두가지주요운영체제인iOS와Android의앱시장,모바일앱개발을위한애플리케이션프로그래밍인터페이스의기능및자동차제조업체가Apple과Google의하드웨어및소프트웨어를자동차의인포테인먼트시스템에통합해스마트폰기술을수용하는방법을간략하게설명한다.Objective-C,Swift,JavaApp과같은앱개발을위한중요한프로그래밍언어를간략하게살펴보고라이드셰어링,카풀및택시셰어링을위한앱설계와구현과정을자세히설명한다.
8장,‘카셰어링’에서는현재까지제공되는카셰어링서비스뿐만아니라카셰어링개념과다양한변형을분석하는카셰어링을설명한다.또한카셰어링비즈니스모델에서사용하는데필요한자동차의하드웨어/소프트웨어인프라의중요한변경사항도설명한다.카셰어링애플리케이션에서전기차의영향과표준전기차의블록다이어그램으로강조해특정시스템아키텍처를논의한다.또한OEM및해당브랜드의카셰어링활동을조사한다.자동차와백앤드시스템간연결의지속성에의존한카셰어링의전반적인사례와사용중인차량의적합한보안은핵심관심사다.이는사이버공격을통한취약점을막기위한침입탐지와예방을통해현실화될수있다.
9장,‘카헤일링과라이드셰어링’에서는카헤일링과라이드셰어링서비스를도심에서개인적인차량사용률을감소시키기위한접근법으로제안한다.이를통해주차공간의필요성을감소시키고교통체증을줄이며오염감소에도움을줄수있다.그리고스마트폰용앱을통해택시서비스를제공하는택시서비스/카헤일링및라이드헤일링을제공하는온라인교통네트워크회사를다룬다.사례연구로인도벵갈루루같은대도시지역의택시유형및가격은물론제공되는서비스와관련해주문형이동성서비스를분석한다.고객과운전자모두를위해라이드셰어링의안전성을높이고범죄를예방하기위한안전문제와중요한계획에관해자세히설명한다.
10장,‘커넥티드파킹과자동발렛파킹’에서는커넥티드카와가장관련성이높고직접적인응용분야중하나인커넥티드파킹의주요도전과제와기회를다룬다.주로실시간으로주차가용공간,예약관리,현금없는결제,OEM의커넥티비티서비스와의통합에대한정보를제공하는새로운앱이많다.전체주차프로세스를자동화하는가장정교한버전은자율발렛파킹(AVP,AutomatedValetParking)이다.AVP시스템은차량을자동으로주차공간을찾아빈슬롯으로이동하는로봇자동차로바꾼다.최초의상용시스템은곧고급형자동차에서사용할수있으며카셰어링에도적용될것이다.그러나사이버보안은커넥티비티파킹과AVP에큰영향을미칠것이다.따라서주요사이버위협을분석하고침입탐지및방지와같은사이버보안을강화하기위한잠재적솔루션을논의한다.
11장,‘첨단주행보조시스템과자율주행’에서는ADAS(AdvancedDriverAssistanceSystem)를소개하고상용ADAS의예를제공한다.주요주제는이미지처리및물체추적알고리즘과움직이는물체탐지와광학흐름알고리즘이다.MATLAB을사용한ADAS구현은MATLAB의이미지처리도구상자를사용한신속한프로토타이핑의사용사례로소개된다.또한더높은수준의ADAS기능및자율주행을위한소프트웨어아키텍처의처리에관한소개를제공한다.사이버보안및기능안전에대한논의로마무리하고포괄적으로더읽을자료를제시한다.
12장,‘요약,총평,향후전망과더읽을거리’에서는직접수행한조사에관한요약과미래동향,기술,혁신그리고응용분야에대한전망을제공한다.방법론적이고기술적인내용외에도책의모든장에는독자가필요한지식을얻었는지확인하고가능한지식격차를식별하고이러한격차를극복하는데도움이되는각장별질문이있다.또한모든장에는더읽을거리에관한참조및제안을포함한다.

★옮긴이의말

최근다양한언론매체를통해자동차가단순히탈것이라는수단에서자율주행,스마트모빌리티등을통해인간의삶의질을높이고친환경자동차개발을통해지구환경을보호하며,세계시장을주도하는중요한산업으로빠르게변화하고있다는것을알수있다.
실제로글로벌자동차제조사들은IT혁신기술을접목해자율주행기술완성을위해막대한투자와함께끊임없이노력하고있으며,이미다양한커넥티비티서비스로주행의안전과고객의편의그리고새로운모빌리티서비스의형태를제공하고있다.이러한기능과서비스를구현하려면자동차가스스로상황을판단하고대응하기위해센서를늘리고컴퓨팅파워를향상시켜야한다.또한수많은민감한데이터는자동차내부와연결된서버와수시로송수신하며처리돼야만한다.
이러한자동차의변화는과거스마트폰의혁신과같은사례에서모든이가경험한바와같이IT기술발전의혜택이필연적으로동반하는사이버보안문제가이제자동차에서발생하게될것을의미한다.따라서더나은자동차산업의미래를위해이를인지하고대응하기위한노력이반드시필요한시점이다.실제로자동차해킹은수년전부터연구자의보고또는실제사고의형태로다양하게발생하고있는상황이기도하다.
이책은단순히자동차사이버보안이라는주제만을다루지않는다.자동차산업의큰변화에대해자동차글로벌시장동향과이에따른자동차제조사들의대응전략및신기술과같이거시적인관점에서자동차를이해할수있도록설명하고있으며,이를기반으로자동차개발또는사이버보안에관심있는독자에게현재직면해있는자동차사이버보안위협의중요성과대응기술에대한통찰력을제공할것이다.