📊 적용 Release: 3GPP Release 15/16/17
🎯 타겟 레벨: 🔰초급
💡 5G 네트워크에서 사용자 인증과 구독 정보를 관리하는 핵심 보안 및 데이터 관리 기능으로, 안전하고 효율적인 서비스 제공의 기반을 담당합니다.
🚀 5G 네트워크가 제공하는 혁신적인 서비스들 - 초저지연 통신, 대용량 데이터 전송, 대규모 IoT 연결 - 이 모든 것이 가능한 이유는 무엇일까요? 바로 사용자가 누구인지 정확히 확인하고, 어떤 서비스를 이용할 수 있는지 체계적으로 관리하는 든든한 뒷받침이 있기 때문입니다.
4G 시대에는 HSS(Home Subscriber Server)와 AuC(Authentication Center)가 이런 역할을 담당했습니다. 하지만 5G에서는 훨씬 더 복잡하고 다양한 서비스를 지원해야 하므로, 이 기능들이 AUSF(Authentication Server Function)와 UDM(Unified Data Management)라는 더욱 진화된 형태로 발전했습니다.
오늘은 5G Core의 심장부에서 보안과 데이터 관리를 책임지는 이 두 핵심 네트워크 기능에 대해 초보자도 쉽게 이해할 수 있도록 차근차근 알아보겠습니다.
🏗️ 기술 배경 및 표준화
• AUSF: Authentication Server Function - "인증 서버" 기능
• UDM: Unified Data Management - "통합 데이터 관리" 기능
• 두 기능 모두 5G에서 사용자의 신원 확인과 정보 관리를 담당
• 4G의 HSS/AuC 기능을 더욱 발전시킨 형태
📚 3GPP 표준화 과정
AUSF와 UDM은 3GPP에서 5G 시스템의 보안 아키텍처와 데이터 관리 방식을 근본적으로 재설계하면서 탄생했습니다. 기존 4G의 중앙집중식 구조에서 벗어나 서비스 기반 아키텍처(SBA)에 맞는 모듈화된 기능으로 발전한 것입니다.
• TS 23.501: System Architecture for the 5G System
• TS 33.501: Security architecture and procedures for 5G System
• TS 29.509: 5G System; Authentication Server Services
UDM 관련 규격:
• TS 23.501: System Architecture for the 5G System
• TS 29.503: 5G System; Unified Data Management Services
• TS 29.504: 5G System; Unified Data Repository Services
🔄 4G에서 5G로의 진화
4G에서는 HSS가 사용자 정보와 인증 데이터를 모두 관리하는 통합된 형태였습니다. 하지만 5G에서는 기능을 분리하여 보안성과 확장성을 크게 향상시켰습니다:
구분 | 4G EPC | 5G Core | 주요 개선점 |
---|---|---|---|
인증 기능 | HSS + AuC | AUSF + SEAF | 전용 인증 서버, 향상된 보안 |
사용자 데이터 | HSS | UDM + UDR | 데이터와 로직 분리 |
아키텍처 | 중앙집중식 | 서비스 기반 | 마이크로서비스, 유연성 |
확장성 | 제한적 | 클라우드 네이티브 | 동적 스케일링 |
🏛️ 5G Core에서의 AUSF & UDM 위치
위 다이어그램에서 볼 수 있듯이, AUSF와 UDM은 5G Core의 제어 평면(Control Plane)에서 핵심적인 역할을 담당합니다. 사용자가 네트워크에 접속할 때부터 서비스를 이용하는 전 과정에서 이들의 도움 없이는 아무것도 할 수 없을 정도로 중요한 기능들입니다.
🔐 AUSF(Authentication Server Function) 상세 분석
🎯 AUSF의 핵심 역할
AUSF는 마치 아파트 출입문의 "경비실" 같은 역할을 합니다. 누군가 아파트에 들어오려 하면 신분증을 확인하고, 정말 이 아파트에 살 권리가 있는 사람인지 검증하는 것처럼, AUSF는 5G 네트워크에 접속하려는 모든 사용자의 신원을 확인합니다.
AUSF(Authentication Server Function)는 5G 네트워크에서 사용자 인증을 전담하는 네트워크 기능입니다. 모든 사용자가 네트워크에 접속할 때 가장 먼저 거쳐야 하는 관문 역할을 하며, 보안의 첫 번째 방어선이라고 할 수 있습니다.
🔧 AUSF의 주요 기능
⚙️ AUSF의 내부 구조
🔒 AUSF 보안 메커니즘
AUSF는 5G 네트워크의 보안을 책임지는 만큼, 여러 층의 보안 메커니즘을 적용합니다:
1️⃣ 사용자 확인: 단말이 자신의 신원정보(SUPI)를 제공
2️⃣ 챌린지 생성: AUSF가 인증 벡터(난수, 인증토큰 등) 생성
3️⃣ 응답 검증: 단말의 응답을 검증하여 진짜 사용자인지 확인
4️⃣ 키 생성: 인증 성공 시 보안 통신을 위한 키 생성
5️⃣ 접속 허용: 모든 검증이 완료되면 네트워크 접속 승인
보안 요소 | 기술 | 목적 |
---|---|---|
상호 인증 | EAP-AKA' | 네트워크와 단말이 서로 신원 확인 |
키 계층구조 | Key Hierarchy | 목적별 보안 키 분리 관리 |
프라이버시 보호 | SUCI | 사용자 식별자 암호화 |
재생 공격 방지 | Sequence Number | 이전 메시지 재사용 차단 |
📊 UDM(Unified Data Management) 상세 분석
🎯 UDM의 핵심 역할
UDM은 "고객 정보 관리 시스템" 같은 역할을 합니다. 은행에서 고객의 계좌 정보, 대출 한도, 서비스 이용 권한 등을 모두 관리하는 시스템처럼, UDM은 5G 사용자의 모든 구독 정보와 서비스 권한을 관리합니다.
UDM(Unified Data Management)은 5G 네트워크에서 사용자 데이터 관리를 통합적으로 담당하는 네트워크 기능입니다. 사용자의 구독 정보, 인증 데이터, 정책 정보 등을 체계적으로 관리하며, 다른 네트워크 기능들이 필요로 하는 사용자 정보를 제공합니다.
🔧 UDM의 주요 기능
⚙️ UDM의 내부 구조
📊 UDM이 관리하는 데이터 유형
UDM은 5G 네트워크에서 사용자와 관련된 모든 종류의 데이터를 체계적으로 관리합니다:
데이터 유형 | 세부 내용 | 활용 목적 |
---|---|---|
구독 데이터 | SUPI, PLMN, 서비스 권한 | 기본 서비스 제공 권한 확인 |
인증 데이터 | K, OPc, SQN, AMF | 사용자 신원 인증 |
정책 데이터 | AM Policy, SM Policy, UE Policy | 사용자별 제어 정책 적용 |
위치 데이터 | Registration Area, Service Area | 위치 기반 서비스 제어 |
세션 데이터 | PDU Session 정보, QoS 프로파일 | 세션별 서비스 품질 관리 |
🤝 AUSF와 UDM의 협력 체계
AUSF와 UDM은 독립적인 네트워크 기능이지만, 사용자 인증과 데이터 관리 측면에서 긴밀하게 협력합니다. 이들의 협력 없이는 5G 네트워크의 보안과 서비스 제공이 불가능할 정도로 중요한 관계입니다.
🔄 인증 과정에서의 협력
1️⃣ AUSF: "이 사용자 인증 좀 도와줘"
2️⃣ UDM: "잠깐, 내가 확인해볼게. 인증 벡터 만들어줄게"
3️⃣ AUSF: "고마워! 이걸로 사용자 인증할게"
4️⃣ UDM: "인증 성공하면 이 사용자 정책 정보도 필요하면 말해"
마치 경비실(AUSF)과 관리사무소(UDM)가 협력하는 것과 같습니다.
🎭 역할 분담 체계
• 인증 프로토콜 실행 (EAP-AKA')
• 보안 키 생성 및 분배
• 인증 상태 관리
• 네트워크 접근 승인/거부 결정
• 사용자 구독 정보 관리
• 인증 벡터 생성
• 정책 데이터 제공
• 사용자 프로파일 업데이트
이러한 역할 분담을 통해 전문성과 효율성을 동시에 확보할 수 있습니다. AUSF는 보안에 특화되고, UDM은 데이터 관리에 특화되어 각자의 영역에서 최고의 성능을 발휘합니다.
🔌 주요 인터페이스 분석
📡 AUSF 관련 인터페이스
주요 서비스:
• UE Authentication Service
• SoR (Steering of Roaming) Transparency Service
• UPU (UE Parameter Update) Transparency Service
주요 기능:
• 인증 벡터 요청
• 인증 확인 및 키 유도
• 사용자 인증 상태 업데이트
📡 UDM 관련 인터페이스
주요 서비스:
• Subscriber Data Management
• UE Context Management
• Event Exposure Service
• Parameter Provisioning Service
주요 기능:
• 구독 데이터 CRUD 연산
• 인증 데이터 관리
• 정책 데이터 조회
• 데이터 변경 알림
🌐 인터페이스 프로토콜 스택
5G Core의 모든 인터페이스는 HTTP/2 기반의 RESTful API를 사용합니다. 이는 4G의 전용 프로토콜에서 벗어나 표준 웹 기술을 활용한 것으로, 개발과 운영의 편의성을 크게 향상시켰습니다.
Layer | Protocol | 특징 |
---|---|---|
Application | OpenAPI 3.0 | 표준화된 API 정의 |
Presentation | JSON | 데이터 직렬화 |
Transport | HTTP/2 | 다중화, 압축, 보안 |
Security | TLS 1.2/1.3 | 종단간 암호화 |
Network | IPv4/IPv6 | 네트워크 연결 |
📞 실제 프로시저 Call Flow
🔐 5G 초기 인증 절차
사용자가 5G 네트워크에 처음 접속할 때 수행되는 인증 절차를 단계별로 살펴보겠습니다. 이 과정에서 AUSF와 UDM이 어떻게 협력하는지 자세히 확인할 수 있습니다.
📋 Call Flow 단계별 상세 분석
🔄 재인증 및 핸드오버 절차
사용자가 네트워크를 이용하는 중에도 주기적으로 재인증이 필요하거나, 다른 기지국으로 이동할 때 핸드오버 과정에서도 AUSF와 UDM이 중요한 역할을 담당합니다.
• 🕐 시간 만료: 보안 키의 유효 기간이 만료될 때
• 📱 기기 이동: 다른 지역이나 네트워크로 이동할 때
• 🔒 보안 정책: 네트워크 보안 정책에 따른 주기적 재인증
• ⚠️ 의심 활동: 비정상적인 사용 패턴이 감지될 때
⚙️ 실무 구현 고려사항
🏗️ 아키텍처 설계 원칙
실제 5G Core를 구축할 때 AUSF와 UDM을 구현하기 위해서는 여러 가지 실무적 고려사항들이 있습니다. 이론적 지식뿐만 아니라 실제 운영 환경에서의 요구사항을 충족해야 합니다.
수평적 확장: 트래픽 증가에 따라 인스턴스를 동적으로 증설할 수 있도록 설계합니다.
상태 비저장: 각 요청을 독립적으로 처리하여 로드 밸런싱과 장애 복구를 용이하게 합니다.
종단간 암호화: 모든 인터페이스에서 TLS 1.3을 적용하여 데이터를 보호합니다.
접근 제어: 역할 기반 접근 제어(RBAC)와 다단계 인증을 적용합니다.
데이터베이스 최적화: UDR과의 연동에서 인덱싱과 파티셔닝을 통해 쿼리 성능을 향상시킵니다.
비동기 처리: 블로킹 없는 비동기 API를 사용하여 동시 처리 능력을 높입니다.
📊 용량 계획 및 사이징
구분 | 소규모 (10만 가입자) | 중규모 (100만 가입자) | 대규모 (1000만 가입자) |
---|---|---|---|
AUSF 인스턴스 | 2-4개 (HA 구성) | 6-10개 (로드밸런싱) | 20-50개 (클러스터링) |
UDM 인스턴스 | 2-4개 (HA 구성) | 8-12개 (분산 처리) | 30-80개 (샤딩) |
TPS (초당 인증) | 1,000-5,000 | 10,000-50,000 | 100,000-500,000 |
응답 시간 | < 100ms | < 150ms | < 200ms |
🛠️ 운영 및 모니터링
• 📈 인증 성공률: 전체 인증 시도 대비 성공 비율 (목표: 99.9% 이상)
• ⏱️ 응답 시간: 인증 요청부터 완료까지 소요 시간
• 🔄 처리량(TPS): 초당 처리 가능한 인증 건수
• 💾 자원 사용률: CPU, 메모리, 네트워크 사용량
• ⚠️ 에러율: 시간당 발생하는 오류 건수와 유형
• 인증 실패율 5% 이상 시 Warning
• 응답 시간 500ms 이상 시 Critical
• CPU 사용률 80% 이상 시 Warning
• UDM-UDR 연결 실패 시 Critical
• 보안 키 생성 오류 시 Critical
🔧 트러블슈팅 가이드
• 원인: UDM-UDR 연결 문제, 인증 벡터 생성 오류
• 해결: UDR 상태 확인, 데이터베이스 커넥션 풀 점검
2. 응답 시간 지연
• 원인: 데이터베이스 쿼리 지연, 네트워크 병목
• 해결: 쿼리 최적화, 캐시 적중률 향상, 인스턴스 증설
3. 메모리 누수
• 원인: 세션 정보 미정리, 캐시 오버플로우
• 해결: 정기적 가비지 컬렉션, 캐시 정책 재검토
🎯 AUSF & UDM 핵심 기술 요약
• 클라우드 네이티브 아키텍처 지원
• RESTful API 기반의 표준화된 인터페이스
• 마이크로서비스 구조로 확장성 확보
• 향상된 프라이버시 보호 (SUCI 사용)
❓ 자주 묻는 질문 (FAQ)
📚 관련 규격 및 참고 자료
📖 3GPP 핵심 규격
TS 33.501 - Security architecture and procedures for 5G System
TS 29.509 - 5G System; Authentication Server Services; Stage 3
TS 33.502 - 5G System; Procedures for registration, authentication and authorization
TS 29.503 - 5G System; Unified Data Management Services; Stage 3
TS 29.504 - 5G System; Unified Data Repository Services; Stage 3
TS 29.505 - 5G System; Usage of the Unified Data Repository services
🌐 추가 참고 자료
ITU-R IMT-2020 - 국제전기통신연합의 5G 표준
GSMA 5G Resources - 이동통신 업계 협회의 5G 자료
NGMN 5G White Paper - 차세대 이동통신 네트워크 연합의 백서
TechPlayOn 5G NF Guide - 5G 네트워크 기능 가이드
5G Knowledge Base - 5G 기술 종합 지식 베이스
RF Wireless World - AUSF vs UDM 비교 분석
이상으로 5G Core의 핵심 네트워크 기능인 AUSF와 UDM에 대한 포괄적인 분석을 마칩니다. 이 두 기능은 5G 네트워크의 보안과 데이터 관리라는 가장 중요한 영역을 담당하며, 5G가 제공하는 혁신적인 서비스들의 안전하고 효율적인 제공을 뒷받침하는 핵심 기술입니다.
특히 초급 엔지니어 여러분께서는 이 글을 통해 인증과 데이터 관리의 기본 개념부터 실무 적용까지의 전체적인 흐름을 이해하셨기를 바랍니다. 앞으로 5G Core의 다른 네트워크 기능들을 학습하실 때도 이 기초 지식이 큰 도움이 될 것입니다.
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