1907호2019.07.31.

「주간기술동향」은 과학기술정보통신부 「ICT 동향분석 및 정책지원」 과제의 일환으로 정보통신기획평가원(IITP)에서 발간하고 있습니다.

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1907호

기획시리즈 2국내 모바일 OTT 서비스 현황

[이희대/광운대학교]

Ⅰ. 서론

Ⅱ. 국내 모바일 동영상 OTT 서비스 플랫폼 현황

Ⅲ. 국내 모바일 동영상 OTT 서비스의 이용 행태

IV. 국내외 OTT 사업자들의 최근 동향

Ⅴ. 국내 OTT 서비스의 현황 진단

Ⅵ. 결론

ICT 신기술 16오픈소스 기반 SW 보안 기술 및 도구 개발 동향

[박현규/㈜페타바이코리아]

Ⅰ. 서론

Ⅱ. 오픈소스와 바이너리 분석

Ⅲ. 침투 테스트 기술 및 도구

Ⅳ. 시사점과 향후 발전 동향

Ⅴ. 맺음말

ICT R&D 동향 27비파괴 및 실시간 세포 모니터링을 위한 세포-기질 전기 임피던스 측정기술

[조성보/가천대학교]

Ⅰ. 연구의 목적 및 필요성

Ⅱ. 연구의 구성 및 범위

Ⅲ. 연구 내용

Ⅳ. 주요성과 및 시사점

주간기술동향 2019. 7. 31.

2 www.iitp.kr

*

I. 서론

現 방송 시장은 초고속 이동통신과 스마트폰 보편화 등으로 온라인 및 모바일 동영상

소비가 급격히 늘어나며 일대 변화를 이루고 있다. 이를 통해 지상파방송과 케이블방송,

위성방송, IPTV 등 기존 TV 기반의 방송 플랫폼 외에 웹, 모바일 상의 온라인 스트리밍

플랫폼인 OTT(Over-The-Top) 서비스의 확장으로 유통 창구가 다양해지면서 동영상

* 본 내용은 이희대 교수(☎ 02-940-5370, hd1912@kw.ac.kr)에게 문의하시기 바랍니다.** 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.

인터넷과 모바일 기기, SNS(사회관계망) 서비스의 대중화로 인해 방송 시청 환경이 기존의 TV 기반에서 디지털 융합 환경이 주를 이루는 OTT(Over The Top) 서비스로 영역 확장 및 변화가 가속화되어감에 따라 전 세계적으로 방송·영상 분야 콘텐츠 기획 및 제작, 유통 등 관련 분야 전반에서 패러다임의 급격한 대전환이 이루어지고 있다. 글로벌 OTT 플랫폼들의 대거 약진과 신규 진입, 또 이에 대응하여 국내에서도 서비스간 합종연횡이 이어지는 것도 이러한 배경에서 연유한다. 본 고에서는 국내 대표 데이터 분석 기관의 지난 1년간 모바일 애플리케이션 리포트를 살펴보며, 국내 OTT 서비스 이용 현황을 분석하고 글로벌 OTT 전장의 한가운데 놓인 한국 OTT 서비스의 현실을 살펴보고자 한다.

01chapter

국내 모바일 OTT 서비스 현황

•••이희대 ‖ 광운대학교 교수

기획시리즈

방송·스마트미디어콘텐츠

정보통신기획평가원 3

콘텐츠 및 이용에 대한 시청자 선택의 폭이 넓어졌다. 또한, 이들 OTT 사업자들은 자체

투자를 통해 오리지널 콘텐츠라 불리는 독점 콘텐츠들을 직접 제작, 서비스하면서 미디어

산업 생태계를 재정의하고 있다[1]. 2018년 글로벌 OTT 시장규모는 48조 3,100억 원으

로 글로벌 박스오피스 매출(46조 61,00억 원)을 넘어섰다[2]. 이어 5세대(5G) 이동통신이

확산하면서 OTT 서비스의 수요는 더욱더 늘어날 것이 분명하다. 동영상 OTT 시장의

패권을 쥐기 위한 글로벌 기업들의 투자가 경쟁적으로 확대되는 이유이다. 이에 국내 미디

어 업계도 초긴장 상태를 맞고 있다. OTT 서비스는 지역 단위로 송출권역이 제한되는

기존 방송 서비스 산업과 달리 전 세계의 시청자를 대상으로 또 전 세계의 사업자들과

경쟁하는 글로벌 무한 전장이기 때문이다[3].

시위는 이미 당겨진 상황이고, 이제는 냉정하게 실체를 들여다볼 때이다. 전장의 한

가운데 들어선 국내 OTT 서비스들의 실체 파악을 위해 본 고에서 선택한 도구는 데이터

분석기관 닐슨코리안클릭의 모바일 애플리케이션 리포트이다[4]. 스마트폰 등 모바일 기

기를 중심으로 한 온라인 동영상 시청 행태가 더욱 견고해지고 있는 것으로 나타나고 있는

가운데 기존 TV 기반 방송사업자, 포털사업자, SNS 사업자, 통신사, 독립 사업자 및 글로

벌 사업자 등 다양한 주체들이 참여하고 있는 OTT 모바일 애플리케이션의 이용자 현황은

곧 각 서비스의 경쟁력과 더불어 국내 OTT 시장의 현주소를 보여주는 지표라 할 수 있다

[5].

본 고의 목적은 주요 데이터 분석 기관들이 제공하는 OTT 서비스 관련 최신 조사 자료

들을 분석하여 국내 OTT 동영상 서비스의 전반적 이용 특성과 서비스별 운영 주체, 그리

고 각 서비스들의 이용자 현황을 분석하여 영역별 경쟁력을 비교하고자 한다. 또한, 경쟁

상황에서 각 서비스 주체들은 어떤 전략과 대응을 보이고 있는지 최근 동향을 파악하여

글로벌 서비스의 진격 속에 국내 토종 OTT 서비스의 지속 발전 및 활성화를 위한 대안과

향후 추진 방향을 모색해보고자 한다. 이를 위해, 먼저 II장에서는 국내 모바일 동영상

OTT 서비스 플랫폼의 현황을 살펴보고, III장에서는 각 서비스 플랫폼별 실제 시청 이용

행태, IV장에서는 국내외 OTT 서비스 플랫폼들의 최근 사업 전개 동향을 각각 살펴볼

예정이다. V장에서는 분석 결과 및 국내외 동향을 기반으로 한국 OTT 서비스의 현실과

향후 대안을 짚어보고, VI장에서 본 고의 결론을 제시한다.

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II. 국내 모바일 동영상 OTT 서비스 플랫폼 현황

1. 국내 인터넷 이용자의 동영상 OTT 시청 유형 분석

방송통신위원회가 지난 1월 발표한 ‘2018 방송 매체 이용행태 조사’에서는 전년도에 비해 전체적으로 이용 빈도가 상승한 동영상 OTT 서비스의 부상에 주목하였다. OTT 서비스 이용률은 전체 응답자 기준 42.7%로 전년대비(36.1%) 증가했으며, OTT 서비스 이용자 중에서 주 5일 이상 시청빈도는 36.0%, 주 1회 이상 시청빈도는 88.8%로 역시 전년대비(30.8%, 84.4%) 높아진 것으로 나타났다. 연령대별 이용률의 경우도 전년대비 전 연령층에서 고르게 상승한 것으로 집계되었고, 이 중 20대가 78.4%로 가장 높았으며, 10대(71.7%)와 30대(64.2%) 순으로 조사되었다. 특히, 동영상 OTT 서비스 이용의 주 시청 단말기는 스마트폰이 93.7%, 그 다음이 데스크톱PC(8.2%), 노트북(5.2%)의 순으로 압도적으로 모바일 시청이 주를 이루는 것으로 드러났다([그림 1] 참조)[5].

이와 같은 결과는 국내 동영상 OTT 서비스 이용행태 분석에 있어 모바일 시청 시 이용현황, 즉 스마트폰 등 모바일 기기에서 서비스되고 있는 각 OTT 애플리케이션들의 이용현황이 실질적인 국내 OTT 시장의 현주소를 보여주는 지표가 될 수 있음을 증명한다. 본 고에서 닐슨코리안클릭의 모바일 애플리케이션 리포트를 한국 동영상 OTT 서비스의 현황 진단을 위한 분석 기준으로 삼은 배경이다.

N 3,087명

[연령대별 OTT 이용률(단위: %)] [OTT 서비스 이용 시 사용 기기(단위: %)]

<자료> 2018년 방송매체 이용행태 조사 ⓒ 방송통신위원회

[그림 1] 국내 OTT 서비스 연령대별 이용률 및 주 이용 기기

방송·스마트미디어콘텐츠

정보통신기획평가원 5

2. 국내 모바일 동영상 OTT 서비스의 분류

방송통신위원회의 가장 최근 공식 관련 보고서인 “2018년도 방송시장 경쟁상황 평가”에 소개된 [표 1]과 같이 국내 OTT 동영상 서비스를 분류하는 기준은 아직 명확한 학술적 기준이 제시되고 있지 않은 상태이다. 방송통신위원회는 주요 유료 OTT 서비스를 실시간형과 주문형으로 구분한 후, 무료 OTT 서비스에 대해서는 별도로 유튜브와 기타 무료 OTT 서비스로 나누어 총 4개 그룹으로 유형을 분류하여 조사했다.

[표 1] 국내 OTT 동영상 서비스의 서비스 유형별 분류

본 고에서는 위원회의 사례와 달리 국내 동영상 OTT 서비스를 운영 주체인 사업자의 특성에 따라 분류하고자 한다. 기존 TV 중심의 방송 콘텐츠 유통 체제에서는 제작부터 편성, 송출에 이르는 전문화된 방송 인프라를 보유한 지상파방송사, 유료방송사업자, 방송채널사용사업자 등 운영 주체가 방송사업자에 국한되어 왔다면, OTT 서비스는 인터넷 상에서 동영상을 소비하는 형태이므로 모객 능력과 서비스 품질유지에 경쟁력이 있다면 가치 사슬 내의 어떠한 업종과 사업체도 진입이 가능한 시장이다.

이에 전통적인 방송 사업자 외에 인터넷 포털 사업자, 통신 사업자, SNS의 동영상 서비

구분 OTT 서비스 제공 사업자 주요 서비스

그룹1(실시간 채널형)

1. 티빙(tving) CJ헬로 실시간 채널 및 영화 등 VOD 제공 그룹

2. 푹(poog) 지상파3사 및 EBS 실시간 채널 및 영화 등 VOD 제공 그룹

3. 옥수수 SKB 실시간 채널 및 영화 등 VOD 제공 그룹

4. 올레TV 모바일 KT 실시간 채널 및 영화 등 VOD 제공 그룹

5. U+모바일 tv LGU+ 실시간 채널 및 영화 등 VOD 제공 그룹

그룹2(주문형)

6. 넷플릭스 넷플릭스 영화, 드라마 등 VOD 제공

7. 왓챠플레이 왓챠 영화, 드라마 등 VOD 제공

그룹3 8. 유튜브(Youtube) 구글 UCC나 기존 방송 콘텐츠

그룹4(기타형)

9. 아프리카TV 아프리카TV UCC나 기존 방송 콘텐츠

10. 네이버TV 네이버 방송 및 웹 전용 콘텐츠

11. 네이버VLIVE 네이버 유명인의 라이브 개인방송

12. 카카오TV 카카오 방송 및 웹 전용 콘텐츠

주) 서비스별로 사업모델, 제공 콘텐츠, 서비스 방식 등이 고정적이지 않고 계속 변화, 발전하고 있으며, 아직 엄밀한 학술적 기준도 부재한 상황이므로 본 보고서에서 채택한 유형화는 절대적인 기준에 따른 것은 아님

<자료> 2018년 방송시장 경쟁상황 평가 ⓒ 방송통신위원회, pp.287-288.

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6 www.iitp.kr

스, 별도의 OTT 전용 서비스를 제공하는 독립 사업자 등 각 운영 주체들의 주력 사업

군을 기준으로 분류할 경우 OTT 시장이 기존 방송 시장과 비교하여 차이점을 보이는

산업적 특징과 현 산업 구도를 파악하는 데 더 유용할 것으로 판단된다. 또한, 국가 단위의

규제가 없는 OTT 서비스의 특성상 이미 글로벌 기업들이 다수 진출하고 있는 현실을

고려해 사업자의 국가를 국내와 해외로 나누어 분류해보고자 한다.

[표 2] 국내 모바일 동영상 OTT 서비스 사업자의 주요 업종별, 국가별 분류

[표 2]는 닐슨코리안클릭의 리포트에서 월 평균 ‘순이용자’ 규모가 15만 명 이상인 상위 24개 동영상 OTT 서비스 애플리케이션 운영 사업자를 대상으로 모체 기업의 주력 업종을 포털 사업자, SNS 사업자, 통신 사업자, 방송 사업자, 독립 사업자의 총 5개 그룹으로

 구분   (업종)

 모바일 OTT 서비스  (애플리케이션명)  제공 사업자  제공 국가 　비고　

　　　

 포털 사업자 33%　　　

네이버TV 네이버 한국 　　　　　　

V LIVE 네이버 한국스노우 네이버(스노우) 한국

잼라이브 퀴즈 네이버(스노우) 한국카카오페이지 카카오 한국

카카오TV 카카오 한국 유튜브 구글 미국

33.3%

Twitch 아마존 미국

　SNS 사업자

21%　　

Facebook 페이스북 미국Instagram 페이스북 미국

Twitter 트위터 미국TikTok 바이트댄스 중국

Buzzvideo 바이트댄스 중국

　독립 사업자(OTT 전용)

21%　

넷플릭스 넷플릭스 미국아프리카TV 아프리카TV 한국 　

만개의 레시피 이지에이치엘디 한국 　더퀴즈라이브 NBT(캐시슬라이드) 한국 　왓챠플레이 프로그램스 한국 　

통신 사업자13%

옥수수 SKB 한국 　올레TV모바일 KT 한국 　U+모바일TV LGU+ 한국 　

방송 사업자13%

지상파DMB 지상파방송 한국 　POOQ 지상파 연합 한국 　티빙 CJ E&M 한국 　

<자료> 국내 모바일 OTT 애플리케이션 현황 ⓒ 닐슨코리아 디지털미디어본부(코리안클릭) Mobile 이용행태 데이터(2018.05~ 2019.04), 저자 재정리

방송·스마트미디어콘텐츠

정보통신기획평가원 7

나누고, 각 서비스 기업의 소속 국가는 각각 한국 외에 미국과 중국 등 글로벌 업체로 분류한 결과를 나타내고 있다.

이 결과를 단순히 분포로만 살펴볼 때, OTT 서비스 총 24개 플랫폼 중 포털 사업자는

33%(8개), SNS 사업자 21%(5개), 독립 사업자 21%(5개), 통신 사업자 13%(3개), 방송

사업자 13%(3개)로 나타났다. 그리고 국외에 모기업이 있는 글로벌 업체는 총 8개사로

전체 모바일 동영상 OTT 서비스 중 1/3을 차지하고 있음을 살펴볼 수 있다. 이를 통해

방송 사업자 위주의 전통적 미디어 시장과 달리 OTT 서비스에서는 참여 사업자간 업종이

다원화되고 있으며, 운영 주체에 있어 국내외 기업의 구분은 이용자의 선택을 가르는 절대

기준이 아님을 유추해볼 수 있다.

III. 국내 모바일 동영상 OTT 서비스의 이용 행태

1. 모바일 애플리케이션 리포트 조사방법

본 고에서 다루는 데이터 및 보고서는 인터넷 미디어 리서치와 컨설팅 서비스를 제공하는 닐슨코리안클릭의 자료를 바탕으로 한 것으로, 동사는 모바일로 중심축이 이동하고 있는 온라인 시장 변화에 발맞춰 2012년부터 안드로이드 OS 기기 이용자를 대상으로 모바일 이용행태 조사를 실시하였으며 그 결과를 주간, 월간 Mobile Syndicated Report 형태로 제공하고 있다. 주요 조사 방법은 다음과 같다[4].

- 모집단 추정조사(Enumeration Survey) 조사방법 및 개요

① 목표 모집단: 국내 거주 만 7세 이상 69세 이하의 남녀② 표본 크기: 매 분기 4,000명 조사, 4분기 합산 16,000명 대상③ 표본 설계

* 표본틀: 성, 연령, 지역, 접속장소(PC만)별 해당기간 추계인구* 권역별 통합: 지역을 4대 권역으로 통합

④ 조사기간: 매년 3, 6, 9, 12월

- 모바일 측정 미터기의 데이터 처리기준(Measurement Rule)

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① 모바일 웹 브라우저(Android OS 대상)

② 모바일 애플리케이션(Android OS 대상)

- 주요지표(Glossary)

① 순이용자(Unique User)

* 측정기간 동안 해당 애플리케이션이 이용자의 안드로이드 스마트폰에 설치되어

있는 중복되지 않은 이용자를 의미

② 총이용시간(Total Time Spent: min.)

* 측정기간 동안 해당 애플리케이션의 사용자들이 이용한 총이용시간

- 본 조사의 분석 대상 및 기간

닐슨코리안클릭이 배포하는 월간 Mobile Syndicated Report 중 최근 1년인 2018년

5월 1일~2019년 4월 30일까지 데이터에서 동영상 콘텐츠를 주요 서비스로 제공하는

애플리케이션으로 월 평균 ‘순이용자’ 규모가 15만 명 이상인 상위 24개 대상 지난 12개

월 간의 ‘순이용자’ 및 ‘총이용시간’ 분석(저자 재정리)

2. 국내 모바일 동영상 OTT 서비스의 ‘순이용자‘ 분석

본 고에서 제시한 분류 기준에 따라 상위 24개 애플리케이션의 월간 ‘순이용자’ 현황을

분석한 결과는 [표 3]과 같이 나타났다. 월간 ‘순이용자’ 평균의 비중을 5개 업종 그룹별로

살펴보면, 포털 사업자(51.3%) > SNS 사업자(28.1%) > 통신 사업자(8.9%) > 방송 사업자

(6.6%) > 독립 사업자(5.1%)의 순으로 집계되었다. 유튜브는 단일 서비스임에도 국내

OTT 서비스 전체의 ‘순이용자’ 중 1/3을 차지하며 이용자들의 최선호 서비스임이 단연

드러나고 있다. 또한, 미국과 중국에 적을 둔 8개의 글로벌 서비스들의 비중은 전체 ‘순이

용자’ 중 약 63%에 달하며, 16개의 나머지 국내 서비스 모두의 합보다 거의 2배에 가까운

비중을 보이고 있다.

‘순이용자’ 현황을 통해 나타난 결과에 의하면, 이미 한국의 모바일 동영상 OTT 서비스

이용자 중 약 2/3는 국내 토종이 아닌 글로벌 서비스를 이용하고 있으며, 다시 이 중

1/2은 유튜브 이용자라는 것이 작금의 국내 OTT 시장 현황임을 알 수 있다.

방송·스마트미디어콘텐츠

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[표 3] 국내 모바일 동영상 OTT 서비스 사업자의 주요 업종별, 국가별 ‘순이용자’ 비중

3. 국내 모바일 동영상 OTT 서비스의 ‘총이용시간’ 분석

최근 1년간 국내 모바일 동영상 OTT 서비스 애플리케이션별 ‘총이용시간’ 현황의 추이

를 분석한 결과는 [표 4]와 같이 나타났다. 분류된 총 5개 업종 그룹별로 월간 ‘총이용시간’

평균의 비중을 살펴보면 포털 사업자(70.6%) > SNS 사업자(19.7%) > 통신 사업자(4.1%)

> 방송 사업자(2.9%) > 독립 사업자(2.8%)의 순으로 집계되었다. 총이용시간에서도 유튜

브는 국내 OTT 서비스 전체 이용시간 중 약 60%를 점유하며 거의 절대적인 주이용 서비

스임이 확인되고 있다.

 구분   (업종)

 모바일 OTT 서비스  (애플리케이션명)

 월간 순이용자 평균  (2018.05~2019.04)  제공 사업자  제공

국가 비고

　　　

 포털 사업자 51.3%

　　　

네이버TV 3,063,689 네이버 한국 　　　　　　

V LIVE 956,861 네이버 한국스노우 3,966,545 네이버(스노우) 한국

잼라이브 퀴즈 985,734 네이버(스노우) 한국카카오페이지 4,354,015 카카오 한국

카카오TV 303,541 카카오 한국유튜브 25,393,967 구글  미국

　62.9%

Twitch 963,903 아마존 미국

　SNS 사업자

28.1%　　

Facebook 9,674,424 페이스북 미국Instagram 8,083,515 페이스북 미국

Twitter 2,027,338 트위터 미국TikTok 1,385,275 바이트댄스 중국

Buzzvideo 718,159 바이트댄스 중국

　독립 사업자(OTT 전용)

5.1%　

넷플릭스 826,432 넷플릭스 미국아프리카TV 1,424,606 아프리카TV 한국

　　　　　　　　　　

만개의 레시피 909,151 이지에이치엘디 한국더퀴즈라이브  608,445 NBT(캐시슬라이드) 한국왓챠플레이 227,010 프로그램스 한국

통신 사업자8.9%

옥수수 3,309,718 SKB 한국올레TV모바일 1,405,942 KT 한국U+모바일TV 2,239,767 LGU+ 한국

방송 사업자6.6%

지상파DMB 3,535,443 지상파방송 한국POOQ 872,552 지상파 연합 한국티빙 732,108 CJ E&M 한국

<자료> 국내 모바일 OTT 애플리케이션 현황 ⓒ 닐슨코리아 디지털미디어본부(코리안클릭) Mobile 이용행태 데이터(2018.5.~ 2019.4.), 저자 재정리

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[표 4] 국내 모바일 동영상 OTT 서비스 사업자의 주요 업종별, 국가별 ‘총이용시간’ 비중

그리고 유튜브를 포함한 8개의 글로벌 서비스들의 비중은 국내 모바일 동영상 OTT

서비스 전체 ‘총이용시간’ 중 81%를 넘기며, 16개의 나머지 국내 서비스 모두의 합보다

4배가 넘는 차이를 보이고 있다.

닐슨의 리포트에서 확인된 지난 1년 간의 ‘총이용시간’ 추이 결과를 살펴볼 때, 우리

국민들은 이미 자신의 스마트폰으로 시청하는 동영상의 80% 이상을 한국이 아닌 글로벌

애플리케이션을 통해 소비하고 있음을 확인할 수 있다.

 구분   (업종)

 모바일 OTT 서비스  (애플리케이션명)

 월간 총이용시간 평균  (2018.05~2019.04)  제공 사업자  제공 국가 　비고

　　　

 포털 사업자 70.6%

　　　

네이버TV 399,546 네이버 한국 　　　　　　

V LIVE 104,871 네이버 한국스노우 113,411 네이버(스노우) 한국

잼라이브 퀴즈 178,696 네이버(스노우) 한국카카오페이지 3,699,986 카카오 한국

카카오TV 22,890 카카오 한국유튜브 27,424,858 구글 미국 　

　　

81.2%　　　　

Twitch 618,019 아마존 미국

　SNS 사업자

19.7%　　

Facebook 4,476,166 페이스북 미국Instagram 2,347,583 페이스북 미국

Twitter 1,589,917 트위터 미국TikTok 409,780 바이트댄스 중국

Buzzvideo 237,653 바이트댄스 중국

　독립 사업자(OTT 전용)

2.8%　

넷플릭스 333,017 넷플릭스 미국아프리카TV 668,307 아프리카TV 한국

　　　　　　　　　

만개의 레시피 42,696 이지에이치엘디 한국더퀴즈라이브 153,595 NBT(캐시슬라이드) 한국왓챠플레이 80,576 프로그램스 한국

통신 사업자4.1%

옥수수 1,124,729 SKB 한국올레TV모바일 267,634 KT 한국　U+모바일TV 490,705 LGU+ 한국

방송 사업자2.9%

지상파DMB 499,479 지상파방송 한국       POOQ          592,938 지상파 연합 한국

티빙 228,671 CJ E&M 한국<자료> 국내 모바일 OTT 애플리케이션 현황 ⓒ 닐슨코리아 디지털미디어본부(코리안클릭) Mobile 이용행태 데이터, 2018.5.~

2019. 4, 저자 재정리

방송·스마트미디어콘텐츠

정보통신기획평가원 11

IV. 국내외 OTT 사업자들의 최근 동향

앞서 살펴본 바와 같이 이미 국내 OTT 시장은 유튜브를 위시한 글로벌 OTT 서비스 플랫폼들과의 무한 경쟁 환경 속에서 서비스 주체인 운영사들의 업종이나 국적을 막론하고 격전의 전장이 되어가고 있음을 알 수 있었다. 그런데 이 전쟁은 앞으로 더욱 격화될 것으로 보인다.

정부 발표에 따르면 2018년 5,136억 원 규모였던 국내 OTT 시장은 2019년 6,345억 원, 2020년 7,801억 원으로 늘어날 것으로 전망되고 있는데, 이는 매해 20% 넘는 성장률이다[7]. 방송통신위원회에 의하면 글로벌 동영상 스트리밍 시장은 2012~2017년 연평균 31.4% 성장하며 거대 산업으로 성장하고 있다[6]. 이런 가운데 이 시장에 더욱 불을 당기는 것이 5세대(5G) 이동통신의 보급이며, 스트리밍의 영향력은 더 커질 전망이다. 이 뜨거운 시장을 놓고 글로벌 미디어 공룡들이 속속 진입하며 경쟁이 가열되면서 국내 OTT 시장에도 영향을 미치며 특별한 움직임들이 감지되고 있다.

2019년 가을 스트리밍 서비스 “애플 TV 플러스” 출시를 앞두고 있는 애플은 지난 5월 13일 애플 TV앱을 공개하며 글로벌 OTT 대전의 전초전을 알렸다[8]. 이미 넷플릭스는 2016년 케이블TV사업자인 딜라이브와 손잡은 뒤 CJ헬로에 이어 IPTV 사업자인 LG유플러스까지 제휴를 확대, 가파른 성장세를 보여주고 있다. 또한, 넷플릭스는 동남아시아 지역에서 먼저 선보이던 ‘반값’ 요금제를 최근 한국 시장에서도 시범 적용하며 선점과 수성을 위한 전략을 펼치고 있다[9]. 하반기로 예정되어 있는 넷플릭스 대항마 격인 ‘디즈니 플러스’의 한국 진출도 가시화되고 있다. 디즈니는 국내에서도 인기 많은 픽사, 마블, 루카스필름, 21세기 폭스 등을 거느리고 있어 콘텐츠 경쟁력에서 우위를 차지하고 있다. 넷플릭스에 제공하던 마블 등의 계약을 종료하고, 디즈니 플러스에 안착시킬 계획이다[10]. 국내에서도 해외 OTT에 대응하기 위해 각 진영에서 준비 작업에 열을 올리고 있다. 지상파3사의 콘텐츠연합플랫폼 ‘푹(Pooq)’과 SK브로드밴드 ‘옥수수’의 통합법인 출범을 통한 토종 OTT 연합군이 대표적이다. 지상파와 유료방송사 간의 이례적인 협력으로 SK텔레콤과 지상파3사는 이를 통해 ‘아시아판 넷플릭스’로 키울 계획이다[11]. LG유플러스는 2018년 11월부터 넷플릭스와 제휴를 통해 자사 인터넷(IP)TV와 OTT를 통해 넷플릭스 콘텐츠를 제공하고 있다. 당시 수익배분 등 시장 우려에도 불구하고, 가입자 증가에 성공했다. SK텔레콤과 KT는 넷플릭스 대항마인 디즈니 플러스와의 제휴 가능성이 제기되고

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12 www.iitp.kr

있다[12]. 스튜디오드래곤과 카카오는 신규 콘텐츠 제작을 위해 중소 규모 제작사와 배우 기획사

를 사들이고 있다. CJ E&M의 자회사 스튜디오드래곤은 지난 3월 제작사 지티스트 지분 100%를 250억 원에 인수한다고 공시했다[13]. 카카오는 배우가 소속된 엔터테인먼트 기업들에 투자를 확대중이다. 최근 주요 엔터 기업들을 인수하는 데 약 390억 원을 투자한데 이어 추가 인수에 나서고 있다[14]. 네이버는 ‘네이버웹툰’의 풍부한 웹툰 IP를 활용하여 영화, 드라마 등을 제작한다. 2018년 8월 스튜디오N을 설립하고 웹툰의 영화·드라마 등 2차 콘텐츠 제작을 본격적으로 시작했다[15].

V. 국내 OTT 서비스의 현황 진단

본 고에서는 지난 1년간의 국내 OTT 시장을 실제 이용자 데이터를 통해 분석한 후 전반적인 주요 경향을 도출하였으며, 그 결과 특히 콘텐츠 부문의 두드러지는 특성을 다음과 같이 파악하였다.

- 2018년 5월~2019년 4월까지 최근 1년간 국내 모바일 동영상 OTT 서비스의 월간 ‘순이용자’ 평균의 비중을 글로벌 기업과 국내 기업으로 나누어 살펴보면 63:37로 유튜브, 인스타그램, TikTok, 넷플릭스 등 미, 중의 글로벌 기업 그룹이 국내 서비스 대비 1.7배 이상의 우위를 보이고 있음을 알 수 있었다. 또한, 동기간 월간 ‘총이용시간’ 평균의 비중을 비교하면 약 81:19로 국내 16개 서비스 모두의 합보다 글로벌 OTT 서비스의 이용시간이 4배가 넘는 것을 알 수 있었다.

- 또한, 운영 사업자의 업종 및 국적이라는 분류 기준을 떠나 현재 국내 모바일 동영상 OTT 서비스 이용률 전반을 좌우하는 킹핀 서비스는 단연 유튜브이다. 국내 서비스 전체의 ‘순이용자’ 중 유튜브 이용자는 33%에 달하며, ‘총이용시간’에서도 국내 전체 서비스의 이용시간 중 약 60%를 차지하고 있다. 모바일 동영상 OTT 서비스 이용자 3명 중 1명은 유튜브 이용자이며, 이들은 타 서비스 대비 1.5배 이상 더 많은 시간을 유튜브 화면에서 시청을 즐기고 있는 것으로 나타났다.

- 1인 미디어 생태계를 생성시킨 유튜브와 오리지널 콘텐츠의 강자인 넷플릭스 등 대형 글로벌 미디어 서비스의 맹공 속에도 이용률 상승을 보이고 있는 일부 국내 모바일

방송·스마트미디어콘텐츠

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동영상 OTT 서비스들을 살펴볼 수 있었으며, 이들 서비스의 특징은 크게 다음의 2가지로 분석된다.

VI. 결론

유튜브, 넷플릭스와 같은 글로벌 OTT 공룡들은 이미 OTT 시장에 대한 명확한 이해와 다수의 글로벌 진출 성공 경험을 바탕으로 철저하게 전략적인 접근을 통해 한국 시장을 잠식중이다. 그러나 이들의 더욱 치명적인 무기는 비상한 전략 구사뿐 아니라 비교 불가 수준의 “규모의 경제”이다. 현재 시즌 2를 제작중인 넷플릭스 오리지널 콘텐츠 ‘킹덤’의 회당 제작비는 많아도 4억~5억 원 수준인 국내 방송사의 미니시리즈 드라마와 비교하면 최고 5배에 이른다[16]. 디즈니, 애플 등 넷플릭스를 넘어설 수준의 골리앗들이 속속 국내 OTT 시장에 진입할 경우 이 같은 상황은 더욱 가열될 것으로 보인다.

콘텐츠의 품질 우위가 소비자의 선택을 가르는 OTT 시장의 특성상 이들 골리앗과의

경쟁에서 특히 영화, 드라마, 예능 등 웰메이드 콘텐츠 분야에서 국내 브랜드가 정면승부

를 통해 이길 가능성은 그리 커 보이지 않는다. LG유플러스는 2018년에 이미 넷플릭스와

전략적 제휴를 진행해 성과를 거뒀고, 한국 진출을 밝힌 디즈니에게 SK텔레콤과 KT가

다각도로 접촉을 모색하는 것도 이러한 현실적 배경을 감안한 것이다. 국내 드라마 역사상

가장 최대 규모인 회당 30억 원 수준의 제작비로 6월 선보인 작품 ‘아스달연대기’를 제작

① 쇼트클립(Short clip)포맷의 부상

쇼트클립(Short clip)은 약 5분 내외의 짧은 동영상 콘텐츠를 칭하며, 애플리케이션을 이용해 누구나 손쉽게 완성도 높은 콘텐츠를 제작/편집할 수 있다. 본 고의 분석 결과 소셜 미디어 성격의 네이버가 운영하는 ‘스노우’, 페이스북 자회사인 ‘인스타그램’, 중국 바이트댄스의 ‘TikTok’은 순이용자, 총이용시간 모두 지속적인 상승세를 보이고 있다. 특히, 최대 15초 이내 짧은 영상을 공유하는 쇼트 클립 전용 플랫폼 TikTok은 중국을 포함한 전 세계적인 성장세가 국내에도 반영되며 지난 1년 사이 순이용자는 약 4배, 총이용시간은 약 10배에 이르는 증가를 보이고 있다([표 2, 4] 참조).

② 카테고리 킬러(Category Killer)콘텐츠의 약진

1인 미디어의 Godfather로 모바일 동영상 OTT 서비스 부동의 1위를 차지하고 있는 유튜브를 제외하면 영화, 드라마, 예능, 게임 등 OTT 서비스의 주 선호 장르 부문은 사실상 유사 시장을 두고 글로벌 기업과 국내 기업 간 각축전 속에 서로의 파이를 쪼개 가져야하는 치킨 게임의 양상을 보이고 있다. 반면, 기성 대형 플레이어들이 경쟁적으로 포진한 장르가 아닌 아예 새로운 카테고리를 개척하여 차별화된 전용 콘텐츠로 OTT 시장에 진입하여 성장세를 보이고 있는 서비스들도 있다. 음식 레시피 동영상만을 전문적으로 제공하는 “만개의 레시피”, 인터넷 상의 화제 동영상을 모아 보여주는 ‘Buzzvideo’, 생방송 퀴즈쇼를 선보이고 있는 ‘잼라이브 퀴즈’와 ‘더퀴즈라이브’ 등이 그 예이다. 이 중 레시피 전문 콘텐츠로 순이용자 100만 명을 넘긴 “만개의 레시피”는 동일 콘텐츠들이 유튜브, 페이스북, 인스타그램 등 타 OTT 서비스에서도 높은 인기로 서비스되고 있는 것을 고려할 때 카테고리 킬러(Category Killer) 전략을 구사한 대표적인 국내 OTT 서비스의 우수 사례로 볼 수 있다([표 2, 4] 참조).

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한 CJ E&M측은 ‘미스터 션샤인’의 사례와 같이 넷플릭스로부터 선투자를 유치한 바 있다.

이처럼 국내 미디어 시장에서 기존 강자의 위치를 점해오던 주요 통신 사업자 및 방송

사업자들이 “규모의 경제”에서 절대 우위를 갖고 있는 골리앗들과 직접 맞서기보다는 우

선 연대를 모색, 제휴를 통해 K콘텐츠로 아시아 시장을 동반 공략하거나, 해외 시장 진출

의 루트로 고려하는 전략이 현 시점의 몇 안 되는 선택지로 보인다.

이러한 가운데 기성 OTT 선호 콘텐츠 장르에서의 경쟁 구도를 벗어나 새로운 카테고리

를 개척해 차별화된 전용 콘텐츠로 OTT 시장에 진입하여 성장세를 보이고 있는 주요

서비스들의 약진 사례는 이미 글로벌 격전지에 규모의 경제가 동반된 무한경쟁의 OTT

시장에서 이른바 “킬러 콘텐츠”에 대한 기존의 사고를 이제는 좀 더 다른 시각에서 살펴보

라는 메시지를 던져주고 있다.

‘제로 투 원’의 작가이자 페이팔 창업자 피터틸은 그의 책에서 이렇게 얘기한다. “경쟁하지 말고 독점하십시오[17].”

진행자도 없이 음식과 양손만 노출되는 레시피 동영상만으로 지난 4월 말 집계 단일

애플리케이션에서 순이용자 100만 명을 넘긴 국내 토종 OTT 서비스 “만개의 레시피”

사례는 글로벌 무한 시장의 경쟁 속에서도 성공 가능한 OTT 콘텐츠의 독점의 방식과

카테고리 킬러(Category Killer) 전략의 필요성에 대해 우리에게 의미 있는 시사점을 전

해주고 있다.

[ 참고문헌 ]

[1] 하윤금, “글로벌 OTT(Over-The-Top) 서비스 시장 동향과 전망", 한국콘텐츠진흥원, 통계브리핑 제14-23호(통권 94호), 2014, p.3.

[2] 매일경제, “판 커진 동영상 스트리밍(OTT) 시장”, 2019. 4. 15.[3] 경향신문, “AT&T·애플도 ‘OTT 출사표’…내년엔 모른다, 누가 왕이 될지”, 2018. 12. 3.[4] 닐슨코리안클릭, “SOLUTIONS-인터넷 이용행태 측정서비스-Mobile 이용행태 측정서비스”, 닐슨

코리안클릭 회사 홈페이지 서비스 안내 페이지(www.koreanclick.com)[5] 방송통신위원회, “2018년도 방송매체 이용행태 조사 보고서”, 2019. 1. 24, pp.113-116.[6] 방송통신위원회, “2018년도 방송시장 경쟁상황 평가”, 2018. 12, pp.287-288.[7] 정부 합동, “스마트미디어 산업 육성 계획(2015-2020)”, 2014. 12. 5, p.10.[8] Apple Korea Newsroom, “Apple, 전 세계 창의적인 스토리텔러들을 위한 새로운 공간, Apple

TV+ 공개”, 2019. 3. 25.[9] 매일경제, “넷플릭스, 고작 1625원…동영상시장 잠식”, 2019. 4. 15.

방송·스마트미디어콘텐츠

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[10] 전자신문, “디즈니, 폭스 인수 최종 완료···OTT 세계대전 ‘전운’”, 2019. 3. 20.[11] 조선비즈, “SK텔레콤, ‘POOQ · FLO 앤 데이터’ 출시”, 2019. 5. 13.[12] 아시아경제, “LGU+ 넷플릭스 독점, 10월 종료…업계, 재계약에 관심”, 2019. 4. 30.[13] 서울경제, “CJ 디지털뮤직 품은 지니뮤직, B2B음원 유통시장 새 강자로”, 2018. 8. 14.[14] 지디넷코리아, “스튜디오드래곤, 드라마 제작사 ‘지티스트’ 인수”, 2019. 3. 25.[15] 서울경제, “CJ·카카오·네이버...3社의 色다른 콘텐츠 M&A 대전”, 2019. 3. 31.[16] 스포츠동아, “스튜디오N 영화-드라마 기획·개발 2차 라인업 10편 확정”, 2019. 4. 5.[17] 조선비즈, “회당 20억? 넷플릭스, 韓드라마 ‘킹덤’ 제작비 실사”, 2019. 4. 19.[18] 피터 틸, “제로 투 원(ZERO to ONE)”, Hankyung BP, 2014. 11. 20, p.8.

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1)

I. 서론

2019년 많은 기관과 글로벌 보안 기업들은 사이버보안의 주요 위협 요인으로 소프트웨

어(SW) 공급망 보안을 제시하였으며, 미국과 중국의 갈등의 중심이 되고 있는 화웨이(華

為) 사태는 SW공급망 보안이 국가안보 차원으로 확대될 수도 있음을 보여주고 있다[1].

4차 산업혁명 시대로 본격적으로 들어서고 IT 기기에 대한 의존도가 커지면서 SW에 대한

신뢰와 보안은 보편적 일상생활뿐만 아니라 주요 국가 인프라에도 직접적 영향을 주고

있다.

SW 보안은 최종 사용자용 애플리케이션뿐만 아니라 SW가 구동되는 운영체제, 드라이

버 SW 등을 포함한 전체가 대상이 된다. IT 환경의 규모와 복잡도가 높아지면서 SW에

대한 보안 취약점이 계속 증가하고 있으며, SW 자체적으로는 보안문제가 없는 경우도

다른 SW와 연동 또는 데이터 교환이 이루어지는 과정에서 새로운 보안 취약점이 나타나

는 경우도 있다.

일반적으로 대규모 SW 프로젝트는 자체 개발한 사유코드와 다양한 오픈소스(Open

Source), 서드 파티 라이브러리(3rd Party Library) 등이 혼재되어 있어 SW 공급망에

* 본 내용은 박현규 대표(02-3443-3456, hyunkyoopark@gmail.com)에게 문의하시기 바랍니다.** 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.

02chapter

오픈소스 기반 SW 보안 기술 및 도구 개발 동향

•••박현규 ‖ ㈜페타바이코리아 대표

ICT 신기술

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대한 사이버 위협은 급속히 증가하고 있다. 따라서 소스코드 없이 보안성을 검증하는 바이

너리(Binary) 분석과 운영환경에서 정보시스템 전반에 대한 지속적인 취약점을 탐지하는

것은 SW 보안에서 필수 요소가 되고 있다.

SW 보안에 대한 관심이 높아지고 정부, 기업 및 개인 모두 보안에 대한 중요성을 인식

하고 있어 오픈소스 소프트웨어(Open Source SW: OSS)는 보안기술 개발과 전문인력의

양성 등을 위한 우수한 기초 환경이 될 수 있다. 특히, 바이너리 분석과 정보시스템에

대한 침투 테스트는 최근 급증하고 있는 SW 공급망(Supply Chain)에 대한 위협에 선제

적으로 대응할 수 있는 방법으로, 본 고에서는 SW 보안 취약점 검증과 침투 테스트를

위해 사용할 수 있는 오픈소스 중심으로 관련 기술 및 도구 개발 동향에 대해 기술한다.

II. 오픈소스와 바이너리 분석

1. 오픈소스 SW와 사이버보안

2015년 전 세계 OSS 시장규모는 약 600억 달러, 2016년 국내 OSS 시장규모는 1,602

억 원으로 세계 시장의 약 0.25% 규모로 추정된다. 향후 국내 시장은 연평균 15.2% 성장

하여 2020년 약 2,860억 원 규모에 도달할 것으로 전망된다[2].

최근 빅데이터와 인공지능 분야에서 OSS 기반의 프로젝트가 활발해지고 클라우드와 사이버보안 분야에서도 OSS의 종류와 수가 증가하고 있다. 아파치 재단(Apache Software Foundation)은 OSS 프로젝트를 위한 플랫폼, 법과 재정적 지원을 하고 있는 대표적 기구이며, 리눅스 재단(Linux Foundation)에서 지원하는 리눅스는 클라우드, 임베디드 기기 등으로 영역을 확대하고 있다[2].

보안 측면에서 OSS는 기존에 보안에 취약하다는 점이 지속적으로 지적되어 왔으나 이에 대한 오해와 우려는 최근 많이 해소되었다. 그럼에도 2017년 미국 Equifax 침해사고는 Apache Struts 취약점을 이용하여 심각한 피해를 유발하였으며, 관련 보안 취약점이 보완되지 않은 SW가 지속적으로 다운로드되고 있는 것으로 알려져 있다.

시놉시스(Synopsis)는 2019년 보고서에서 오픈소스 컴포넌트와 라이브러리는 전 산업

에서 거의 모든 애플리케이션의 중심을 형성하고, 다수의 컴포넌트가 서로 다른 SW 프로

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젝트에서 사용되고 있다고 하였다[3]. 그러나 프로젝트에서 사용하는 컴포넌트를 정확하

게 추적하거나 개발자가 선택한 라이브러리 등에 대한 보안성 검사, 보안 패치 완료 확인

등의 활동은 미흡한 것이 현실이다.

분석해야 할 정보가 급격히 증가하고 있는 오늘날, 비록 전문 인력의 경우에도 사람이

직접 모든 시스템을 모니터링하고 시스템의 이상 여부를 판단하는 것은 거의 불가능하다.

특히, 보안 취약점이 존재하는 SW는 해커에게는 표적 대상의 내부 네트워크와 시스템으로

침투하는 게이트웨이 역할을 하고 있으며, 2018년에도 미국 NVD(National Vulnerability

Database)에 16,555개의 취약점이 등재되었다[8].

현대 IT 환경에서 SW 보안 취약점을 근본적으로 제거하는 것은 매우 어렵다. 이러한

문제를 극복하기 위해 보안 취약점 탐색과 위협 방지 등의 기능을 제공하는 OSS 프로젝트

가 상용 도구에 유사한 기능을 제공하는 수준으로 발전함에 따라 이 분야에 대한 관심과

기술개발도 점차 확대되고 있다.

반면에 OSS 프로젝트인 Metasploit, Nmap 등 보안성 강화를 위해 사용하는 도구를 악용하여 공격을 위해 사용하는 부작용 또한 발생하고 있다. 따라서 보안 취약점을 탐지하여 제거하기 위한 노력은 다양한 OSS 보안도구 개발과 동시에 운영환경에서 취약점을 지속적으로 제거하는 활동이 필요하다[3].

2. 공급망 보안과 리버스 엔지니어링

Mandiant는 [그림 1]와 같이 2018년 사이버 공격이 탐지되기까지 걸리는 시간이 전 세계 평균 78일로 전년도 101일 대비 약 1/4 단축되었다고 발표하였다[4]. 이는 사이버 공격에 대한 대응 기술 발전과 관련 체계 구축에 따라 위협 탐지 시간이 줄어들었기 때문인 것으로 판단된다. 다만, 북미, 유럽지역과 아태지역의 편차가 크고, 30일 이내 탐지되는 랜섬웨어, 크립토재킹의 비율이 최근 증가함에 따라 줄어든 경우도 있어 단순히 방어 능력이 향상되었

<자료> Mandiant M-Trend 2019 보고서 [FE] 발췌 및 재편집

[그림 1] 전세계 사이버 공격 탐지 소요기간

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다고 단정할 수는 없다. 일부 기관은 78일보다 많은 시간이 소요되는 것으로 판단하고 있다.

SW보안의 중요성이 높아지면서 웹을 통해 유포하는 공격은 감소 추세이나 신뢰하는 SW, 웹사이트에 대한 공격 등 SW 공급망 위협은 상대적으로 증가하고 있으며, 특히 중앙관리용 SW에 대한 취약점을 이용한 해킹은 전체 서버를 제어함으로써 오히려 대규모 피해가 발생할 수 있게 된다[4],[7],[11].

소스가 공개되어 있는 OSS 기반 SW는 공격자 관점에서 공격 대상과 방법을 선정하는 좋은 지점이 될 수 있으며, 바이너리 파일로 제공되는 경우에는 취약점이 있는 상태에서 배포되거나, 백도어 등을 포함할 수도 있다.

따라서 점차 복잡해지고 파편화되는 SW 공급망 보안 문제를 선제적으로 해결하기 위해서는 바이너리 SW에 대한 리버스 엔지니어링(Reverse Engineering, 리버싱)을 통한 분석이 필요하다.

다양한 플랫폼과 언어로 개발되는 SW의 리버싱은 매우 복잡하거나 리버싱을 방지하기 위한 난독화(Obfuscation), 암호화 등의 기술도 병행 발전하고 있어 경우에 따라서는 불가능할 수도 있다. 바이너리 코드 분석과 리버싱은 일반적으로 같은 의미로 사용되며, 바이너리 분석을 위한 전통적인 소프트웨어 도구는 디스어셈블러(Disassembler), 디버거(Debugger) 및 헥스 에디터(Hex Editor) 등이 있다.

그럼에도 바이너리 코드 분석을 위해 파일을 소스코드 형태로 변환하는 것은 여전히 난제로 남아 있다. 소스코드를 이용하여 보안 취약점을 검증하더라도 컴파일러가 백도어를 포함하거나, 의도하지 않은 취약점이 있는 바이너리 실행파일을 생성하는 경우 분석을 통해 위협 요소를 찾아내는 것은 매우 어렵다. 그러므로 SW 공급망 위협에 대한 대응을 위한 바이너리 분석은 보안에서 필수 요소가 되고 있다.

3. 바이너리 분석 기술과 도구

가. 바이너리 분석 기술 동향

바이너리 분석은 바이너리 코드를 분석 가능한 소스코드 형태로 변환하여 정적 분석을

수행하는 것이 일반적이나, 이에 대한 충분히 효과적이고 일반화된 기법은 아직 존재하지

않는다. 특히, 개발 단계에서 의도하지 않았으나 실행단계에서 나타나는 함수간의 관계,

잠재된 결함 등 실행단계에서 발생하는 취약점을 탐지하는 것은 제한된다.

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정적 분석에서는 사용한 변수의 범위를 유추해야 하므로 바이너리 코드를 어셈블리어로 변환하는 역어셈블(Disassemble)과 역어셈블 코드를 중간언어(Intermediate Representation: IR)로 격상(Lifting)시키는 과정이 필요하다. 바이너리 분석에서 중간언어는 명령어의 의미를 파악하고, 제어 흐름을 복원하기 위해 필요하지만 다양한 라이브러리를 동적 링크로 사용하는 프로그램의 경우 완벽한 파악이 어렵다.

바이너리 분석을 위한 원천기술 연구는 최근 성과가 나타되면서 연구결과를 적용한 오픈소스 도구들이 발표되고 있어 이 분야 연구는 앞으로 더욱 활발해질 것으로 보인다. 다만, 바이너리 분석은 도구 자체가 가지는 신뢰성의 한계가 있으며, SW가 운영되는 시스템 환경이 변화하기 때문에 철저히 검증된 SW도 계속적으로 보장할 수 없다는 것을 인식할 필요가 있다.

나. 바이너리 분석 도구

2019년 미국 NSA(National Security Agency)는 자체 개발한 바이너리 분석 도구 Ghidra를 공개하였다[5]. 미국 NSA는 Ghidra의 공개를 미리 예고하였기 때문에 고가의 리버싱 도구를 사용하는 사용자들에게도 큰 화제가 되었으며, 이를 계기로 바이너리 분석이 보다 많은 주목을 받고 있다.

오픈소스 바이너리 분석 도구는 2000년대 초반 이후부터 발표되었으며, 대부분 북미, 유럽 국가에서 만들어졌다. [표 1]에 주요 오픈소스 바이너리 분석 도구를 개발할 수 있는 플랫폼을 정리하였다. 2019년 KAIST에서 발표한 B2R2는 우리나라도 이 분야에서의 발전을 기대할 수 있는 의미 있는 성과로 판단된다[10].

[표 1] 오픈소스 바이너리 분석 플랫폼

도구 명칭 사용언어 개발 국가 연 도

Ghidra Java 미국 2019

B2R2 F# 대한민국 2019

Angr Python 미국 2016

BAP OCaml 미국 2011

BINSEC OCaml 프랑스 2011

Insight C++ 프랑스 2012

<자료> 국제학술대회 및 논문지 저자 조사 및 편집

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오픈소스 바이너리 분석 도구는 커뮤니티 생태계를 구성하여 기능 개선과 함께 Git 저

장소 등을 이용하여 컴포넌트를 개발 배포할 수 있는 장점이 있어 다양한 보조 도구가

보완되고 있다.

기존 오픈소스 분석 플랫폼은 기존 컴파일러의 중간언어를 그대로 사용하거나 일부 변

경 사용하여 분석의 효율성을 저하시키는 원인이 되거나, 객체지향형 언어를 사용하여

개발 언어 자체가 안정성을 보장하지 못하는 등의 단점이 있다. 가장 최근 발표된 Ghidra

와 B2R2는 이러한 제한사항을 해결하면서 보완 발전하고 있어 이를 중심으로 살펴본다.

Ghidra는 다양한 프로세서 명령어 셋을 지원하고 대화형 또는 자동 모드로 수행할 수

있도록 하는 등 기능을 강화하고 있으며 공개된 API를 통해 새로운 플러그인 컴포넌트를

개발할 수 있도록 하고 있다[5]. Ghidra의 사용자 인터페이스는 Java를 기반으로 하는

대부분의 도구와 유사한 특성을 갖추고 있으며 오픈소스 도구이지만 상용 SW 수준의

기능과 편의성을 제공하고 있다.

B2R2는 .Net 프레임워크와 F# 언어를 이용하여 기존 도구와 구별되며 .Net 프레임워크를 지원하는 모든 운영체제 환경에서 구동될 수 있는 장점이 있다. 기능적으로도 기존의 도구들과 유사하게 패턴 매칭, 변수의 타입 추론 등과 함께 F#의 기능과 특성을 이용하여 병렬처리와 리프팅을 최적화한 특징이 있다[10].

최근 바이너리 분석은 대상 프로그래밍 언어와 실행 파일에 독립적으로 적용할 수 있는 중간언어를 생성하고, 변수의 타입을 추론하는 방향으로 발전하고 있다. 기존의 패턴 매칭 기반 분석은 오검출(False Positive)이 다수 발생하는 경우가 많아 머신러닝(Machine Learning) 기법을 적용한 연구도 이루어지고 있다.

III. 침투 테스트 기술 및 도구

1. 침투 테스트와 관련 기술

해킹은 수많은 경험과 정보를 기초로 수작업에 의해 이루어지는 고도의 전문기술로 인

식되어 왔다. 모의 해킹, 침투 테스트 등 보안 컨설팅 활동에서도 다양한 해킹 기법이

사용되고 있으며 이를 지원하는 도구들이 개발되고 있다.

주간기술동향 2019. 7. 31.

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2017년 해커 그룹 쉐도우 브로커스(Shadow Brokers)는 미국 NSA에서 보유하던 것

으로 알려진 다수의 제로데이 취약점 중 Microsoft Security Bulletin MS17-010에 포

함되었던 ‘이터널블루(EternalBlue)’ 익스플로잇(Exploit)을 탈취하여 2017년 4월에 공

개하였다. 이터널블루 사이버공격은 윈도의 서버 메시지 블록(Server Message Block:

SMB) 취약점을 악용하며 워너크라이(WannaCry) 랜섬웨어 공격에 사용되면서 전 세계

적으로 큰 피해를 야기했다[12].

서버 메시지 블록은 윈도가 설치된 시스템에서 파일과 프린터 공유, 원격 서비스 등의

목적으로 TCP 포트 139와 449에서 실행되는 프로토콜이다. 이터널블루는 이 취약성을

악용하여 윈도 시스템에 침투한 후 악성코드를 로드하고 다른 시스템으로 유포하여 구형

윈도 시스템을 사용하는 환경에서 심각한 피해를 일으켰다.

워너크라이 랜섬웨어 사례는 사이버보안 기술 개발이 합법적, 합목적적으로 이루어진

경우에도 사용자에 따라 악용될 수 있다는 것을 보여주고 있다[12],[13]. SW 침투 테스트

는 합법적 해킹을 통해 보안 취약점을 찾고 이를 보완하여 외부 공격뿐만 아니라 내부

위협을 제거하기 위해 수행할 수 있다[6].

2018년 Positive Technology 침투 테스트 결과 보고서[6]에서는 대상 기관의 92%에

대해 외부 침투가 성공하였으며, 대부분의 경우에 내부 네트워크에 접근할 수 있는 다양한

경로를 가지고 있다는 것을 확인하였다. 특히, 절반의 기업이 한 번의 취약점 공격으로

침투가 가능하였으며, 전형적인 비밀번호 해킹 후에 취약점을 악용하여 서버에 파일을

업로드 하는 테스트에서도 매우 취약하다는 것을 확인하였다.

또한, 2018년 테스트에서 19년전 발견된 취약점(CVE-1999-0024)이 존재하는 경우

도 보고되었다. 무엇보다 테스트 결과에서 내부자 위협에 모든 기관이 노출되어 있다는

점과 네트워크 트래픽의 대부분을 검사하지 못하고 있어 보안에 대한 인식을 제고할 필요

가 있다는 시사점을 제시하고 있다.

시만텍(Symantec) 보고서에서도 매월 평균 115,000개의 악성 파워쉘(Power Shell)

스크립트를 차단하고 있으나[7], 이는 빙산의 일각으로 여전히 대부분의 시스템은 침투

테스트 등을 이용하여 취약점을 식별하고 보완하는 노력을 강화할 필요가 있다.

ICT 신기술

정보통신기획평가원 23

2. 침투 테스트를 위한 도구 개발 동향

침투 테스트는 조직적으로 이루어지는 해커 집단의 공격과 유사하게 사전에 정교하게 준비하여 이루어지는 전문 작업이다. 경험적으로 사이버 공격을 탐지할 수 있는 가장 가능성이 높은 지점은 기관의 서버와 네트워크이다. 인원, 재무 등 민감한 정보가 저장되어 있고 GDPR(General Data Protection Regulation) 같은 규제 대비를 위해 네트워크 위협은 지속적으로 예방하는 것이 중요하다.

침투 테스트를 위한 다양한 도구의 개발이 OSS 프로젝트로 수행되고 있으며 상당수는 이미 우수한 기능을 갖추고 있다. [표 2]는 주요 오픈소스 도구들로서 이들 도구는 취약점 탐색 이외에도, 기초적 수준에서 보다 복잡한 수준까지의 기법을 사용할 수 있는 충분한 기능을 제공하고 있으며, 외부 공격뿐만 아니라 내부의 비정상 행위 등에 대한 보안 시뮬레이션 테스트도 가능하다. 침투 테스트 도구는 공격 기술의 진화에 따라 인공지능(AI)과 머신 러닝(Machine Learning) 등의 기술 적용 등으로 발전하고 있다[9].

[표 2] 오픈소스 침투 테스트 도구

도구 명칭 주요 특징

칼리 리눅스 (Kali Linux)

공격에 최적화되어 있는 도구로 기본 운영체제로 사용하거나, 윈도 또는 OS X 상에서 가상시스템으로 사용

N맵 (Nmap)

20년 이상 운영된 대표적 포트스캐너로 자체 보안점검, 호스트 검색과 운영체제 탐지 등 다양한 기능을 제공

메타스플로잇 (Metasploit) 다양한 수작업을 자동화한 가장 널리 사용되는 침투 테스트 프레임워크

와이어샤크 (Wireshark) 네트워크 프로토콜 분석, 일반적인 TCP/IP 연결 조사, 프로토콜 분석 등을 지원

존더리퍼 (John the Ripper) 비밀번호 크래킹 도구, 오프라인 비밀번호 크래킹에 주로 사용

히드라 (Hydra) SSH, IMAP 등과 같이 온라인 비밀번호 해독

제드어택프록시 (Zed Attack Proxy: ZAP)

OWASP에서 제공하며, 웹 사이트와 브라우저 사이에서 트래픽을 검사하고 수정하는 등의 기본 기능을 갖춘 도구

SQL맵 (SQLMap) SQL 인젝션 결함 탐지 및 이를 이용한 데이터베이스 서버 연계 프로세스 자동화

에어크랙-ng (Aircrack-ng) 와이파이 안전도 검사 등 보안검사를 위한 도구

<자료> 국제학술대회 및 논문지 저자 조사 및 편집

주간기술동향 2019. 7. 31.

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IV. 시사점과 향후 발전 동향

1. 사이버 보안을 위한 오픈소스 생태계

공급망 공격은 타사 서비스 및 소프트웨어를 악용하여 최종 표적을 감염시키는데, SW

업데이트 하이재킹, 악성 코드 인젝션 등으로 지속적으로 발생하며, 2018년에는 전년대비

78% 증가하였다[7]. 개발자는 계속해서 공급망 공격의 출처로 악용될 수 있으며, 공격자

들이 버전 관리 도구에 대한 인증 정보를 도용하거나 대규모 프로젝트로 통합되는 SW

라이브러리를 악용하는 등의 방법은 계속 사용될 것으로 보인다.

[그림 2, 3]과 같이 대부분의 기업과 사이버보안 전문인력들이 예측한 차기 연도에 발생

할 사이버 공격의 성공률보다 실제 성공률이 높은 것을 확인할 수 있다. 업종별로도 주로

금전적 보상이 큰 금융, 운송 및 서비스 분야가 공격 대상이 되므로 특성을 고려한 대응

체계를 구축하고 운영하는 것이 보다 중요하다.

예로서, 2018년 급증한 폼재킹(Form Jacking) 공격은 온라인 전자상거래 사이트의

공급망에 많은 취약점이 존재한다는 것을 알려주었다. 품재킹 공격은 챗봇(Chatbot)이나

게시판 등 온라인 사이트에서 일반적으로 사용하는 제3자 서비스를 통해 쉽게 이루어질

수 있어 향후에도 지속적으로 발생할 가능성이 높다[7].

최근 SW 개발은 복잡도와 규모가 증가하면서 Git을 이용한 코드 저장소가 관리를 위한

<자료> Symantec 인터넷 보안 위협 보고서(ISTR), Symantec 제24호, 2019. 2.

<자료> CyberEdge Group, 2019 Cyberthreat Defense Report, CyberEdge Group 2019.

[그림 2] 연도별 사이버공격의 성공에 대한 예상과 실제 성공률

[그림 3] 2018년 사이버공격 대상 분야

ICT 신기술

정보통신기획평가원 25

도구로 주목받고 있다. 대부분 프로그래머와 개발 기획자들은 온라인 버전의 Git을 사용

하고 있으며, GitHub, GitLab, BitBucket 등이 저장소 이상의 역할을 함으로써 네트워

크 효과를 발휘하고 있다.

따라서 SW 공급망 공격, 파일리스 공격과 같이 공개된 취약점과 도구를 사용하여 발생

하는 위협에 대응하기 위해 범국가, 범사회적으로 오픈소스 생태계를 지원할 필요가 있다.

2. 사이버 위협 사냥

위협 사냥(Threat Hunting)은 사이버보안 분야에서 두드러지고 있는 중요한 동향 중

하나로 침투 테스트와 다른 형태로 이루어진다. 위협 사냥은 공격이 발생하기 전에 위협을

차단하는 적극적 보안 개념으로 정보 습득 단계를 통해 위협의 존재를 확인하고 이후 위협

사냥을 수행하므로 침투 테스트 등의 결과를 적극 활용하게 된다.

CyberEdge Group 조사에 따르면 위협 사냥의 가장 큰 어려움은 관련 기술과 도구의

개발 또는 통합, 그 다음 숙련된 기술 인력 부족으로 나타났다[9]. 침투 테스트로 활용되는

Kali Linux, Metasploit 같은 도구를 이용한 다양한 경험을 갖춘 인력은 오픈소스 커뮤

니티의 성장을 통해 기술 개발과 함께 동시에 확보할 수 있는 좋은 방법이 될 수 있어

보다 적극적인 위협 사냥을 대비하는 방법이다.

V. 맺음말

4차 산업혁명 시대의 혁신을 주도하고 효율성을 높이기 위해 많은 기관, 기업들은 다양

한 시스템과 SW를 구매 또는 개발하여 운영하고 있다. 그러나 복잡한 SW 공급망에 대한

의존도가 높아지면서 공급망 보안에 대한 우려가 현실화되고 있으며 취약점을 가진 SW

및 컴포넌트는 주요한 사이버 공격 지점으로 악용되고 있다.

SW 공급망에 대한 사이버 공격은 상대적으로 줄고 있는 기존 공격에 비해 급격히 증가

하고 있으며 심각한 피해를 유발하고 있다. 진화하는 사이버 공격에 대한 SW 보안을 위해

지속적인 취약점 점검과 위협탐지 등의 활동이 이루어져야 하며, 다양한 상용, 오픈소스

도구가 이러한 목적으로 개발, 사용되고 있다.

주간기술동향 2019. 7. 31.

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SW 보안의 대상은 개발된 응용 SW뿐만 아니라 운영체제와 같은 시스템 SW 전반으로

확대되고 있어, 사이버 위협에 선제적으로 대응하기 위해서는 바이너리 분석과 실제 운영

환경에서의 침투 테스트 등을 통해 SW 취약점, 사용자 행위 등을 주의 깊게 살펴야 한다.

지금까지 사이버 보안은 위협 탐지와 방지를 위한 네트워크 및 엔드 포인트 보안 등

제반 분야에서 규칙 기반으로 수행되었다. 그러나 향후에는 복잡해지는 정보시스템과 진

화하는 공격을 감안하여 공격자의 동기와 대상 표적을 정확히 식별할 수 있도록 데이터를

기반으로 머신러닝 등을 적용한 바이너리 분석, 위협 헌팅 기법으로 발전시킬 필요가 있

다.

본 고에서는 바이너리 분석과 침투 테스트 분야에서 오픈소스 SW의 동향과 도구 개발

을 살펴보았으며, 최신 트렌드에 빠르고 유연하게 대응할 수 있는 집단지성을 사이버 보안

분야에서도 특성화된 연구의 기초로 활용할 수 있다는 것을 제시하였다.

향후 보다 신뢰할 수 있는 사이버 환경을 조성할 수 있도록 이 분야에서 많은 연구와

제품 개발이 이루어질 것을 기대해 본다.

[ 참고문헌 ]

[1] 과학기술정보통신부, 7대 사이버 공격 전망 2019, KISA, 2019. [2] 정보통신산업진흥원(NIPA), 공개SW 소비국을 넘어 기여국으로 성장을 위한 제언, NIPA 이슈리포

트 2018-3호, 2018. [3] Synopsis 사이버보안 연구센터, 2019 오픈소스 보안 및 위험 분석, Synopsis, 2019.[4] Mandiant, M-Trend 2019, FireEye Mandiant Services Special Report 2019. [5] Ghidra, https://www.nsa.gov/resources/everyone/ghidra/, accessed 7. 16, 2019.[6] Positive Technologies, Penetration testing of corporate information systems: statistics

and findings, Positive Technologies, 2019.[7] Symantec, 인터넷 보안 위협 보고서, Symantec ISTR 제24호, 2019. 2.[8] NIST National Vulnerability Database, https://nvd.nist.gov/vuln, accessed 7. 16, 2019.[9] CyberEdge Group, 2019 Cyberthreat Defense Report, CEG Annual Report 2019.[10] B2R2, https://b2r2.org, accessed 7. 16, 2019. [11] IBM Security, X-Force Threat Intelligence Index 2019, IBM 2019.[12] Acamai, Q2 2017 Report, State of the Internet/Security Team, 2017.[13] 한국인터넷진흥원(KISA), 2017년 2분기 사이버 위협 동향 보고서, KISA, 2017.

ICT R&D 동향

정보통신기획평가원 27

*

I. 연구의 목적 및 필요성

세포는 생체의 기본 단위로서 세포 검사법은 질병진단뿐 아니라 신약후보 물질 및 약물

평가, 식품, 화장품 독성평가, 환경오염 검사 등 다양한 목적으로 활용된다. 보다 효율적이

고 정확한 세포 검사를 위해 마이크로 및 나노 기반 세포칩(Cell chip) 또는 Lab-on-

Chip(LOC) 기반의 세포분석기술이 활발하게 연구, 개발되고 있다. LOC를 포함한 전

세계의 바이오칩 시장은 매년 30% 이상 성장률을 나타내며, 현재는 주로 연구 목적으로

* 본 내용은 조성보 교수(☎ 031-750-5321, sbcho@gachon.ac.kr)에게 문의하시기 바랍니다.** 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.

세포 기반 검사법은 독성검사, 질병진단 및 신약 개발에 필요하며 의약, 화장품 및 바이오 산업의 발달로 시장 규모가 증가하고 있다. 보다 효율적이고 정확한 세포 기반 검사를 위해 미소량의 세포를 비표지 및 실시간으로 분석하는 기술이 활발히 연구되고 있다. 본 고에서는 이러한 비파괴 및 실시간 분석법 중 전기 임피던스 측정법을 이용한 세포 모니터링 기술에 대해 소개한다. 세포-기질 임피던스 측정을 위한 생체적합성 재질의 전극칩과 세포의 성장과 약물 독성에 따른 거동 및 형태 변화를 비파괴 및 실시간으로 분석한 사례를 보이고자 한다. 이를 통해 전기 임피던스 측정기반의 비파괴 및 실시간 세포 분석기술 현황 및 특징에 관해 고찰한다.

03chapter

비파괴 및 실시간 세포 모니터링을 위한 세포-기질 전기 임피던스 측정기술

•••조성보 ‖ 가천대학교 교수

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활용되고 있으나 향후 진단 시장과 신약개발 분야에서 고부가가치 산업의 잠재성을 지니

고 있다. 세포칩 개발을 위해서는 세포의 반응과 상태를 분석할 수 있는 기술, 세포에

해를 주지 않는 생체적합성 재료의 선택, 세포의 이동과 분류를 제어하는 마이크로 유체,

세포 배양환경을 유지 및 제어하는 마이크로 챔버, 그리고 세포로부터 획득한 신호를 해독

하여 사용자에게 표시하는 신호처리 기술 등의 핵심요소기술들이 요구된다. 이러한 핵심

요소기술 중 세포 분석 기술은 형광 표지를 이용한 광학적 방식이 주로 사용되는데 신약후

보 물질 스크리닝 또는 독성 평가와 같이 세포 영향 요인을 정밀하게 분석해야 할 경우

세포의 반응과 상태를 비파괴 및 실시간으로 정량하는 기술이 특별히 요구된다.

세포를 비파괴/실시간으로 정량하는 기술 중 하나인 세포-기질 전기 임피던스 분석법

은 미세전극면에 세포들의 흡착정도, 세포 수, 또는 형태변화 정도를 탐지할 수 있다. 이를

통해 세포들의 이동, 상태, 반응 및 이상 유무 등을 전기적인 신호로 정량할 수 있다.

Giaever(1973년 노벨 물리학 수상자)와 Keese는 세포-기질 전기 임피던스 분석 시스템

을 만들었고[1], 3×10-4cm2의 미세 작동전극과 2cm2의 상대 전극으로 구성된 2 전극

측정법으로 4kHz에서 세포-기질 전기 임피던스를 측정하였다. 실험 결과 배양되는 세포

들이 미세전극면에 흡착하고 분열함에 따라 전기 임피던스 크기 및 저항이 증가하는 것을

관측하였다[2]. 전기저항비가 높은 지질이중층(lipid-bilayer)의 세포막으로 인해 세포가

전극면에 흡착하거나 이동하면 전극으로부터 흐르는 교류전류는 방해를 받고 따라서 측정

되는 임피던스는 변화한다.

2016~2014 at a CAGR of 5.6%

<자료> Transparency Market Research 2016.

[그림 1] 전세계 지역별 비표지 분석 시스템 시장규모(백만 달러)

ICT R&D 동향

정보통신기획평가원 29

세포층의 전기 임피던스 스펙트럼에 대한 전기등가회로 모델분석을 통해 세포 내질 및

외질의 전기적 특성을 추출할 수 있다. 세포 층의 전기 임피던스를 세포 크기, 세포-세포

및 세포-전극 접합 변수로 표현하는 수학적 분석 모델 기법도 개발되었다[3]. 캐나다 토론

토 대학의 Lo와 Ferrier는 세포의 형태에 따라 달라지는 세포층의 전기 임피던스 식을

도출하였다[4]. 독일 뮌스터 대학의 Galla 그룹은 저항과 병렬로 연결된 커패시턴스를

포함하는 전기적 등가 모델을 제시하였는데, 전극-전해질간 계면 임피던스로 Constant

phase element 함수와 배양액의 저항을 세포 임피던스와 직렬로 연결되도록 구성하였

다[5]. 이 모델은 세포의 크기, 흡착정도, 밀도, 세포 내외질 특성 등이 저항과 커패시턴스

값에 반영된다는 것을 전제로 한다. 세포 거동에 대한 임피던스 측정 민감도를 높이기

위해 빗살형 전극 상에서 세포의 임피던스를 측정하였는데, 약물반응 및 상태에 따라 세포

의 커패시턴스 값이 결정된다는 것이 밝혀졌다[6]. Lee의 연구진들은[7] 세포-기질 전기

임피던스 분석법을 이용해 손상된 세포의 치료 assay로의 응용 가능성을 보였다. 전극에

흡착된 세포에 상처(높은 전류 펄스 인가)를 인위적으로 가하면 세포가 죽어 전극에서

떨어져 나감과 동시에 임피던스 값이 급격히 감소하나 이후 세포가 회복됨에 따라 전극

표면을 덮으면서 임피던스가 점차적으로 증가하였다. 이외에도 독성물질에 대한 세포 반

응 모니터링[8], 물리 및 화학적 자극에 대한 세포 형태 변화 분석[9], 세포 주화성 및

세포 자살 검출[10], 세포 병리학 연구[11], 바이러스 감염 진단[12], 줄기세포 성장[13]

및 분화 모니터링[14] 등 수많은 활용 가능성이 보고되고 있다.

(a) 세포-전극 계면 전류 흐름 (b) 세포 거동에 따른 저항 변화

<자료> Giaever & Keese 1994 Nature

[그림 2] 비파괴 및 실시간 세포-기질 전기 임피던스 측정

주간기술동향 2019. 7. 31.

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II. 연구의 구성 및 범위

미세전극 기반의 세포칩을 이용하여 측정한 전체 임피던스 성분에서 전극 임피던스는

전극 재료와 면적 또는 세포 흡착을 제어하는 전극 표면 개질에 따라 결정되는데, 전극

임피던스가 증가할수록 상대적으로 전체 측정한 임피던스 값에서 세포가 차지하는 임피던

스의 비율이 감소하여 세포의 임피던스 측정 감도가 떨어지게 된다. 전극 임피던스에 의한

측정 범위와 한계를 고려하지 않고 전극표면을 개질하거나 전극 재료 및 크기를 선택하면

전극 면에 흡착된 세포의 임피던스 측정 민감도를 감소시킬 수 있고 따라서 전기적 임피던

스 분석을 이용한 세포 분석 기술의 성능이 저하될 수 있다. 미국 유타 대학의 Rabbitt

그룹은 약 10㎛의 폭과 4.3㎛의 깊이를 갖는 미세 채널과 결합시킨 폭 8㎛, 두께 약 4㎛의

2 전극을 이용하여 단일 세포의 임피던스를 측정하려고 시도하였으나 미세 채널 내 전극

계면에서 발생하는 이중층과 이온들의 복잡한 전기화학적 동역학으로 인해 개발한 미세전

극 시스템으로는 세포의 전기적 특성을 정밀하게 분석하기가 불가능하다고 보고하였다

[15]. 반경 r(11∼325㎛)을 갖는 백금 원형 전극의 경우 100kHz의 고주파수 대역에서는

전극의 반경에 의존하는 임피던스가 측정되나(1/r) 10Hz의 저주파수 대역으로 갈수록

임피던스는 전극면적에 의존하는(1/r2) 변이가 발생한다[16]. 미국 남 플로리다 대학의

Bhansali 그룹은 다양한 반경(25, 50, 125, 250μm)을 갖는 원형 전극 시스템을 제작하

고 세포-전극의 임피던스를 측정한 결과 전극의 반경이 50㎛ 이하일 경우 전체 측정한

임피던스 값에서 세포만의 임피던스를 구별해 내기가 쉽지 않음을 보고하였다[17]. 세포

의 전기적 임피던스 측정 민감도를 높이는 방편으로 미국 워싱턴 대학의 Zhang 그룹은

흡착 펩티드로 개질된 전극 표면에 세포 흡착을 강화시켜 전체 임피던스에 대해 세포가

차지하는 비율을 증가시키는 방안을 제시하였다. 4kHz 단일 주파수에서 측정한 실험결과

표면이 개질된 전극에서 세포 흡착이 강화되어 측정한 임피던스의 값이 대조군에 비해

5.6배 상승함을 보였다[18]. 수 Hz의 낮은 주파수에서 전극 계면 임피던스는 전하이동저

항 성분이 나타나는데 개방회로전위에 따라 불규칙하게 변동되며 Laminin이나 Poly-L-

lysine 단백질의 전극계면 흡착 정도에 따라 전극 임피던스가 변동됨을 측정하였다[19].

따라서 다양한 전극 재질 및 표면 개질이 전극 계면 임피던스에 미치는 영향 분석을

통해 세포의 임피던스 측정 민감도를 높일 수 있는 전극 시스템 설계 및 성능 평가가

ICT R&D 동향

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필요하다. 또한, 장기간 세포 배양 시 전극 표면의 전기적 특성 변동과 내구성을 연구하고

실험을 통해 세포의 임피던스 분석기술 향상을 위한 전극 시스템 최적화 연구가 필요하다.

본 연구는 세포-기질 임피던스 측정 기술 최적화를 위해 개발한 미세 전극칩과 이를 이용

한 응용 결과를 보고하고자 한다. 개발한 세포칩과 세포 분석 기술 결과는 다양한 계면에

서의 세포의 상태 및 반응을 민감하게 분석하는 기초적 생물리학 연구뿐 아니라 국내 보건

의료와 제약 산업이 요구하는 비표지 및 실시간 고효율 세포 스크리닝과 화장품 독성평가,

미생물 및 환경오염 감시 assay 등 여러 분야에 활용될 것으로 기대한다.

본 고는 전기 세포-기질 임피던스 분석을 위한 기존의 미세전극기반 세포칩이 전극 재

료, 면적 또는 전극 표면 개질에 따라 변동되는 전극 임피던스가 측정 민감도에 미치는

영향을 고려해 전기 세포-기질 임피던스 분석을 향상시키기 위해 아래와 같은 세부 연구

주제를 설정하고 진행하였다.

① 전극 면적에 따른 세포-기질 임피던스 측정 민감도 연구

② 세포-기질 임피던스 측정용 세포칩 제작

③ 개발된 세포칩의 활용 가능성 평가

이상의 세부연구들을 수행하기 위해 아래와 같은 연구방법을 적용하였다.

- 미세전극 시스템 패터닝 및 절연층 형성을 위한 반도체 공정

- 세포 배양을 위한 챔버 금형 및 주조

- 세포칩 고정과 배선 및 신호 전송을 위한 어답터 제조

- 세포 실험을 위한 세포 배양 및 약물독성 평가 기술

- 임피던스 측정을 위한 lock-in-amplifier 기반의 임피던스 분석기 구축

III. 연구 내용

1. 전극면적에 따른 세포-기질 임피던스 측정 민감도

전극면적이 세포-기질 전기 임피던스 측정 민감도에 미치는 영향을 살펴보기 위해 20μm

∼1mm의 반경을 갖는 원형 전극에 대해 세포-기질 임피던스를 시뮬레이션하였다. 전극

주간기술동향 2019. 7. 31.

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면에 세포 유무 시 임피던스 차이를 계산한 결과 세포 임피던스 측정 민감도가 전극 면적

에 따라 결정되는 것을 확인하였다. 따라서 전극 면적 최적화 설계를 통해 세포의 임피던

스 측정 민감도 향상이 가능함을 이론적으로 확인하였다[20]. 그림의 주파수 스펙트럼

시뮬레이션 결과를 보면 저주파수(100Hz 이하)에서는 주로 전극계면 임피던스가 나타나

고 주파수의 증가와 함께 전극계면 임피던스가 감소하면서 세포의 임피던스가 구분되기

시작함을 확인하였고 주파수가 약 100kHz 이상일 때 교류 전류는 쉽게 세포막을 관통하

므로 전체 측정 임피던스에 대한 세포 임피던스의 비율은 감소하였다. 따라서 세포 임피던

스 측정 민감도 향상을 위해 측정 주파수 범위가 적절히 선택되어야 한다.

2. 세포-기질 전기 임피던스 측정용 세포칩

세포-기질 전기 임피던스 측정용 세포칩은 기판, 미세전극 어레이, 절연층 및 배양 챔버

를 집적해 제작하였다[21]. 기판위에 전도체를 증착한 후 검출영역과 신호선 및 말단 단자

를 형성하였다. 검출영역은 세포와 배양액이 전극과 접촉되는 영역으로 세포-기질 전기

임피던스 값을 결정한다. 신호선은 절연층으로 보호되고, 말단 단자에 교류 전류를 인가하

면 검출 전극 상에 세포의 흡착정도에 따라 응답 교류 전위가 발생한다. 세포와 배양액을

담기 위해 배양 챔버를 전극칩 위에 접착시킨다[22].

세포-기질 전기임피던스를 측정하기 위한 교류 전류 인가 시 주파수에 따른 전계분포도

(a) 전극 크기별 세포-기질 임피던스 크기 스펙트럼 (b) 전기 임피던스 크기 비율

<자료> Cho & Thielecke 2010 Microelectronic Engineering

[그림 3] 전극 크기에 따른 세포-기질 임피던스 크기 스펙트럼 및 크기 비율

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시뮬레이션을 통해 세포 변수들의 측정 부위를 가늠할 수 있었다. 1kHz 정도의 낮은 주파

수에서는 높은 저항비를 갖는 세포막의 지질 성분으로 인해 세포 외질 영역에서 전계분포

변화가 관측되었으나 주파수가 증가함에 따라 세포막을 투과하여 세포 내질 영역에서 전

위 변화가 관측되었다. 따라서 측정하는 주파수에 따라 측정 가능한 세포 변수(크기, 형태,

세포-세포 접합, 세포 흡착정도, 세포 내질 상태)가 결정될 것으로 판단된다.

세포-기질 전기 임피던스 측정 시스템은 교류전류를 인가하는 교류전원과 응답 교류

전위를 측정하는 Lock-in amp로 제작하였다. 세포에 인가하는 교류 전류크기는 최대

1μA 이하로 제한하였다. 다채널 측정을 위해 멀티플렉서를 제작하였고 마이크로 컨트롤

러와 통신을 통해 채널 on/off를 제어하였다. 미세전극 어레이 기반 세포칩은 어답터에

(a) ITO 투명 전극칩 (b) Au 빗살형 전극칩

<자료> Kim and Cho 2011 JNN, Park et al. 2015 JNN

[그림 4] 세포-기질 전기 임피던스 측정용 전극칩 어레이

(a) 세포-기질 전기 임피던스 유한요소해석 모델 (b) 교류 주파수별 세포 모델 전위 분포

<자료> Cho 2011 Biochip Journal

[그림 5] 세포-기질 전기 임피던스 유한요소해석 모델 및 주파수별 전위분포

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장착되면 세포칩의 말단부는 어답터를 통해 멀티플렉서와 연결되고 채널 제어를 통해 교

류 전류인가 및 응답전위측정을 원하는 채널에서 수행할 수 있게 된다. 채널 제어, 교류

신호 인가 및 측정, 주파수 범위 선택, 데이터 저장 및 표시 등을 위해 사용자 인터페이스

프로그램을 개발하였다.

* 인체 지방조직에서 추출한 줄기세포가 원형 ITO 전극 상에서 배양기간 (a) 100h, (b) 156h, (c) 200h, (d) 260h 동안 촬영한 위상차 현미경 사진, scale bar: 80μm.

<자료> Jun et al. 2013 Journal of Biomedical Nanotechnology

[그림 6] ITO 투명 전극 상에서 배양중인 줄기세포 거동 변화

* 세포 배양기 동안 측정한 임피던스 실수부 정규화 결과(왼쪽) 및 주파수 2.15kHz에서 관측한 세포의 임피던스 실수부 정규화 값(오른쪽), P31: 계대배양 31, P9: 계대배양 9.

<자료> Jun et al. 2013 Enzyme and Microbial Technology

[그림 7] 줄기세포 배양 시 저항 변화 및 계대배양 차이에 따른 저항 변화

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제작한 미세전극 어레이 기반의 세포칩과 구축한 세포-기질 전기 임피던스 측정 시스템

의 성능 평가를 위해 인체 지방 조직에서 추출한 줄기세포의 성장 모니터링을 수행하였다.

줄기세포 주입 후 배양기간 동안 세포는 전극 면에 흡착되어 분열하였고 이에 따라 전기

임피던스는 증가하였다[23]. 또한, 계대배양이 다른 세포 주입 후 배양기간 동안 전기 임

피던스 측정 결과 노화된 세포의 경우 젊은 세포에 비해 크기가 커서 전극을 덮는 면적이

상대적으로 증가하여 초기에는 전기 임피던스가 높았으나 분열속도는 젊은 세포가 더 높

아 전기 임피던스가 역전됨을 확인하였다[24].

3. 세포칩 활용 가능성 평가

개발한 전기 세포 임피던스 측정 기술과 ITO 전극기반 세포칩의 활용 가능성을 평가해

보고자 MCF-7 유방암 세포에 대해 키토산의 항암 효과를 측정하였다. 다중 전극 어레이

에 MCF-7 유방암 세포를 48시간 배양시킨 후 키토산 CTSN-P를 농도별(0, 10, 100,

또는 1000μg/ml)로 주입하였을 때 세포의 형태 변화와 이로 인한 전기 임피던스의 변화

를 관측하였다. 전기 임피던스 측정 기반의 세포 항암 또는 독성 분석 기술의 효용성 평가

를 위해 기존의 MTT assay와 비교하였다.

다중 ITO 전극에 주입된 MCF-7 유방암 세포는 48시간 배양기간 동안 전극표면에

잘 흡착되었고 안정화된 것을 위상차 현미경으로 확인할 수 있었고 이 기간 동안 전기

(a) 48시간 뒤 측정한 위상차 현미경 사진(scale bar=200㎛) (b) 실시간 측정한 전기 임피던스 크기

<자료> Park et al. 2018 Journal of The Electrochemical Society

[그림 8] 다중 ITO 전극 및 전기 임피던스 측정 기반 MCF-7 세포의 키토산 독성 모니터링

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임피던스 값은 증가하였다. 그러나 48시간 배양한 뒤 주입한 키토산 CTSN-P 약물 농도

에 따라 전기 임피던스 값이 감소하는 것을 확인하였다. 주입한 키토산 농도가 증가할수록

세포층이 더 많이 붕괴되어 전극 면에서 떨어져 나갔고 이에 따라 전기 임피던스 값도

더 빠르고 크게 감소하였다[25].

키토산 약물 주입에 따라 변화된 전기 임피던스 결과로부터 독성평가에서 주요한 지표

로 사용되는 세포 생능지표를 검출할 수 있었다. 전기 임피던스 측정 기반의 세포 생능지

표 분석 결과 CC50은 543.165μg/ml이었고 기존 MTT assay 결과에서는 1266.602μ

g/ml로 확인되었다. 따라서 전기 임피던스 측정 기반의 세포 약물 독성 분석이 가능함을

확인하였다.

IV. 주요성과 및 시사점

본 연구는 세포-기질 전기 임피던스 측정 민감도 향상을 위해 전극의 형태 및 면적에

대한 최적화 설계가 필요함을 보이고 있다. 향상된 측정 민감도를 갖는 세포칩과 세포-기

질 전기 임피던스 측정 시스템은 다양한 기초의학/생물학에 적용될 수 있다. 수 나노미터

수준의 세포-세포 또는 세포-기질 접합과 세포의 형태 변화 정량분석을 통해 기초적인

세포 거동을 이해할 수 있는 도구로 사용될 수 있다. 또한 약물 효능 및 화학 물질 독성평

(a) MTT (b) 전기 임피던스 생능 지표 결과<자료> Park et al. 2018 Journal of The Electrochemical Society

[그림 9] 키토산 주입 농도별 세포 생능 결과 및 전기 임피던스 생능 지표 비교

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가를 위해 세포칩과 세포-기질 전기 임피던스 분석 시스템은 자동화 공정라인의 모듈로서

활용될 수 있을 것이다. 국내 보건의료산업의 경쟁력 향상에 일조하고 새로운 질병진단

및 신약 개발, 바이오 방어 및 환경 감시 산업에도 파급효과를 가져올 것으로 기대된다.

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사업책임자: 문형돈(기술정책단장)

과제책임자: 이성용(산업분석팀장)

참여연구원: 변화성, 이재환, 이효은, 이상길, 안기찬, 김용균, 정해식, 김우진, 장예지, 전영미(위촉)

통권 1907호(2019-29)

발 행 년 월 일 : 2019년 7월 31일발 행 소 : 편집인겸 발행인 : 석제범등 록 번 호 : 대전 다-01003등 록 년 월 일 : 1985년 11월 4일인 쇄 인 : ㈜승일미디어그룹

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