월간 국방과 기술
사이버-물리 융합체계 기술과 동시통합전
사이버-물리 융합체계 기술과 동시통합전
박준수 국방대학교 군사전략학과 석사과정
*6회에 걸친 ‘미래전쟁’ 특별연재 중 4편입니다. 미래전쟁에서 AI, 스텔스, 사이버, 양자, 유/무인 등 다양한 기술이 어떤 영향을 제공할 것인지를 분석하고, 국방대학교 <전쟁론> 강의에서 다룬 주제를 중심으로 우리 군의 미래전 수행에 대한 고민을 공유합니다.
사이버 전장의 현재와 미래
사이버위협은 점차 다양하고 복잡하게 진화하고 있다. 특히, 초연결·초지능 시대가 본격화될수록 사이버위협도 더욱 증가할 것으로 전망된다. 사이버공격이 전쟁 또는 분쟁에서 활용된 최근 사례들은 군사적 의미의 사이버 전장이 점차 가시화되고 있으며, 향후 직면하게 될 사이버 전장 환경에 대한 타당한 분석이 필요함을 암시한다.
한편, 사이버전은 전쟁의 판도를 좌우하는 게임체인저인가? 펜타곤 사이버국장 미카 오옝(Mieke Eoyang)은 러시아의 사이버공격이 결과적으로 목표한 성과를 얻지 못하여, 재래전을 통한 물리적 파괴로 빠르게 전환되었다고 말한다. 즉, 사이버전만으로는 전쟁 결과를 결정지을 수 없음을 의미한다. 그럼에도, 이는 이전의 단순한 해킹과 같은 제2세대 사이버전에서 재래식 군사력과 결합된 제3세대 사이버전 형태로 진화하는 모습을 보여주었다.
국방혁신 4.0의 추진에 따라 사이버전은 어떻게 변화하고, 기술의 영향은 어느 정도일까? 현재와 같은 가상 영역에 머무른다면 사이버전은 전쟁 지원 역할에 한정될 것이다.
미래의 전장은 다양한 기술과 무기체계가 효율적으로 연결되어, 특히 사이버 공간에서의 연계를 통해 물리 공간에서 효과가 극대화될 것이다. 이 글에서는 위 내용을 충족하기 위한 군사기술로서의 사이버-물리 융합체계(CPS : Cyber-Physical System)와 전쟁의 변화를 논의한다.
사이버-물리 융합체계(CPS) 기술과 전장 환경의 변화
전장에서 CPS 기술을 어떻게 군사적으로 활용할 수 있을까? 사이버 공간의 속성(익명성, 공격우위, 초국가적 성격)을 고려할 때, 보다 적극적으로 사용할수록 높은 효과를 발휘할 것이다. 이러한 전제 하에, CPS 기술들이 사이 버전에 가져올 영향을 [표 1]과 같이 제시한다.
[표 1] 사이버-물리체계(CPS) 핵심기술에 따른 사이버전 수행 양상 변화
먼저, 첫째로 하이브리드 모델링 기술로 AI와 빅데이터가 효과적으로 결합되어 의사결정(Decision-Making) 과정이 최적화될 것이다. 향후에는 AI 기반 학습을 통해 사이버 공간에서 효율적인 지휘결심체계가 구축되어 물리 공간에 서의 지휘통제 부담이 해소될 것이다.
둘째, 시뮬레이션 기술은 현재 군에서 LVC(Live·Virtual·Constructive) 방식의 시뮬레이션 훈련이 대표적이다. 병력 및 편제가 감소하는 미래에는 AI 요원에 의한 무인 가동 및 분석이 이루어질 것이다. 따라서 기술적 개선과 전술적 알고리즘 구축을 통해 해소될 것이다.
셋째, 자율제어 기술은 자율주행, IoT 등 AI·알고리즘 적용으로 자율성이 높아지고 있다. 앞으로 UAV·미사일·GPS 등 항공우주 무기체계에 내장된 시스템에 대한 제어 알고리즘과 AI·딥러닝 기술 적용으로 무기체계의 자율성·정밀성·신뢰성이 향상되어, 간단한 명령만으로 고도로 학습된 제어기술을 통해 원하는 시·공간에 정밀 전력투사가 가능해질 것이다.
넷째, 보안 분야는 더욱 복잡하고 어려워질 것이다. 특히, 위성통신장치의 보안 취약점을 악용한 AI 기반 사이버 공격과 지능형 지속위협(Advanced Persistent Threat) 공격 등 더욱 진화된 형태의 공격들이 점차 물리적 파괴보다 심리적 마비를 추구하는 비선형성이 강해질 것이고, 분쟁 단계에서부터 전략자산 해킹을 통한 무력화가 빈번해질 것이다.
다섯째, 데이터 통신 및 연동과 관련하여, 향후 네트워크를 통한 전력의 통합 과정에서, 사이버공간에서 기술 간 연결 속도가 획기적으로 향상되어, 군사과업의 동시병렬적 수행이 가능할 것이다. 또한 현장의 통신장비와 상위 제대의 전장정보관리체계가 효율적인 연결을 통해 시간과 노력이 최소화되고, 전장정보 수집 및 공유 속도가 향상될 것이다.
마지막으로, 무선 센서는 물리 세계의 정보를 수집·전송 하는 역할을 한다. 즉, 드론, 무인로봇 등 첨단 전력체계들의 센서(Sensor)와 구동기(Actuator)가 네트워크로 연결 되어 보다 전장정보 수집과 가시화가 동시에 이루어질 것이고, 지휘통제실과 현장 사이의 반응 시간이 단축되어 신속·정확한 상황 인지 및 대응이 가능해질 것이다.
CPS의 구성 분야와 필요 기술은 더욱 광범위해질 것으로 전망된다. 장차 사이버전에 필요한 기술의 대부분은 비교적 최근에 시작되었거나, 장기간 소요되는 특성을 보인다. 이에 따라, 기술성숙도(TRL)와 개발 완료 시점을 지속적으로 구체화하는 노력이 필요하다.
그럼에도, 전장이 점차 네트워크 수직적으로 변모하여 사이버 공간의 연결성에 따라서, CPS 기술이 육군의 워리어플랫폼과 드론봇 전투체계, 해군의 스마트 전투함정 및 스마트 작전운용, 공군의 지능형 스마트 비행단, 우주전력 기반체계 등 현장 전투원부터 각 군의 핵심 전력체계까지 넓은 범위에서 사이버 전장에서 물리적 전장에 대한 연결성과 동시통합성이라는 특성으로 영향력을 확대해 나갈 것으로 예상된다. 이 점에서, CPS를 고려한 전쟁 수행개념을 정립하는 과정은 향후 위협에 대한 대비와 연구에 있어서 유의미하다.
사이버-물리 동시통합전
전장에서의 사이버-물리 영역의 상호작용과 전장의 변화
사이버-물리 시스템 기술을 기반으로 전쟁 양상을 구체화 하는 배경은 사이버·전자기 영역은 전 영역을 통합하는 ‘기반 영역’이며, 미래 군사작전들의 상호연계성과 초고속·초연결 기능을 제공하는 교차영역(Cross-Domain)으로서 군사작전 성공의 선행조건이 될 것이라는 논의에 기반한다. 향후 사이버 공간에서의 군사기술들의 연결이 전력의 통합을 고도화할 것을 상정하며, 현재와 미래의 전쟁 개념들의 특성을 융합하여 [그림 1]과 같이 제시한다.
[그림 1] 사이버-물리 동시통합 비선형전 개념도
또한 CPS 기반 기술들의 효과적 결합은 가용 전력을 네트워크로 긴밀하게 통합하고 동시적으로 운용하게 하여, 전투력의 승수 효과 발휘가 용이해질 것이다. 전장 공간과 전투 수단, 전장 운영방식을 가장 적합한 형태와 방법으로 연결하여 조합하고, 비선형전 측면에서 사이버 공간과 물리 공간 모두에서 분산된 전력과 자산을 실시간으로 통합 하여 전 영역(All-domain)에서 적에 대한 기습·충격·마비의 시너지 효과를 추구할 수 있을 것이다.
CPS 기술이 전쟁 수행에 미치는 영향
⑴ 교리(Doctrine)
최근 러시아가 우크라이나 침공 이전에 사용한 것으로 알려진 하이브리드전 개념은 사이버-물리 동시통합전의 가시화를 암시한다. 이는 분쟁의 스펙트럼 변화를 의미하기도 한다. 기존에는 인명피해를 경계하여 물리적 분쟁을 회피했으나, 사이버 공간의 속성이 확전 과정의 촉매 요인으로 작용하는 환경이 되어가고 있다. 동시에, 전쟁의 시점에 대한 고려도 기존의 전·평시의 이분법적 구분에서 벗어나, 경쟁상태에서부터 고려되는 형태로 변모할 것이다.
따라서 분쟁의 스펙트럼 상의 전쟁 형태의 변화를 [그림 2]와 같이 제시한다.
[그림 2] 사이버-물리 동시통합전의 전환 시기
전쟁수행 시점은 경쟁-분쟁-전쟁 상태로 재설정한다. 경쟁 상태에서는 평시 수준의 사이버위협 관리를 한다. 분쟁 상태로 전환되면, 국가이익 확보를 위해 상대의 반응을 확인 하고 협상을 유도하기 위한 수단으로 공세적 사이버작전이 강조될 것이다. 전쟁 상태로 전환되면서, 사이버-물리 동시 통합 작전은 CPS로 긴밀히 연결된 전략·작전·전술적 자산들을 최대 활용하여 적의 지휘통제 및 무기체계를 조기에 마비 및 무력화시키는 한편, 아군의 신속하고 효율적인 작전을 보장하여 신속한 전쟁 종결에 기여할 것이다.
⑵ 조직 및 정책(Organization & Policy)
인구절벽과 전장영역 간 연계성 증대, 사이버-물리 위협의 가시화 등의 요인들은 사이버와 물리 영역의 경계를 점차 모호하게 만들 것이다. 특히, 다변화되는 위협 양상은 군 차원의 대응을 넘어서 국가 차원에서의 관리체계를 요구할 것이다. 사이버-물리 동시통합전의 복잡성으로 인해 국가 통합전쟁지도부의 역할이 중요해질 것이다. 이에 따라 융합기술인 CPS 기반들을 전쟁자원으로 효과적으로 통합 관리하는 네트워크가 구축되고, 전쟁수행 과정에서 군과 국가기관 들의 사이버 전력 간의 통합된 작전이 이루어질 것이다.
한편, 국제적으로 사이버 기반 기술우위 국가에 의한 외교적 강압이나 국제 사이버 협력연대·동맹의 형성 가능성이 제기되었다. 사이버-물리 융합기술에 대한 국내외적 협력 거버넌스 형성에 대비하기 위해서 고유하고 차별적인 CPS 기술혁신이 병행될 것이다. 또한 국가 개별집단에서부터 국가 간 협력까지 폭넓은 상호작용이 발생할 것이다. CPS 기술이 군사기술로 전환되어 전투현장에 적용되는 전반적인 과정에서 기술성숙도와 시점을 국내외적 변수를 고려하여 평가하고 추진하는 국방정책 모델 정립에 대한 요구도 증가할 것이다.
⑶ 훈련 및 자원(Training & Personnel·Material)
사이버와 물리 작전이 연계된 전장에서 노력의 낭비를 최소화하기 위해, 기술·장비·전투원 등 최적화된 훈련 모델을 통해 예측과 학습 기회가 증가할 것이다. 한편, 훈련 모델의 정립은 기술·장비·병과·직책 등이 복합적으로 연계될 것이며, CPS 기반 기술들을 활용하여 모델 연구· 정립·검증·보완 등의 과정에서 소요되는 시간과 노력은 대폭 절약될 것이다.
CPS 기술들이 발전할수록, 사이버위협과 취약성도 증대될 것이다. 특히, 군에서는 CPS 기술 관련 외부 인력들의 유입이 증가하고, 내부 인력과 통합하여 시너지 효과를 발휘하게 하는 기반과 시스템이 요구될 것이다. 또한 CPS에 대한 공감대와 군·산·학·연 협력이 강화되면서, 사이버-물리 동시통합전 수행에 필요한 무기체계 개발 및 도입 절차에 대한 질적 개선도 이루어질 것이다.
사이버-물리체계(CPS) 융합기술 적용에 관한 쟁점
사이버 분쟁에 대한 법적·윤리적 논쟁
미 해군대학원 마이클 슈미츠는 국제적 수준의 무력 사이버분쟁(International Armed Cyber Conflict)과 비국제적 수준의 무력 사이버분쟁(Non-international Armed Cyber Conflict)으로 구분하면서, 국제적 차원에서 사이버 작전이 ‘공격’의 형태에 이르면, 그 자체로 폭력적이지 않더라도 인명과 자산의 피해 또는 파괴를 야기한다면 폭력 적인 결과를 야기할 것이기에 국제인도법적으로 무력으로 간주된다고 설명한다. 또한 국제적십자위원회(ICRC)는 대상을 ‘불능화’하는 사이버작전은 물리적 피해가 없어도 공격으로 간주한다.
CPS 기술을 적용한 미래 사이버전장에서 사이버 작전이 물리 영역에 미치는 파괴 또는 무력화 효과가 가시화될수록, 현행 국제법에 위배되는 문제가 발생할 수 있다. 반면에, 비국제적 수준에서 사이버공격의 은밀성과 효과성을 고려하면, CPS 기술을 적용한 사이버분쟁은 나날이 진화할 것으로 예상된다. 우크라이나 침공 전 러시아의 여건조성 차원의 사이버 공격 사례는 사이버공격 사용에 대한 많은 기존 논쟁을 넘어서 분쟁 또는 평시의 사이버공격, 즉 사이버 분쟁(Cyber Conflict)에 대한 논의로 넘어가야 함을 암시한다.
사이버전 비대칭성과 사이버 확전
2019년 8월 Wired Magazine의 앤디 그린버그의 언급을 시작으로, 사이버 공간에 대한 규범과 기준이 새롭게 형성 되는 과정에서 서로의 역량을 가늠하는 수단으로써 ‘사이버 벼랑끝전술(Cyber Brinkmanship)’ 개념이 등장했다.
카슨(Carson)과 야르히밀로(Yarhi-Milo)는 경쟁에서 비밀 행위를 사용해도 상호 부인을 통해 위기 고조를 제한하고 양자 모두 빠져 나갈 수 있다며, 은밀성에 의해 사이버 확전을 제한 가능하다고 설명한다.
국립외교원 송태은 박사는 유사한 개념으로 ‘사이버 영향공작’의 위험성을 제시하면서, 사이버 공격, 하이브리드 위협, 군사작전 또는 국내 사회교란(선거개입 등)과 결합되어 국가안보 문제로 발전할 수 있고, 미·중 경쟁과 진영 간 갈등을 더욱 심화시키는 요인이 될 것이라고 설명한다. 이에 더해, 국방대학교 손한별 교수는 사이버작전에서 자위권 차원보다는 임무수행을 고려한 사이버 교전규칙(Rules of Engagement in Cyber)과 행동 지침 정립, 물리적 충돌로 전이되는 임계점 설정에 대한 고려의 필요성도 제기한다.
한편, 최근에 핵 시스템에 대한 해킹도 언급되었다. 앤드류 퍼터는 그의 저서 「Hacking the Bomb(2018)」에서 이를 예측했고, 실제 미국의 핵무기고를 유지·관리하는 에너지부와 국가 핵안보국에 대한 대규모 사이버 공격이 있었다. 2021 SIPRI 컨퍼런스에서는 핵 지휘·통제·통신(NC3)에 대한 사이버 위협 증가를 고려한 위험 시나리오도 제시했다. 이는 핵 억제전략들도 물리 영역에서 사이버-물리 영역간 상호작용으로 전환됨을 암시한다.
사이버-물리체계 융합기술과 국방혁신 4.0
사이버-물리체계(CPS) 기술은 특정 분야의 기술로 표현하기 어려우며, 국방혁신 4.0에서 추구하는 AI의 기반 기술들과 사이버 영역 고유의 기술들이 융합된 것으로 이해하고 접근해야 한다. 즉, 사이버-물리 동시통합전은 기술의 융합을 전쟁 개념에 적용한 ‘융합전쟁(Convergence Warfare)’ 개념이다. 따라서 중장기적 관점에서 미래를 예측하고 첨단기술들의 선택과 집중을 통해 군사기술로 발전시키는 과정이 중요하다. 앞에서, 사이버-물리체계 기술이 전쟁에 미치는 영향을 전투발전요소를 적용하여 분석하고, 요소별 발전 과제들을 [표 2]와 같이 식별하였다. 이에 따라 국방혁신 4.0 추진에서 고려할 사항을 조직 및 편성, 인력, 정책 분야에서 제시한다.
[표 2] 사이버-물리 동시통합전의 발전 과제
먼저, 조직 및 편성 측면에서 국가 차원의 미래전쟁지도부 구성 준비가 필요하다. 사이버전 단계에는 국가사이버안보 협력센터를 필두로 민·관 사이버 역량을 통합 발휘하고, 국방부가 사이버-물리전 전환 시점을 판단·자문 등 국가 안전보장회의(NSC) 개최 및 전쟁수행 능력 통합 과정에서 시간과 노력의 단축을 위한 역할·체제의 정비가 필요하다.
기존 NSC의 구성으로는 위협 양상의 다변화에 대한 효과적인 대응이 어려워질 것이다. 또한 미래전 패러다임은 기술의 영향이 확대되며, 전쟁 수행과정에서의 기술적 자문 등 과학기술정보통신부 역할 정립과 기술 전문기관들에 대한 전략적 차원의 통합관리 방안도 고려되어야 한다.
다음으로, 인력 측면에서는 CPS 기술이 전쟁에 미치는 영향에 대한 이해와 공감대가 전쟁지도부에서 현장 전투원까지 기본 소양을 갖출 필요가 있다. 인력의 획득 및 운용 측면에서 민·군·산·학의 전문인력들을 폭넓게 확보하는 동시에, 군의 내외부적인 대응전략이 필요하다. CPS 기술의 발전은 군내적으로 현역 대비 기술직 군무원의 비중을 높아지게 할 가능성이 있으며, 전쟁수행 시 첨단 장비 체계 관리 및 운용에 대한 현역과 군무원의 역할을 정립하고 작전계획을 구체화할 필요가 있다. 또한 군외적으로는 CPS 기술들과 관련된 국내외적 연구 및 협력을 지속적으로 확대하여 미래 전장의 도래에 대비해야 한다.
마지막으로, CPS 기술 적용을 반영하는 국방정책 수립이 필요하다. CPS는 융합기술로써, 자체적인 효과보다 기술 간의 연결성이 요구된다. 이에 따라, 원하는 시점에 실제 전력으로 사용할 수 있도록 기술들을 선택과 집중이 필요 하며, 기술성숙도와 시점을 평가할 수 있는 국방기술 평가 모델이 정립되어야 한다. 또한 CPS 기술 개발과정이 국가간 기술 협력을 촉진할 것에 대비하여, CPS 기술 관련 네트워크를 구축하는 것이 중요하다. 특히, 정책수립 과정에서 국제 CPS 기술 협력 및 제휴 등 국외적 요인을 충분히 반영하고, 전문가들과 연계하여 목표 시점을 가시화해 나가는 등 단계적인 국방력 강화 노력이 필요하다.
대표 이미지
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