확장 버클리 패킷 필터(eBPF)는 개발자가 커널 소스 코드를 변경하지 않고도 리눅스 커널 내에서 샌드박스화된 프로그램을 실행할 수 있게 해주는 강력한 기술입니다. 이 가이드는 네트워킹, 보안, 성능 모니터링 분야에서 eBPF의 활용 방안을 살펴봅니다.
eBPF의 장점과 현대 시스템에서 가시성과 제어력을 어떻게 향상시키는지 알아보세요. 네트워크 보안에서 eBPF의 기능을 활용하려면 eBPF를 이해하는 것이 필수적입니다.
BPF의 간략한 역사
버클리 패킷 필터(BPF)는 1992년에 만들어졌으며, 네트워크 트래픽을 분석하고 필터링하기 위해 설계되었습니다. 당시 인터넷은 아직 초기 단계였으며, 엔지니어들은 네트워크를 통과하는 트래픽을 더 잘 이해할 수 있는 방법을 모색하고 있었습니다. BPF는 조직 내 모든 서버의 코드를 수정하거나 커널 코드를 포크하여 계측 명령어로 업데이트하지 않고도 이를 수행할 수 있는 방법을 제공하기 위해 설계되었습니다.
네트워크 분석에 적용된 BPF는 서버의 모든 수신 및 발신 TCP 통신을 기록하는 데 사용되었습니다. 이 접근 방식은 모든 서버의 코드를 수정하는 것보다 작업량이 적었지만, 코드를 구축하고 조직 내 모든 서버에 배포하는 데 여전히 상당한 노력이 필요했습니다.
BPF는 네트워크 트래픽 필터링에도 사용되었습니다. 그러나 헤더에 서명된 해시가 포함된 패킷만 수용할 수 있었습니다. 들어오는 패킷이 도착하면 BPF 프로그램이 실행되어 헤더를 검사하여 예상 값이 존재하는지 확인했습니다. 결과에 따라 패킷은 수락되거나 삭제되었습니다.
현재 BPF는 네트워크 트래픽 분석 및 필터링을 넘어 다양한 목적으로 활용됩니다. 64바이트 지원으로 확장되어 더 많은 기능과 정보 수집 및 저장이 가능해졌습니다.
이후 커널 3.18 출시와 함께 확장 버클리 패킷 필터(eBPF)가 도입되어 거의 모든 커널 이벤트를 등록할 수 있게 되었습니다. 기존 BPF의 확장판인 eBPF는 더 많은 데이터를 저장 및 교환할 수 있으며, 커널 기능 모니터링, 추적, 최적화 등 다양한 용도로 활용됩니다.
eBPF의 도입
역사적으로 개발자들은 항상 운영 체제 내에서 네트워크 기능을 구현하고 관찰해 왔으며, 커널이 가진 전체 시스템을 모니터링하고 제어할 수 있는 특권을 활용해 왔습니다. 운영체제 커널의 한계는 진화 부족에 있습니다 — 운영체제 수준에서의 혁신은 외부에서 관찰되는 능력에 비해 낮습니다. 또한 개발자가 모듈을 추가하거나 커널 소스 코드를 수정하려면 디버깅이 어려운 추상화된 계층과 복잡한 인프라를 헤쳐나가야 했습니다. 2014년 eBFP가 처음 도입되었을 때, 이 모든 문제를 해결했습니다.eBPF는 운영체제 내에서 샌드박스화된 프로그램이 실행되도록 함으로써 개발자들이 런타임에 운영체제에 새로운 기능을 추가할 수 있게 했습니다. 이는 커널 내부에서 실행되며 바이트코드 프로그램 실행을 위한 샌드박스 환경을 제공하는 일종의 가상 머신입니다. eBPF 가상 머신은 제한된 명령어 집합으로 제한된 리소스만 접근할 수 있도록 설계되어 단순하고 효율적이며 안전합니다.
출현 이후 eBPF는 진화하여 다양한 사용 사례를 주도하고 있습니다. eBPF는 클라우드 네이티브 환경에서 고성능 네트워크 및 로드 밸런싱 혁신을 가능하게 했으며, 보안 리더들에게 낮은 오버헤드 비용으로 세분화된 보안 데이터를 제공하고, 조직의 예방적 보안 노력을 지원했습니다.
eBPF 작동 원리 이해
대략적으로 eBPF는 개발자가 eBPF 프로그램이라 불리는 소규모 프로그램을 작성하여 커널 내 다양한 지점에 부착함으로써 데이터를 가로채고 처리할 수 있도록 합니다. 일반적으로 C 프로그래밍 언어의 하위 집합으로 작성된 이 프로그램들은 eBPF 바이트코드로 컴파일된 후 커널에 로드되어 실행됩니다. 기존 커널 모듈과 달리 eBPF 프로그램은 커널 소스 코드 수정이나 재컴파일이 필요 없어 배포 및 관리가 용이합니다.
eBPF 프로그램은 리눅스 커널 내에서 실행될 때 다음과 같은 특정 단계를 따릅니다:
- eBPF 프로그램이 작성되면 eBPF 바이트코드로 컴파일됩니다. 생성된 바이트코드는 커널 내에서 실행 가능한 eBPF 프로그램의 저수준, 플랫폼 독립적 표현입니다.
- 그런 다음 eBPF 바이트코드가 커널에 로드됩니다. 로드 과정에는 실행 중인 커널과의 안전성 및 호환성 검증과 eBPF 프로그램 실행에 필요한 리소스 할당이 포함됩니다.
- eBPF 프로그램이 로드되면 네트워크 패킷이나 시스템 호출(syscall)과 같은 특정 커널 이벤트에 연결될 수 있습니다.
- 연결된 커널 이벤트가 발생하면 커널이 자동으로 eBPF 프로그램을 실행합니다. eBPF 프로그램은 루프 및 조건문과 같은 표준 C 프로그래밍 구문을 사용하여 이벤트와 관련된 데이터에 액세스하고 수정할 수 있습니다.
- eBPF 프로그램이 데이터를 처리한 후에는 선택적으로 커널에 결과를 반환할 수 있습니다. 예를 들어, 네트워크 인터페이스에 부착된 eBPF 프로그램은 특정 기준에 부합하는 패킷을 삭제할 수 있으며, 시스템 호출에 부착된 eBPF 프로그램은 호출이 진행되기 전에 호출에 전달된 인수를 수정할 수 있습니다.
- eBPF 프로그램이 더 이상 필요하지 않으면 커널에서 언로드할 수 있으며, eBPF 프로그램에 할당된 리소스를 해제하고 연결된 커널 이벤트가 발생해도 더 이상 실행되지 않도록 할 수 있습니다.
eBPF의 주요 특징 중 하나는 안전성 보장입니다. eBPF 프로그램은 커널 내의 제한된 가상 머신에서 실행되며, 커널 데이터 구조에 직접 접근하거나 수정할 수 없으며, 충돌이나 보안 취약점을 유발할 수도 없습니다. eBPF 프로그램은 메모리 안전성이나 기타 보안 속성을 위반하지 않도록 경계 검사 및 유형 검사 등 다양한 런타임 검사를 추가로 받습니다.
eBPF의 이점 탐구
오늘날 개발자들은 시스템의 보안, 성능 및 안정성을 개선하기 위해 eBPF를 사용합니다. eBPF는 여러 가지 장점 덕분에 리눅스 생태계에서 매우 인기 있는 기술이 되었습니다.
첫째, 조직들은 속도와 성능을 보장하기 위해 eBPF를 사용합니다. eBPF 프로그램은 Linux 커널 내에서 실행되기 때문에 기존 사용자 공간 프로그램에 비해 최소한의 오버헤드로 작동합니다. 낮은 지연 시간과 높은 성능이 중요한 경우, eBPF는 작업을 수행하기 위한 이상적인 선택입니다.
eBPF 프로그램은 또한 기술 팀이 유연성을 유지할 수 있도록 합니다. 네트워크 패킷, 시스템 호출, 커널 함수 등 다양한 커널 이벤트에 프로그램을 연결할 수 있으므로 네트워크 모니터링, 보안 분석, 성능 프로파일링 등 광범위한 사용 사례에 활용할 수 있습니다. eBPF 프로그램은 커널에서 동적으로 로드 및 언로드될 수 있어 디버깅이나 문제 해결과 같은 단기 작업에도 사용할 수 있습니다.
eBPF를 사용하는 개발자는 기술적 한계나 보안 문제로 인해 이전에는 불가능했던 새로운 기능을 구현할 수 있습니다. eBPF를 사용하면 Raspberry Pi나 기타 ARM 기반 시스템과 같은 임베디드 장치에서 하드웨어 가속을 활용하는 애플리케이션을 작성할 수 있습니다.
기존 소프트웨어 패키지와 달리 사전 컴파일되지 않고 JIT(Just-in-time) 컴파일되기 때문에 개발자는 성능이나 확장성을 희생하지 않고도 eBPF를 사용하여 애플리케이션이나 서비스를 만들 수 있습니다. 이 기술은 다른 솔루션에 비해 최소한의 설정 시간만 필요하므로 개발자는 적은 노력으로 프로덕션 환경에 애플리케이션을 신속하게 배포할 수 있습니다.
eBPF 사용 사례
eBPF는 보안, 네트워킹, 추적, 가시성이라는 네 가지 주요 사용 사례에 가장 일반적으로 사용됩니다.
- 보안 – 일반적으로 보안 분야에서 시스템은 시스템 호출 필터링의 측면을 독립적으로 처리합니다. 시스템 호출 필터를 통해 애플리케이션은 실행이 허용되는 시스템 호출을 정확히 정의할 수 있습니다. eBPF는 모든 측면에 대한 가시성을 제공함으로써 시스템 보안을 강화합니다. 모든 시스템 호출을 해석하고 모든 네트워킹 작업에 대한 패킷 및 소켓 수준 뷰를 제공함으로써, 보안 담당자는 시스템에 대한 통제 수준을 높이는 데 필요한 맥락을 확보할 수 있습니다.
- 네트워킹 — eBPF는 효율성과 프로그래밍 가능성 덕분에 패킷 처리 요구사항을 지원합니다. 이는 Linux 커널의 패킷 처리 컨텍스트를 벗어나지 않고도 새로운 요구사항을 충족시키기 위해 추가 프로토콜 파서와 프로그램 전달 로직을 추가함으로써 이루어집니다.
- 추적 — 개발자는 eBPF 프로그램을 추적 포인트와 커널 및 사용자 애플리케이션 프로브 포인트에 연결하여 모든 시스템 애플리케이션의 런타임 동작에 대한 가시성을 확보합니다. eBPF는 시스템과 애플리케이션 모두에 컨텍스트를 제공합니다. 이 둘의 결합은 기술 팀이 성능 문제를 해결하는 데 활용할 수 있는 강력한 통찰력을 제공합니다.
- 가시성 – eBPF는 기술 팀이 다양한 소스를 기반으로 맞춤 설정할 수 있는 시스템 메트릭의 커널 내 집계를 수집하는 데 사용됩니다. 시간이 많이 소요되고 대량의 샘플링 데이터 내보내기에 의존할 필요 없이, eBPF는 절대적으로 필요한 데이터만 수집하여 가시성의 깊이를 높이고 조직이 시스템 오버헤드 비용을 절감할 수 있도록 합니다.
eBPF가 현대 클라우드 보안 조치를 강화하는 방법
클라우드 워크로드 보호 플랫폼(CWPP) 에이전트는 강력한 클라우드 보안 전략을 구축할 때 필수적인 요소입니다. 이 플랫폼은 랜섬웨어 및 제로데이 공격과 같은 런타임 위협에 대한 실시간 보호 기능을 제공하여 다른 보안 제어와 차별화됩니다. eBPF는 글로벌 조직 전반에 걸쳐 계속해서 널리 채택되고 있는 클라우드 시스템의 성능과 확장성을 크게 향상시킵니다.
CWPP 에이전트는 워크로드 원격 측정 데이터를 기록하여 포렌식 분석에 유용한 정보를 제공합니다. 반면 클라우드 컴퓨팅 인스턴스 스토리지 볼륨을 검사하는 사이드 스캐닝 솔루션은 하루에 한 번만 실행 가능하며 프로세스 수준 가시성이 부족해 실시간 보호 및 정확도에 한계가 있습니다. CWPP 프로그램 내에서 eBPF 프레임워크를 사용하면 다음과 같은 여러 이점을 얻을 수 있습니다:
- 운영 안정성 — 커널에서 코드를 실행하는 것은 커널에 취약점을 도입하고 전체 시스템을 불안정하게 할 가능성을 높이기 때문에 주요 위험 요소입니다. eBPF 프레임워크는 커널을 중단시키지 않도록 JIT 컴파일러와 같은 안전 제어 기능을 포함합니다.
- 시스템 성능 – 커널과 사용자 공간 간의 데이터 전송은 일반적으로 느리고 성능 오버헤드를 발생시킵니다. eBPF 프레임워크를 사용하면 팀이 커널 동작을 관찰하고 커널 내에서 분석을 수행한 후 결과의 일부를 사용자 공간으로 다시 전송할 수 있으므로 필요한 오버헤드가 줄어듭니다.
- 비즈니스 민첩성 – 사용자 공간에서 작동하는 eBPF는 DevOps 팀과 공급업체에 더 큰 유연성과 민첩성을 제공합니다. DevOps는 커널 의존성 문제에 대한 걱정 없이 혁신에 집중할 수 있으며, 벤더는 유지보수보다 혁신에 주력할 수 있습니다. 이는 지속적인 혁신과 향상된 고객 경험으로 이어집니다.
요약
eBPF는 네트워킹과 보안부터 가시성 및 성능 분석에 이르기까지 다양한 애플리케이션 분야에서 빠르게 핵심 기술로 자리매김했습니다. 유연성과 안전성 보장은 리눅스 커널을 맞춤화하고 확장하는 강력한 도구로 작용하며, 더 많은 사용 사례가 발견되고 개발됨에 따라 그 인기와 채택률은 지속적으로 증가하고 있습니다.
선도적인 기업들은 SentinelOne의 CWPP, Singularity Cloud Workload Security와 같이 eBPF 프레임워크의 장점을 eBPF 프레임워크의 장점을 내재화한 솔루션에 지속적으로 투자하고 있습니다. 디지털 환경이 더욱 역동적이고 복잡해지고, 공유 인프라에서 수많은 워크로드가 실행됨에 따라 eBPF는 가시성과 제어력을 향상시켜 보안 팀이 워크로드를 보다 효과적으로 모니터링하고 보호할 수 있도록 지원합니다.
다양한 환경 전반에서 성능과 효율성을 개선하기 위해 SentinelOne의 보안 솔루션이 eBPF의 이점을 어떻게 활용하는지 알아보려면 문의하십시오. 지금 바로 보안 전문가와 데모를 예약하세요.
확장 버클리 패킷 필터 FAQ
eBPF는 리눅스 커널 소스를 변경하거나 모듈을 추가하지 않고도 커스텀 바이트코드를 커널에 로드할 수 있게 해주는 안전한 커널 내 가상 머신입니다. 실행 전에 커널 검증기가 eBPF 프로그램의 안전성(무한 루프 없음, 범위를 벗어난 메모리 접근 없음)을 확인한 후, JIT 컴파일을 통해 네이티브에 가까운 속도로 실행합니다. 기존 BPF에서 진화하여 패킷 필터링뿐만 아니라 추적, 가시성 등을 지원합니다.
eBPF는 네트워킹, 추적, 사용자 추적점 정의와 같은 애플리케이션을 지원합니다. 다음을 구동합니다:
- 고성능 패킷 처리(예: XDP)
- 시스템 호출 및 애플리케이션 동작에 대한 심층 관측 및 프로파일링
- 실시간 보안 모니터링 및 정책 시행
- Kubernetes의 컨테이너 수준 가시성 및 네트워크 정책
- 로드 밸런싱, 메트릭 집계 및 필터링을 위한 커스텀 커널 내 로직.
커널 컨텍스트에서 실행되는 eBPF는 최소한의 오버헤드와 커널 재시작 없이 시스템 호출, 네트워크 흐름 및 프로세스 이벤트에 대한 실시간 가시성을 제공합니다. 샌드박스는 불안정한 코드를 방지하고, 맵을 통해 사용자 공간 도구가 원격 측정 데이터를 검색할 수 있게 합니다.
이러한 조합을 통해 측면 이동이나 무단 파일 액세스와 같은 위협을 조기에 포착하고 커널 이벤트 경로 내에서 즉시 차단 또는 종료 정책을 시행할 수 있습니다.
eBPF는 보안만을 위해 설계된 것이 아니므로 장단점이 있습니다: 메모리 및 명령어 제한으로 인해 이벤트가 누락될 수 있습니다; 로드된 프로그램에 대한 내장된 변조 방지 기능이 없으며, 일부 '헬퍼' 함수(예: bpf_probe_write_user)는 권한 상승에 악용될 수 있습니다.
구형 커널은 검증기 수정 사항이 누락될 수 있으므로, 권한이 엄격히 통제되지 않을 경우 잘못 구성되거나 악의적인 eBPF가 루트킷 벡터로 악용될 수 있습니다.
일반적인 eBPF 배포 사례는 다음과 같습니다:
- 네트워크 패킷 필터링 및 로드 밸런싱
- 성능 프로파일링을 위한 애플리케이션 및 커널 추적
- 침입 탐지 및 방지
- Kubernetes에서의 컨테이너 보안 및 마이크로 세그멘테이션
- 관측성 플랫폼을 위한 맞춤형 메트릭 수집 및 커널 내 집계.
eBPF 솔루션을 배포하기 전에 커널 버전이 필요한 훅을 지원하는지, 검증 도구에 보안 패치가 적용되었는지 확인하십시오. 이벤트 손실을 방지하기 위해 충분한 CPU 및 메모리 여유 공간을 할당하십시오. 엄격한 권한 제한을 정의하고(예: 비특권 BPF 비활성화), 공급망 위험을 방지하기 위해 타사 eBPF 모듈을 검증하며, 차단 또는 종료 적용 전에 영향을 측정하기 위해 새 정책을 감사 모드로 실행하십시오.
SentinelOne은 eBFP 아키텍처를 활용하여 클라우드 워크로드 보호를 더욱 안정적이고 신뢰할 수 있게 합니다. 실시간 위협 탐지 및 대응, 커널 수준 활동에 대한 심층적인 가시성을 제공하며, 제로데이, 랜섬웨어 및 기타 악성 프로세스와 같은 런타임 위협에 대응할 수 있습니다. 호스트 OS 이미지에 대한 호환성 문제 없이 원활한 업데이트를 받을 수 있습니다.
SentinelOne Singularity XDR은 고급 분석을 수행하고 포렌식 조사를 진행할 수 있습니다. AWS, Azure, Google Cloud 및 프라이빗 클라우드와 같은 다양한 클라우드 환경에 적합합니다. 또한 다양한 리눅스 배포판, 컨테이너 런타임, Windows 서버 및 Kubernetes를 지원합니다.