퍼듀 모델의 탄생 배경과 중요성

현대 산업 자동화 환경에서 퍼듀 모델은 단순한 이론적 프레임워크를 넘어 실무진들이 반드시 숙지해야 할 핵심 참조 모델이 되었습니다. 1990년대 퍼듀대학의 Theodore J. Williams 교수와 산업계 컨소시엄에 의해 개발된 PERA(Purdue Enterprise Reference Architecture)를 기반으로 한 이 모델은, 오늘날 OT(Operational Technology) 보안의 표준 참조점으로 자리잡았습니다.

특히 2004년 ISA-99 위원회에서 산업 자동화 및 제어 시스템 보안을 위한 표준으로 채택한 이후, 퍼듀 모델은 전 세계 산업 보안 전문가들의 공통 언어가 되었습니다. 국내에서도 주요정보통신기반시설 보호법과 스마트공장 보안 가이드라인에서 이 모델을 기준으로 보안 체계를 수립하도록 권고하고 있어, 실무자들에게는 필수 지식이라 할 수 있습니다.

실제 현장에서 퍼듀 모델을 적용해 본 경험을 바탕으로 말씀드리면, 이 모델의 가장 큰 장점은 복잡한 산업 환경을 명확한 계층으로 구분하여 각 단계별 보안 요구사항을 체계적으로 정의할 수 있다는 점입니다. 이는 단순히 이론적 구분이 아니라, 실제 보안 투자 우선순위를 결정하고 효과적인 방어 전략을 수립하는 데 핵심적인 역할을 합니다.

퍼듀 모델의 6단계 구조 분석

퍼듀 모델의 핵심은 산업 환경을 6개의 명확한 계층으로 구분하여 각각의 역할과 보안 요구사항을 정의하는 것입니다. 하위 4개 계층(Level 0-3)은 OT 영역으로 분류되며, 상위 2개 계층(Level 4-5)은 IT 영역으로 구분됩니다.

Level 0(프로세스/현장 기기)부터 살펴보면, 이 계층은 실제 물리적 프로세스와 직접 상호작용하는 센서, 액추에이터, 스마트 기기들이 위치합니다. 실무에서 경험한 바로는, 이 계층의 보안이 가장 취약하면서도 공격 시 물리적 피해로 직결되는 가장 위험한 영역입니다. 퍼듀 모델에서는 이 계층에 대한 물리적 접근 제어와 통신 보안을 최우선으로 권고합니다.

Level 1(기본 제어)은 PLC(Programmable Logic Controller)와 RTU(Remote Terminal Unit)가 위치하는 계층으로, 현장 기기들의 데이터를 수집하고 기본적인 제어 로직을 실행합니다. 많은 기업에서 이 계층의 장비들이 기본 비밀번호를 그대로 사용하거나 암호화되지 않은 통신을 하는 경우가 빈번하여, 퍼듀 모델 기반 보안 강화가 시급한 영역입니다.

Level 2(감시 제어)에서는 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 시스템과 DCS(Distributed Control System)가 운영됩니다. 이 계층은 Level 1의 제어기들을 통합 관리하며, 운영자가 전체 시스템을 모니터링할 수 있는 인터페이스를 제공합니다. Level 3(제조 운영 관리)은 HMI(Human Machine Interface)와 히스토리안 서버가 위치하여, 생산 데이터의 저장과 분석이 이루어지는 핵심 계층입니다.

OT 보안 관점에서의 퍼듀 모델 활용

OT 보안 영역에서 퍼듀 모델이 중요한 이유는 단순히 구조적 분류를 넘어 실질적인 보안 전략 수립의 기반이 되기 때문입니다. GE의 라지브 나일(Rajiv Niles)이 지적한 바와 같이, “OT 시스템의 경우 악성코드 감염 등 장애 감지에 필요한 시간이 평균 272일”인 반면, 보안을 갖춘 IT 시스템은 24시간 이내에 탐지가 가능합니다.

이러한 현실에서 퍼듀 모델은 심층방어(Defense-in-Depth) 아키텍처의 이론적 기반을 제공합니다. 각 계층 간의 경계에 적절한 보안 제어를 배치하여, 하나의 계층이 침해되더라도 다음 계층으로의 확산을 차단할 수 있는 구조를 만들 수 있습니다.

실무적으로 퍼듀 모델을 적용할 때 가장 중요한 것은 각 계층별 특성에 맞는 보안 솔루션을 선택하는 것입니다. 예를 들어, Level 0-1에서는 화이트리스트 기반의 엔드포인트 보안이 효과적이며, Level 2-3에서는 네트워크 세그멘테이션과 통신 모니터링이 핵심입니다. 또한 ISA/IEC 62443 표준에서 제시하는 보안 레벨(SL-1부터 SL-4까지)을 퍼듀 모델의 각 계층에 적용하여 위험도에 따른 차등 보안을 구현할 수 있습니다.

특히 최근 급증하는 랜섬웨어 공격에 대응하기 위해서는 퍼듀 모델 기반의 백업 전략이 필수적입니다. 각 계층별로 중요도와 복구 우선순위를 정의하고, Level별 독립적인 백업 체계를 구축함으로써 전체 시스템의 동시 마비를 방지할 수 있습니다.

Industrial DMZ와 IT-OT 융합 보안

퍼듀 모델에서 가장 주목받는 개념 중 하나는 Level 3.5로 불리는 ‘Industrial DMZ(산업 비무장지대)’입니다. 이 영역은 IT 영역(Level 4-5)과 OT 영역(Level 0-3) 사이의 완충 지대로, 양쪽 영역의 데이터 공유를 안전하게 중재하는 역할을 담합니다.

현장에서 Industrial DMZ를 구축할 때 가장 중요한 것은 단방향 데이터 다이오드나 망연계 솔루션과 같은 보안성을 갖춘 연결 방법을 활용하는 것입니다. 퍼듀 모델에서 제시하는 이러한 아키텍처는 OT 영역의 강력한 보안성을 유지하면서도 IT 영역의 유용한 자원을 도입할 수 있는 최선의 방법으로 평가됩니다.

하지만 Industrial DMZ는 양날의 검과 같은 특성을 가집니다. 적절히 구축되면 강력한 보안 효과를 제공하지만, 잘못 설계되면 외부 공격자가 OT 영역에 접근할 수 있는 통로가 될 수 있습니다. 특히 코로나19 이후 가속화된 디지털 전환으로 더 많은 OT 영역이 IT 영역에 노출되면서, 퍼듀 모델 기반의 체계적인 보안 설계가 더욱 중요해졌습니다.

실무에서 Industrial DMZ를 운영할 때는 히스토리안 서버가 핵심적인 역할을 합니다. 이 서버는 OT 환경에서 발생하는 정보를 분석하고 모니터링하기 위해 IT와 OT 양쪽에서 접근이 가능하도록 구성되는데, 이는 공격자들이 초기 접점으로 자주 활용하는 대상이기도 합니다. 따라서 퍼듀 모델에 따른 엄격한 접근 제어와 모니터링이 필수적입니다.

현대적 위협과 퍼듀 모델의 한계

1990년대에 개발된 퍼듀 모델이 현재까지도 OT 보안의 표준으로 사용되고 있지만, 최신 위협 환경에서는 일부 한계점이 드러나고 있습니다. 가장 대표적인 사례가 2010년 스턱스넷(Stuxnet) 공격으로, 이는 물리적으로 격리된 OT 환경도 더 이상 안전하지 않다는 것을 보여준 전환점이었습니다.

현대의 사이버 위협은 퍼듀 모델의 전통적인 계층 구조를 우회하는 다양한 방법을 활용합니다. 예를 들어, IIoT(Industrial Internet of Things) 기기들은 기존 모델의 명확한 계층 분류에 맞지 않는 경우가 많으며, 클라우드 연결과 원격 접근 요구가 증가하면서 전통적인 에어갭(Air-Gap) 방식의 한계가 노출되고 있습니다.

또한 퍼듀 모델의 Level 3과 Level 0에서 자주 간과되는 문제는 사용자 인증의 취약점입니다. 많은 레거시 OT 시스템에서는 정적인 비밀번호에 의존하거나 다중 인증(MFA)이 적용되지 않아, 공격자가 손쉽게 시스템에 접근할 수 있는 상황이 발생합니다. 이는 단순한 데이터 조작을 넘어 실제 설비의 물리적 손상이나 인명 사고로 이어질 수 있는 심각한 위협입니다.

이러한 한계점들을 극복하기 위해 제로 트러스트(Zero Trust) 보안 모델과 퍼듀 모델을 결합한 하이브리드 접근법이 주목받고 있습니다. 전통적인 경계 기반 방어에서 벗어나 모든 접근을 검증하고 마이크로 세그멘테이션을 통해 자산을 보호하는 방식이 현대적 OT 보안의 새로운 패러다임으로 떠오르고 있습니다.

미래 지향적 OT 보안 전략

퍼듀 모델이 30년 이상 산업 자동화의 참조 표준으로 사용되어 온 이유는 그 기본 원칙의 견고함에 있습니다. 계층적 구조, 명확한 역할 분담, 그리고 체계적인 보안 접근법은 여전히 유효하며, 앞으로도 OT 보안의 기본 프레임워크로 활용될 것입니다.

하지만 미래 지향적인 OT 보안 전략을 수립하기 위해서는 퍼듀 모델의 장점을 유지하면서도 현대적 요구사항을 반영한 확장과 보완이 필요합니다. 특히 AI와 머신러닝을 활용한 이상 탐지, 동적 리스크 평가, 그리고 자동화된 대응 체계를 통합한 지능형 보안 운영이 핵심이 될 것입니다.

MarketandMarkets의 조사에 따르면, 글로벌 산업 제어 시스템 보안 시장이 2021년 171억 달러에서 2026년 235억 달러로 성장할 것으로 예상되며, 이는 연평균 6.6%의 성장률을 의미합니다. 이러한 시장 성장은 퍼듀 모델 기반의 체계적인 보안 투자가 전 세계적으로 확산되고 있음을 보여줍니다.

결론적으로, 퍼듀 모델은 여전히 OT 보안의 핵심 참조점이지만, 이를 맹목적으로 따르기보다는 각 조직의 특성과 현대적 위협 환경을 고려한 적응적 적용이 필요합니다. 실무자들은 이 모델을 기반으로 하되, 지속적인 학습과 업데이트를 통해 진화하는 보안 요구사항에 대응해야 할 것입니다. 앞으로의 OT 보안은 퍼듀 모델의 구조적 안정성과 최신 기술의 유연성을 결합한 하이브리드 접근법이 주류가 될 것으로 전망됩니다.