블록체인 기반 교통신호 제어 시스템 아키텍처

초록

연결 차량(CV) 기술이 교통신호 제어에 적용되면서 데이터 위변조와 공격 위험이 커졌다. 본 논문은 블록체인 기반의 탈중앙화 보안 아키텍처를 제안하고, 이를 미국 교통부 승인 I‑SIG 파일럿에 적용해 혼잡 공격을 방어한다. 시뮬레이션 결과, 제안 시스템이 실시간 신호 제어를 유지하면서 데이터 무결성과 가용성을 크게 향상시킴을 확인하였다.

상세 분석

본 연구는 연결 차량(CV) 환경에서 교통신호 제어 시스템이 직면하는 데이터 보안 문제를 근본적으로 해결하고자 블록체인 기술을 도입하였다. 기존 중앙집중식 서버 구조는 단일 장애점(SPOF)과 데이터 위변조 위험에 취약했으며, 특히 악의적인 차량이 허위 교통량 정보를 전송해 신호 주기를 조작하는 ‘혼잡 공격(congestion attack)’에 노출되었다. 논문은 이러한 위협을 차단하기 위해 허가형 퍼미션 블록체인(예: Hyperledger Fabric)을 선택하고, 네트워크 참여자를 차량, 엣지 라우터, 교통관제 서버 등으로 정의하였다. 각 차량은 자신의 위치·속도·주행 의도와 같은 텔레메트리 데이터를 블록에 기록하고, 스마트 계약은 사전에 정의된 신호 제어 로직에 따라 데이터를 검증·집계한다. 합의 메커니즘으로는 실시간성을 확보하기 위해 Raft 기반의 순차적 합의를 채택했으며, 이는 트랜잭션 처리 지연을 수 밀리초 수준으로 제한한다. 데이터 무결성은 블록 체인에 영구 저장되는 해시와 디지털 서명을 통해 보장되며, 악의적인 데이터는 스마트 계약 단계에서 자동으로 필터링된다. 시뮬레이션에서는 SUMO와 NS‑3를 연동해 실제 도로 환경과 무선 통신 특성을 재현했으며, 공격 시나리오로는 다수의 가짜 차량이 과도한 교통량을 보고하는 경우를 설정하였다. 결과는 제안 아키텍처가 공격 발생 시에도 신호 주기의 안정성을 유지하고, 평균 지연은 기존 중앙식 시스템 대비 12 % 증가에 그쳤으며, 공격 탐지율은 98 %에 달했다. 이러한 성과는 블록체인 기반 탈중앙화가 실시간 교통 제어에 충분히 적용 가능함을 시사한다. 다만, 블록체인 노드 간의 네트워크 대역폭 요구와 스마트 계약 업데이트 비용이 추가적인 운영 부담으로 작용할 수 있어, 향후 경량 합의 프로토콜 및 계층형 블록체인 구조 도입이 필요하다.