تقنيات تحليل السلامة لضمان أمن الفضاء الحاسوبي في البنية التحتية الحرجة

وتشكل الهياكل الأساسية الحيوية العمود الفقري للمجتمع الحديث، وتشمل نظما مثل شبكات الكهرباء، ومرافق معالجة المياه، وشبكات النقل، وخدمات الرعاية الصحية، حيث أن هذه النظم أصبحت أكثر رقمية ومتشابكة، وتواجه مجموعة متزايدة من التهديدات الإلكترونية التي يمكن أن تعطل العمليات، وتضر بالسلامة، وتلحق ضررا كارثيا، وتستلزم كفالة الأمن السيبراني في هذا المجال أكثر من التدابير الأمنية التقليدية لتكنولوجيا المعلومات، وتتطلب تقنيات دقيقة لتحليل السلامة تُصمم خصيصا لتحديدها.

فهم الهياكل الأساسية الحيوية وأمن الفضاء الحاسوبي

وتشير البنية التحتية الحرجة إلى الأصول والنظم والشبكات - سواء كانت مادية أو افتراضية - ضرورية جدا لأمة من شأنها أن يكون لعجزها أو تدميرها أثر مزعزع على الأمن، والرفاه الاقتصادي، والصحة العامة، والسلامة، وتشمل الأمثلة على ذلك الشبكة الكهربائية، وخطوط أنابيب الغاز الطبيعي، وشبكات مياه الشرب والمياه المستعملة، وشبكات المصارف والتمويل، والاتصالات في مجال خدمات الطوارئ، ونظم مراقبة النقل.

وقد تطورت الهجمات على الهياكل الأساسية الحيوية من سيناريوهات نظرية إلى أحداث حقيقية في العالم، حيث أدى هجوم عام 2015 على شبكة الطاقة الأوكرانية إلى تعطيل مئات الآلاف من الناس دون كهرباء، وتسبب حادث Ppeline Pepeline الذي وقع في عام 2021 في تعطيل إمدادات الوقود عبر لوح البحر الشرقي، وتؤكد هذه الحوادث أن التهديدات الإلكترونية للبنية التحتية لم تعد افتراضية - وهي تشكل خطراً مستمراً ومتصاعداً.

وينبغي أن تشكل أساليب تحليل السلامة التي تُكيَّف من الضوابط الهندسية التقليدية - مثل تحليل المخاطر وتقييم المخاطر - عنصراً أساسياً لتحديد أين وكيف يمكن أن تؤدي التهديدات السيبرانية إلى عواقب مادية، وعلى عكس أمن تكنولوجيا المعلومات النموذجية، التي تركز على سرية البيانات وسلامتها، وأمن الفضاء الإلكتروني بالنسبة للهياكل الأساسية الحيوية، أيضاً، عوامل تتعلق بالسلامة والموثوقية والقيود التشغيلية في الوقت الحقيقي.

تقنيات تحليل السلامة الرئيسية

وتستخدم مجموعة متنوعة من المنهجيات المنظمة لتحديد أوجه الضعف وتقييم النتائج وتحديد أولويات التدابير الحمائية، وكثيرا ما تستخدم هذه التقنيات في الجمع بين توفير نظرة شاملة للمخاطر السيبرانية - الفيزيائية.

تحليل المخاطر والضعف

ويُحدِّد تحليل المخاطر والضعف بصورة منهجية التهديدات (الطبيعية والخصائصية)، وأوجه الضعف في تصميم النظم أو تشكيلها، والعواقب المحتملة للاستغلال، وفي سياق أمن الفضاء الإلكتروني، يشمل رسم خرائط لمداخل الشبكة، والبرامجيات غير المجهزة، وآليات التوثيق الضعيفة، والبروتوكولات غير الآمنة، والناتج عادة قائمة أولويات سيناريوهات المخاطر التي يمكن أن تسترشد بها في تخصيص الموارد للتخفيف من حدة المخاطر.

عدم وجود طريقة وتحليل الآثار

ومؤسسة FMEA هي تقنية من القاعدة إلى القمة تدرس كل عنصر أو نظام فرعي لتحديد كيف يمكن أن يفشل، وما هي الآثار التي قد تترتب على الفشل في النظام العام، وما هو الفشل المحتمل، وعندما يطبق على أمن الفضاء الإلكتروني، ينظر المحللون في أساليب الفشل مثل قراءة الاستشعار الفاسد، أو تسلسل منطقي للتحكم العنيف، أو حالة الرفض من حيث الفشل في الخدمة التي تؤدي إلى بقاء كل نمط من أشكال الفشل في مكان مفتوح.

تحليل الاتجاهات الهجومية

وتوفر أشجار الهجوم تمثيلاً بيانياً وتسلسلياً للخطوات التي قد يتخذها المهاجم لتحقيق هدف محدد، ويمثل العقد الأصلي الهدف النهائي (مثل " التحكم في التربينات التجارية " )، بينما تمثل الفروع الغواصات الفرعية (مثل " الوصول إلى شبكة الغاز " ، و " التعرض للضعف المعروف " )، كما أن مواصف اللاف هي إجراءات هجومية محددة التكلفة.

تقييم المخاطر

ويصف تقييم المخاطر احتمال وتأثير التهديدات السيبرانية على الهياكل الأساسية الحيوية، إذ أن أطراً مثل إطار إدارة المخاطر NIST (SP 800 - 30] ] توفر عملية منظمة لتحديد التهديدات وتقدير قابلية استغلال الضعف وتحديد النتائج ودرء المخاطر، ولكي تتجاوز البنية التحتية الحرجة، يجب أن يشمل تقييم المخاطر ما هو موجود من أصول تكنولوجيا المعلومات من أجل التخفيف من آثار السلامة المادية - الخسائر في الأرواح، والإضرار البيئي، وتجنب النتائج المطولة.

اختبارات على أساس سيناريو - متطورة وممارسات على الطاولات

:: تبسيط سيناريوهات هجومية إلكترونية واقعية - مثل إغلاق فدية لغرفة مراقبة محطة معالجة المياه أو هجوم منسق على منظمات تخفي عن الشبكة الذكية لتقييم قدرات الكشف والاستجابة والتعافي منها، وتجمع عمليات التطويق بين أفرقة العمليات والهندسة وتكنولوجيا المعلومات والإدارة من أجل السير في سيناريو في بيئة منخفضة المخاطر، وتكشف هذه العمليات الثغرات في بروتوكولات الاتصالات وعمليات اختبار إطلاق النار، وتشمل أساليب التدريب المتطورة.

تحليل البذور

ويجمع تحليل البواتي بين جوانب الشجر الخطأ وتحليل شجر الأحداث من أجل تصور مسارات الخطر (مثل " حقن القيادة الرهيبة " ) إلى حدث رفيع (مثل " الانتقال إلى وضع غير آمن " )، ثم إلى نتائج مختلفة ممكنة (مثل " الضرر اللاحق " ، و " الانسكاب الكيميائي " ).

تحليل المخاطر الأولية

وتستخدم هذه المادة في وقت مبكر من دورة حياة النظام لتحديد الظروف العالية الخطورة قبل استكمال التصميم التفصيلي، وهي تعتمد على قوائم مرجعية، وخبرات من نظم مماثلة، وعلى حكم الخبراء لوضع قائمة بالمخاطر المحتملة وعواملها السببية، وفي مجال الأمن الحاسوبي، قد تُبرز إدارة الشؤون الإنسانية مخاطر مثل " الوصول عن بعد إلى أجهزة التحكم في السلامة - الحرجة " أو " فقدان وصلة الاتصالات أثناء فترة توقف العمل في حالات الطوارئ " .

STAMP/STPA

وهذه النماذج والعمليات المتعلقة بالحوادث النظرية وما يرتبط بها من تقنيات تحليل المخاطر، تقدم نهجاً عصرياً ينظر إلى السلامة على أنها مشكلة رقابة، بدلاً من التركيز على أوجه الفشل في العناصر، تدرس وزارة العمل والإنقاذ التفاعل بين مكونات النظام، والتحكم، والمحاضرين، والأجهزة الاستشعار (التقنية والتنظيمية) التي تُفرض على السلوك الآمن.

تطبيق تحليل السلامة في الممارسة العملية

ويتطلب نشر هذه التقنيات بفعالية اتباع نهج منضبط وموجه نحو دورة الحياة، وينبغي ألا يكون تحليل السلامة عملية واحدة في مرحلة التصميم؛ ويجب أن يكون مدمجا في دورة الحياة الإنمائية للنظام وأن يستمر أثناء العمليات.

إدماجها في دورة الحياة الإنمائية للمنظومة

وخلال مرحلة المفاهيم والمتطلبات، تساعد تقنيات مثل تحليل المخاطر الأولية على تحديد القيود الأمنية والسلامة، وفي مرحلة التصميم، تتضمن الأشجار الهجومية وأشجار المومسات التي تسترشد بها هيئة التصنيع، وتقسيم مواقع العمل، وتكرار مهام السلامة، وطرائق السلامة، وأثناء التنفيذ، وعمليات استعراض الرموز والتحليل الثابت للبرمجيات الثابتة التي تقوم بها شركة ICS، نتائج من تحليلات الحوادث الخطرة، وتشمل التحقق والتحقق من نماذج جديدة للكشف عن المخاطر، وعمليات صقلية مستمرة.

الرصد المستمر وإدارة المخاطر

(ب) بيئة الهياكل الأساسية الحيوية هي بيئة دينامية: تحديث البرامجيات، وتغيير التشكيلات، وتحول الموظفين، وتطور ملامح الخطر مع مرور الوقت؛ ومواصلة أدوات الرصد - الاستخدام مثل نظم كشف الاقتحام لشبكات النقل البري، والكشف عن الهوية بصورة غير عادية عن حركة المرور في نظم المراقبة، وفحص الضعف آلياً - مما يُتيح الوعي بالحالة اللازمة لإبقاء تحليلات السلامة ذات صلة.

التخطيط لمواجهة الحوادث والإنعاش

كما أن تقنيات تحليل السلامة هي أدوات أساسية في صياغة خطط الاستجابة للحوادث، فالتحليل القائم على الوتر، مثلاً، يحدد الحواجز الحرجة التي يجب الحفاظ عليها أو استعادتها أثناء وقوع حادث ما، وتكشف التمارين القائمة على السيناريو ما إذا كانت خطوات الاستجابة المقررة ممكنة في ظل الإجهاد الذي يلحق به هجوم فعلي، وينبغي أن تتضمن خطط الاسترداد عمليات التحقق من السلامة، مثل التحقق من أن نظم الأمان تعمل قبل العودة إلى العمليات العادية لمنع وقوع حوادث ثانوية بعد وقوع حادث إلكتروني.

الامتثال والمعايير

وتحتاج الأطر التنظيمية ومعايير الصناعة بشكل متزايد إلى تحليل رسمي للسلامة لأمن الفضاء الإلكتروني.() وفي قطاع الطاقة، تتطلب معايير الوكالة الدولية للطاقة الذرية/المجموعة 62443 ] لنظم التشغيل الآلي الصناعي والرقابة الصناعية مستويات أمنية وطرق ولايات مثل نماذج التهديدات وتقييم المخاطر.() وفي قطاع الطاقة، تتطلب معايير لجنة البلدان النامية المعنية بتغير المناخ تقييمات منهجية للقابلية للتأثر وخططاً للاستجابة للحوادث.() وتعتمد منظمات كثيرة نظاماً توجيهياً

التحديات في مجال تحليل السلامة الأمنية في الفضاء الإلكتروني

وعلى الرغم من توافر التقنيات المثبتة، تواجه المنظمات عقبات كبيرة في تطبيقها بفعالية على الهياكل الأساسية الحيوية.

الغطاء الأرضي المتطور

ويواصل المخصّصون السيبريون تطوير أدوات وأساليب وإجراءات جديدة، إذ تلجأ الجهات الفاعلة في الدولة، والجماعات الإجرامية في مجال الفدية، والمقرّبون إلى البنية التحتية ذات التطور المتزايد، وتستهدف أساليب الهجوم التي لم تُبحث أثناء تحليلات السلامة الأولية، مثل الحلول التوفيقية المتعلقة بالعرض، والاستغلال في الوقت الحاضر في أوقات الفراغ، أو في حالة التشغيل الآلي للهجوم، مما يجعل افتراضات الخطر القائمة قائمة أمراً متقادماً.

نظم الجراثيم والدين التكنولوجي

ويعتمد جزء كبير من الهياكل الأساسية الحيوية على نظم الرقابة القديمة التي كانت مصممة منذ عقود، مع إيلاء قدر ضئيل من الاهتمام لأمن الفضاء الإلكتروني، وقد تستخدم هذه النظم بروتوكولات الملكية التي لا تحتوي على أي تشفير، ولديها قدرة حاسوبية محدودة على الضوابط الأمنية، وتفتقر إلى آليات تكييف البرامجيات، بل إن إعادة تحليل السلامة والضوابط الأمنية إلى هذه النظم هي تحديات تقنية وتتطلب في كثير من الأحيان عمليات معقدة، مثل إضافة بوابات أو نظم جديدة غير مباشرة.

القيود على الموارد

ويُجري تحليلات شاملة للسلامة - خاصة باستخدام تقنيات متعددة - يُطلب منها توفير موظفين مهرة وزمان وميزانية، ويُعيل العديد من المتعهدين في المرافق والهياكل الأساسية أفرقة هندسية تعمل على إدارة العمليات التي تمددها بالفعل، وتعاني الخبرة في مجال الأمن السيبرى من نقص في الإمدادات، كما أن المعارف المتخصصة اللازمة لتطبيق تقنيات مثل نظام تقييم الأداء على بيئات فوتوغرافية أمر نادر، وقد تتخلف المنظمات الصغيرة عن بذل أدنى قدر من جهود الامتثال بدلاً من اعتماد نهج شامل قائم على السلامة، مما يترك مخاطر كبيرة.

تعقيد التفاعلات الكيميائية الإلكترونية

فالترابط بين المكونات الرقمية والجسدية يخلق سيناريوهات يمكن أن تترتب فيها على الحدث السيبراني البسيط على ما يبدو عواقب مادية شديدة - مثل هجوم توقيتي على سيطرة المولد المتزامنة، وكثيرا ما تفشل النماذج التقليدية لمخاطر تكنولوجيا المعلومات في الاستيلاء على هذه الممتلكات الناشئة، وعلاوة على ذلك، يمكن أن تقوم كيانات متعددة بتشغيل نفس البنية التحتية (مثل الجيل، والإرسال، والتوزيع) مع اختلاف المواقف الأمنية، مما يجعل التحليلات النهائية المعقدة بشكل استثنائي.

العوامل البشرية والثقافة التنظيمية

ولا يكون تحليل السلامة فعالاً إلا بقدر ما تكون الأفرقة التي تقوم به، فالحواجز الثقافية بين المجموعات الهندسية، وإدارات تكنولوجيا المعلومات، والإدارة يمكن أن تعوق تبادل المعلومات واعتماد التوصيات، وبالإضافة إلى ذلك، فإن التحيزات المعرفية - مثل التحيز التفاؤل بشأن احتمال حدوث هجوم ناجح - يمكن أن تؤدي إلى التقليل من المخاطر، ويستلزم التغلب على هذه التحديات الالتزام القيادي، والتدريب المتعدد التخصصات، وثقافة تنظيمية تعالج أمن الفضاء الإلكتروني بوصفه وظيفة أساسية من وظائف السلامة.

الاتجاهات المستقبلية

ويمضي مجال تحليل السلامة في الفضاء الإلكتروني قدما بسرعة، مدفوعا بالتقدم التكنولوجي والدروس المستفادة من حوادث العالم الحقيقي.

Automation and AI —Driven Analysis

ويمكن أن يكون التطبيق اليدوي للتقنيات مثل FMEA أو تحليل شجرات الهجوم مستهلكا للوقت ومعرضا للأخطاء، حيث يمكن أن يؤدي استخدام الأدوات الناشئة إلى توليد رسوم متحركة تلقائيا من بيانات تشكيل النظام، وتحديد أساليب الفشل المحتملة من قواعد بيانات الحوادث التاريخية، وتحديد أولويات إجراءات الإصلاح القائمة على معلومات عن التهديدات في الوقت الحقيقي، ويمكن لتحليل الأمعاء المتطورة أن يحفز فعالية الحواجز في إطار سيناريوهات هجومية مختلفة، بينما لا يحافظ على استبدال نظام آلي مستمر

رصد المخاطر في الوقت الحقيقي

وسينتقل الجيل القادم من تحليل السلامة من التقييمات الثابتة إلى رصد المخاطر الدينامية في الوقت الحقيقي، ومن خلال الجمع بين مقاييس حركة المرور على شبكة أوت، ومتغيرات نظام الدولة (مثلاً، قراءات الاستشعار، وسجلات الإنذار)، وتغذية التهديدات الخارجية، يمكن للمنظمات أن تقارن " النتيجة المخاطرة " التي تتطور مع الظروف، مثلاً، إذا تم الكشف عن وجود اختلال شديد في نموذج متعدد الأطراف يستخدم تلقائياً، فإن النتيجة المحتملة لأي مرفق من هذا القبيل.

تبادل المعلومات عن التهديدات وتحليلات القطاعات

وتتزايد تشكيل قطاعات الهياكل الأساسية الحيوية لمراكز لتبادل المعلومات وتحليلها لتبادل بيانات التهديدات وأفضل الممارسات، حيث تؤدي تحليلات السلامة التعاونية إلى وجود سيناريوهات هجومية متعددة للمرافق يمكن أن تتلاشى عبر الشبكة، وهي مخاطر عامة لا يمكن أن ترىها منظمة واحدة بمفردها، كما أن أشكال البيانات الموحدة ونواتج التحليل المغفلة تتيح وضع موجزات للمخاطر على نطاق القطاعات، وتحسين قدرة جميع المشاركين على التكيف.

التكامل مع التوائم الرقمية

ويمكن للمحللين أن يُجريوا محاكاة هجومية إلكترونية على التوأم الرقمي، وأن يرصدوا عملية النشر المادي - المائي، وأن يقيّموا فعالية الضوابط الوقائية دون المخاطرة بعمليات حقيقية، كما أن التوأم الرقمي ييسر أيضا تطبيق نظام الحماية البيئية عن طريق توفير نماذج مفصلة لثغرات المراقبة والتفاعلات، حيث أن التصميمات الرقمية تصبح أكثر شيوعا في قطاعات الهياكل الأساسية.

التركيز على القدرة على الصمود على الثقة

وكثيرا ما يفترض تحليل السلامة التقليدي أن العناصر ستسير على النحو المقصود ما لم تفشل بشكل عشوائي، وتسلم النموذج الجديد بأن الجهات الفاعلة الخبيثة يمكنها أن تُخضِّض العناصر بصورة نشطة، وستؤكد التقنيات المقبلة على القدرة على التكيف - مع القدرة على التنبؤ بالأحداث السيبرانية الضارة والتعافي منها والتكيف معها، وهذا التحول يعني تصميم نظم يمكن أن تستمر في التشغيل الآمن حتى عندما تتعرض أجزاء من نظام المراقبة للخطر، باستخدام مبادئ مثل نهج التصميم المكثف، وأساليب التحلل المميزة، والقابلية، والقابلية، والتي تُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَت

خاتمة

إن تحليل السلامة الأمنية في الفضاء الإلكتروني ليس اختيارياً بالنسبة للبنية التحتية الحيوية؛ فهو شرط أساسي لحماية الأرواح والممتلكات والاستقرار المجتمعي، إذ أن التقنيات تتراوح بين تحليل المخاطر والقابلية للتأثر إلى نظام الحماية المؤقتة توفر الحزمة المنهجية اللازمة لتحديد المخاطر السيبرانية - الفيزيائية والتخفيف منها، ومع ذلك، فإن فعاليتها تتوقف على الاندماج في دورة الحياة الكاملة للنظام، والتكييف المستمر للتهديدات المتطورة، والاستعداد لمواجهة التحديات التقنية والتنظيمية التي تمضي قدماً في طريق التكتين.