دور الحاسوب الفوقي في تعزيز أمن النظم السيبرية - الفيزيائية

Understanding Cyber-physical Systems in Modern Industry

وتمثل النظم الفيزيائية الإلكترونية التكامل الضيق للحواسيب والشبكات والعمليات المادية، حيث ترصد وتتحكم في العالم المادي، مع وجود حلقات تفاعلية تؤثر العمليات المادية على الحواسيب والعكس، ومن الشبكات الذكية والمركبات المستقلة إلى نظم الرصد الطبي والتشغيل الصناعي، كثيرا ما تشكل هذه النظم العمود الفقري للهياكل الأساسية الحيوية.

ومع توسع عمليات نشر أجهزة الأمن المركزية، يصبح الأمن شاغلاً بالغ الأهمية لأن الإخفاقات يمكن أن تكون لها عواقب كارثية - انقطاع القوى، أو حوادث المرور، أو تعرض العلاجات الطبية للخطر، وتقصر النُهج التقليدية لأمن تكنولوجيا المعلومات في بيئات خدمات تكنولوجيا المعلومات بسبب المطالب الفريدة من نوعها بالعمليات في الوقت الحقيقي، والأجهزة المزودة بالموارد، والحاجة إلى ضمان السلوك الضار، ويدخل نموذج أمني مركزي يُظهر تساهلاً يمكن أن يؤخر الاستجابة للتهديدات إلى ما يتجاوز العتبة المقبولة.

ما هو حاسب فوج وكيف يُمكنه أن يُشفى من إدج و كلود؟

والحساب النقابي هو هيكل حاسوبي لا مركزي يُمكن أن يُخزِّن موارد السحابة والأجهزة المادية ويُستخدم فيها في مصادر البيانات وليس بالضرورة في نفس الجهاز، وقد استحدث هذا المصطلح في سيسكو في عام 2014 لمعالجة القيود المفروضة على النماذج السحابية فقط على شبكة الإنترنت للأشياء (IoT) وتطبيقات البرمجيات الكيميائية، خلافاً للحساب السحابي الذي يجري حصراً على أجهزة التحكم في أجهزة التحكم في أجهزة التحكم في النفايات.

وتشمل الخصائص الرئيسية لحوسبة الضباب وجود درجة منخفضة من التساهل (تحت 10 مليمترات)، والتوزيع الجغرافي، ودعم التنقل، والتفاعل في الوقت الحقيقي، ويمكن أن تكون الندوات الفوجية موصلات، ومفاتيح، وخواديم مخصصة، بل وحتى مراكز بيانات صغيرة توضع في نقاط استراتيجية مثل أبراج الخلايا أو فروعها، ومن خلال تجهيز البيانات بالقرب من المصدر، فإن رد فعل الضباب المحسوب يقلل من حجم البيانات المرسلة إلى الغيوم،

How Fog Computing Strengthens Cyber-physical System Security

الحد الأدنى من التعرض

ومن أقوى المزايا الأمنية لحساب الضباب تجهيز البيانات المحلية، وبدلاً من إرسال كل قطعة من بيانات الاستشعار إلى السحابة، فإن عواصم الضباب تعالج عمليات حساسة للخصوصية أو حرجة للوقت محلياً، وفي بيئة تصنيع ذكية، مثلاً، يمكن تحليل القراءات من أجهزة الاستشعار التي تستخدم في الأسلحة الآلية عند عقد المرور العابر لكشف الهالات دون التعرض لشبكات خارجية غير مرخص لها.

خفض قدرة الطوارئ على مواجهة التهديدات

ويمكن أن تُنشر في غضون ثوانٍ من هذا الهجوم على شبكة الكهرباء الأوكرانية لعام 2015، حيث اكتسب المهاجمون إمكانية الوصول عن بعد، وتسببوا في إخفاقات في التكديس خلال دقائق، وكثيراً ما يُحدث تحليل أمني مُقَرَّد بما يكفي من التأخير في إحداث ضرر قبل أن يكون الرد ممكناً، وعندما تُستخدم أجهزة التكفير السحابية في الوقت القريب، لا تسمح بالكشف عن أي حالة شاذة والتخفيف من حلقة المراقبة.

المعمار الموزع يزيل النقاط الوحيدة من الفشل

فبطبيعة حساب الفوج الموزعة، يؤدي بالضرورة إلى تحسين القدرة على التكيف، ففي مركز غيوم، إذا كان الخادم السحابي المركزي خارج الخط بسبب هجوم على نظام رفض الخدمة أو ازدحام الضمادات، فإن كل جهاز متصل يفقد ذكائه الأمني، كما أن النوادي الفوج تعمل شبه مستقلة؛ وحتى إذا كانت الوصلات إلى السحابة مقطوعة، فإن الندوات المحلية لا تزال تقوم بإنفاذ السياسات الأمنية المحددة الأهداف والأحداثبات، والرسوم اللامركزية، وإدارة الرقابة على الوصول في نفس الوقت.

عمليات رصد الوقت الحقيقي وتحليلات الدج لتحديد التهديدات

فالرصد المستمر ضروري لأمن أجهزة تحديد المواقع، ولكن حجم البيانات التي يولدها ملايين أجهزة الاستشعار يجعل التحليل المركزي غير عملي.

تعزيز الخصوصية ونزاهة البيانات من خلال الإنفاذ المحلي

ويمكن للمراكز المعنية بشبكات الفوج أن تُنفّذ ضوابط سلامة البيانات وسياسات الخصوصية على الصعيد المحلي، وفي دائرة الرعاية الصحية التي تربط بين مراقبي المرضى ومضخات القذف والسجلات الصحية الإلكترونية، يمكن لمراكز الضباب أن تشفّر البيانات قبل إرسالها، والتحقق من سلامة كل مجموعة بيانات، وضمان وصول الكيانات المأذون بها فقط إلى المعلومات، وهذا أمر مهم بصفة خاصة عندما يؤدي تعدد أصحاب المصلحة - إلى اختراق البيانات، ومقدمو خدمات التأمين، ومؤسسات البحوث - التفاعل مع نفس نظام مراقبة البيانات.

تحديات التنفيذ وكيفية التصدي لها

تعقيد إدارة الهياكل الأساسية الم Distributed

وتُعدّ نشر وصيانة شبكة من مئات أو آلاف من رموز الضباب أكثر تعقيداً بكثير من إدارة السحابة المركزية. ] تحتاج المنظمات إلى أدوات قوية لإدارة الشغب لمعالجة اكتشاف العقيدات، وتحديث البرامجيات، وإدارة التكوين، والرصد الصحي في الوقت الحقيقي. ] The OpenFog Consortium (now part of Industrial Internet reference structuresortium).

Resource Constraints on Edge and Fog Devices

فالعديد من عُدد الضباب، ولا سيما تلك التي تم نشرها في الطرف الخارجي، لها قدرة محدودة على التجهيز والذاكرة والتخزين، وقد يؤدي أداء مهام أمنية متقدمة مثل التفتيش الكامل على حركة المرور أو الكشف عن الشذوذ القائم على أساس AI إلى إجهاد هذه الموارد، ولتجاوز هذا يمكن للمطورين استخدام التجهيز الهرمي: المواد التخريبية البسيطة التي تُجرى على أجهزة منخفضة المستوى، بينما يجري تحليل معقد على حواسيب ضبابية أكثر قدرة.

عدم التوحيد القياسي وإمكانية التشغيل المتبادل

(ب) إن عدم وجود معايير عالمية لحساب الضباب يجعل من الصعب إدماج الأجهزة من مختلف البائعين، ويمكن أن يشمل الحل الأمني للجهاز المركزي لتحديد المواقع أجهزة استشعار من أحد الصانعين، أو أجهزة ضبابية من أخرى، وخدمات سحابية من جهة ثالثة. يمكن أن تخلق أجهزة التمسك بالأجهزة الأمنية ثغرات لا تساعد البروتوكولات على المواءمة أو حيث تكون أجهزة التشفير مفتوحة([19]).

مهاجمون جدد قدموا من قبل فوج نوديس

While fog computing enhances security in many ways, it also introduces new attack surfaces. Physical tampering with a fog node, side-channel attacks, or exploiting weak authentication in the fog layer can give attackers a foothold inside the network. To reduce risk, fog nodes should be hardened physically and logically: tamper-resistant enclosures, secure boot mechanisms

التطبيقات العالمية الحقيقية لأمن مصادر القدرة على إحداث الاحتراق المعززة

Smart Grids

والشبكة الكهربائية هي جهاز استنشاق كلاسيكي حيث يُحدث بالفعل تأثير أمني للضباب، إذ تُنشر المرافق رموز ضبابية في محطات فرعية لرصد نوعية الطاقة، وكشف أحداث الجزر، وتحديد التدخل الخبيث في نظم الوكالة، وفي مشروع موثق من إدارة الطاقة في الولايات المتحدة، أدى الكشف عن الاقتحام القائم على الضباب إلى تقليص الوقت اللازم لكشف تآكل نسيج حاسوبي محاكاة من عدة دقائق إلى منع حدوث اضطرابات في الثانية.

المركبات المستقلة

ويمكن أن تولد المركبات المرابطة والمستقلة تيرابايت من البيانات يومياً وتحتاج إلى قرارات منقسمة إلى ثانية، ويمكن للوقود التي توضع على مفترقات المرور أو على طول وحدات جانب الطريق أن تجهز رسائل من المركبات إلى البنية التحتية، وتثبت الإشارات الأمنية الحرجة، وتكتشف محاولات التهرب مثل الإنذارات المزيفة بالخطر في حالات الطوارئ، وذلك بتحميل السحابة من أجل أجهزة اتصال قريبة من الضباب، ولا يجوز للمركبات الاعتماد عليها إلا أن تفعل ذلك.

الصناعة

Inelli factories, fog computing supports real-time machine health monitoring and cybersecurity. Manufacturers use fog nodes to filter and analyze data from programmable logical controllers (PLCs) and sensors, immediately flagging deviations from expected behavior that could indicate a malware infection or a cyber-attack like Stuxnet. A 2021 case study in [Factnal

نظم الرعاية الصحية

وتعتمد المستشفيات بشكل متزايد على أجهزة طبية مترابطة - مضخات للدواء، ومضخات التهوية، ومراقبي المرضى - التي تشكل جهازاً طبياً للطب الشرعي.() وتسمح هذه الأجهزة بتلقي تحديثات للسياسة الأمنية محلياً، وتوثيقها مع شبكة المستشفيات دون تواصل مستمر، وتشتيت بيانات المرضى في جانب الأسرة، وخلال وباء COVID-19، استخدمت عدة مراكز طبية أجهزة ضبابية لإدارة عمليات الطاعون في أجهزة الرصد عن بعد، مع ضمان الامتثال.

الاتجاهات المستقبلية: AI, Blockchain, and 5G in Fog Security

AI-driven threat Response at the Edge

ومع نضج الذكاء الاصطناعي، ستتضمن عُقد الضباب نماذج أكثر تطوراً للتعلم الآلي من أجل تحليل التهديدات المتوقعة. Where models-newed learning across distributed fog nodes without sharingخام-will allow systems to learn from attacks seen on one node and share defense knowledge across the entire CPS network without violating privacy. This technique holds promise for large-scale deployments like

Blockchain for Decentralized Trust

ويمكن أن تكمل تكنولوجيا البلوكشاين الضبابية من خلال توفير مقادير مراجعة غير قابلة للتعديل للأحداث الأمنية، وكل إجراء يتخذه رمز ضبابي - سواء كان يلقي عبوة مشبوهة أو يستكمل توقيعاً ثابتاً - يمكن تسجيله على سلسلة من البرمجيات الجاهزة، مما يخلق الشفافية والمساءلة، مما يجعل من الصعب على المهاجم تغطية مساراته، وتعمل عدة أفرقة بحثية على وضع آليات ملائمة لتحقيق التوازن بين الفلفونات والوزن.

5G and Network Slicing for CPS Security

ويدخل تشغيل شبكات من طراز 5G شبكات إلكترونية منعزلة تقطعها عن بعضها البعض لطبقات خدمات مختلفة، ويمكن أن تؤدي وحدات الفوج المدمجة مع 5 جي إلى إنفاذ السياسات الأمنية على أساس كل قطعة، وعلى سبيل المثال، يمكن تخصيص جزء مستقل من نظام تحديد المواقع ذات الأهمية الحاسمة بالنسبة للسيارات ذات الأولوية للتفتيش الأمني، بينما تُستخدم بيانات أقل أهمية في شكل شريحة مختلفة من أشكال التدخل في الموارد، مع الحد الأدنى من القيود الأمنية.

شفرات شفرة الكينتوم - سافي لـ فوغ نوديس

ومع وصول الحواسيب الكمية في نهاية المطاف، ستصبح معايير التشفير الحالية (RSA، ECC) ضعيفة، وينبغي تصميم نماذج الفوج التي يجب أن تعمل لسنوات في الميدان، مع توفير القدرة على التبريد. مؤسسات البحث مثل نظام المعلومات الجغرافية تقوم حاليا بتقييم الأشعة المبكِّرة بعد الكوارث، وينبغي أن تدعم عمليات نشر الضباب في المستقبل دمجها.

الاستنتاج: الطريق إلى أمن النظام المركزي لتحديد المواقع مع نظام حاسبة الفوج

فالحسابات الفوجية ليست رصاصة فضية، ولكنها تشكل لبنة أساسية لتأمين النظم السيبرانية الفيزيائية التي تتطلب استجابات أمنية في الوقت الحقيقي ومرنة ومحلية، ومن خلال تجهيز البيانات بالقرب من المصدر، والقضاء على نقاط الفشل الوحيدة، وتمكين الكشف السريع عن التهديدات عند الحافة، فإن حساب الضباب يعالج الاحتياجات الأمنية الفريدة من نظم المعلومات الكيميائية التي لا يمكن أن تلبيها الهياكل السحابية وحدها، غير أن نجاح الصناعة يتطلب التغلب على التحديات في مجالات التعقد، والقيود على الموارد،

وبما أن دائرة خدمات الأمن العام أصبحت أكثر انتشاراً في المدن الذكية، فإن النقل المستقل وشبكات الطاقة النظيفة، والرعاية الصحية المتقدمة - طبقة الضباب ستتطور إلى نقطة إنفاذ الأمن الأولية. ] [تُنشأُ] المنظمات التي تبدأ في إدماج حوسبة الضباب في هيكلها الأمني في إطار خدمات الأمن في إطار البرنامج العالمي لتحديد المواقع اليوم ستكون مجهزة على نحو أفضل للدفاع عن التهديدات الحالية والهجمات المجهولة للغد.