הבנת מערכות סייבר-פיזיות בתעשייה המודרנית

מערכות Cyber-Physal (CPS) מייצגות את השילוב הדוק של חישוב, רשתות ותהליכים פיזיים. Embedded מחשבים ורשתות לפקח על העולם הפיזי, עם לולאות משוב שבו תהליכים פיזיים משפיעים על חישובים ולהיפך. מרשתות חכמות וכלי רכב אוטונומיים ועד מערכות ניטור רפואיות ואוטומציה תעשייתית, CPS יוצר את עמוד השדרה של תשתיות קריטיות.

ככל שפריסות CPS מתרחבות, האבטחה הופכת לדאגה מרכזית מכיוון שלכשלונות יכולות להיות השלכות קטסטרופליות – חומרים מתפזרים, תאונות דרכים או טיפולים רפואיים מסוכנים.גישות אבטחה מסורתיות של IT , הן בשל הדרישות הייחודיות של פעולה בזמן אמת, מכשירים ללא משאבים, ואת הצורך להבטיח התנהגות דטרמיניסטית.מודל אבטחה מרכזי של ענן בלבד מציג שקיפות שיכול לעכב את התגובה מעבר לסף המקובל של ערפל זה הוא משקף אבטחת סייבר.

מהו מחשוב פוג וכיצד הוא מת מצוק וענן?

מחשוב פוג הוא תשתית מחשוב מבוזרת שמגישה אחסון, compute, ו- Networking משאבים בין הענן למכשירים הפיזיים - קרוב למקורות הנתונים, אך לא בהכרח באותו מכשיר.המונח הוצג על ידי סיסקו ב-2014 כדי לטפל במגבלות של מודלים של ענן בלבד עבור Internet of Things (IoT) ו- CPS זמן מחשוב, אשר פועל באופן בלעדי על המכשיר, ממקד שכבת אבטחה ושכבה אמיתית של אבטחה, ללא גישה מרכזית, ללא אבטחה, ואבטחה של אבטחה, ללא פתרון אבטחה, ומערכת אבטחה בינונית, ללא אבטחה בינונית, ללא פתרון אבטחה, ויישומים של אבטחה בינונית.

מאפיינים מרכזיים של מחשוב ערפל כוללים שקיפות נמוכה (בדרך כלל מתחת לגיל 10), הפצה גיאוגרפית, תמיכה ניידות, ואינטראקציה בזמן אמת. ערפל נודס יכול להיות נתבים, מתגים, שרתים ייעודיים, או אפילו מרכזי נתונים קטנים להציב בנקודות אסטרטגיות כגון מגדלי תאים או תת-תאימות. על ידי עיבוד נתונים ליד המקור, ערפל מפחית את כמות הנתונים שנשלחו לענן, רוחב פס נמוך יותר, ומאפשר תגובות אבטחה מהירות יותר.

כיצד מחשוב פוג מחזק אבטחת סייבר-פיזית

עיבוד נתונים מקומי Minimize

אחד היתרונות הביטחוניים החזקים ביותר של מחשוב ערפל הוא עיבוד נתונים מקומי.במקום לשלוח כל פיסת נתונים חיישן לענן, ערפל להתמודד עם פעולות רגישות הפרטיות או קריטיות בזמן באופן מקומי. בסביבת ייצור חכמה, למשל, קריאה מחיישנים רטטים על נשק רובוטי ניתן לנתח בערפל ללא כל ערפל כדי לזהות נורמה ללא הפעלת נתונים גולמיים לרשתות חיצוניות.

צמצום הסובלנות לאיומים מהירים יותר

התקפות סייבר על CPS יכולות להפיץ בתוך מילימטרים - לחשוב על התקפה רשת החשמל של אוקראינה 2015 שבו התוקפים קיבלו גישה מרחוק וגרם לכשלונות מתקפלים בתוך דקות.ניתוח אבטחה מבוסס ענן לעתים קרובות מציג מספיק עיכוב עבור התקפה כדי לגרום נזק לפני תגובה אפשרית. מחסומים קריטיים של מחשוב קרוב-זמן עיבוד מאפשר זיהוי והפחתה של מערכת הגנה על אותה מחזור שליטה, כאשר לא ניתן לזהות ערפל בטוח, או למנוע ערפל חשמלי, או למנוע ערפל חיצוני של המערכת החיסונית, או לא צפוי, או למנוע ערפל, או לחץ דם פוגעני, או לא יכול להיות מושפע באופן בלתי צפוי, או למנוע, או למנוע, או הפרעה, או חסימתוקציה, או חסימתוקציה מזיקה, או הפרעה, או חסימתוקציה, או הפרעה, או הפרעה, או לחץ דם, או הפרעה, או הפרעה באופן קבוע, או הפרעה, ללא הפרעה, או הפרעה, או לחץ דם של המערכת הגנה על ידי לחץ דם של המערכת הגנה על ידי מערכת הגנה לטווח קצר, ללא הפרעה אוטומטית, ללא הפרעה, ללא הפרעה מיידית, ללא הפרעה אוטומטית, או הפרעה, ללא הפרעה, ללא הפרעה, ללא הפרעה מוקדמת של המערכת הגנה לטווח קצר, ללא הפרעה, ללא הפרעה, ללא הפרעה מוקדמת של המערכת הגנה על ידי מערכת הגנה על ידי לחץ דם

אדריכלות מחוסמת מבטלת נקודות בודדות של כישלון

האופי המופץ של מחשוב בצורה טעונה משפר את החוסן.ב-CPS ממוקד ענן, אם שרת הענן המרכזי נכנס למצב לא מקוון בשל התקפה של הכחשה או רוחב פס, כל מכשיר מחובר מאבד את האינטליגנציה הביטחונית שלו.ערפל נודס פועל חצי-אוטומטית; גם אם קישוריות לענן היא חמורה, נקודות מקומיות ממשיכות לאכוף מדיניות אבטחה, אירועים, ולנהל את הגישה המוגברת של מוטציות מרובות, כאשר אין צורך בסכסוכים ביטחוניים, גם כן, ללא צורך בסכסוכים חד-ממים, לא יפריעים לסכסוכים עם מערכת הגנה אחת, לא יפריעים, גם כן, לא יהיו מגבלות אבטחה מרובות, גם כן, כאשר מערכת הגנה אחת, לא תגבילוכות, לא תקשורות, לא תגבילוכות, לא תגבילוכות לסכסוכים חד-מונים, לא תקשורות, גם כן, לא תקשורות, לא תקשורות, לא תקשורות לסכסוכים בין שכבות אבטחה מרובות, לא יהיו ממערכות אבטחה מרובות, לא יהיו מגבלות אבטחה מרובות, לא יהיו מגבלות אבטחה מרובות, כך, כך, כך, כך, גם כן, גם כן, לא יפריעוכות, לא יהיו מגבלות אבטחה, לא יפריעוכות לסכסוכים חד-מסוגרות, אלא גם כן,

מעקב בזמן אמת ו- Edge Analytics לגילוי איומים

ניטור רציף חיוני לאבטחת CPS, אבל נפח הנתונים שנוצר על ידי מיליוני חיישנים הופך את הניתוח המרכזי לא מעשי.ערפל נודס יכול להפעיל מודלים למידת מכונה קלה לזהות דפוסים מעידים על איומים ברשת - רצפי פיקוד לא-חוקיים, גילויים לא-התנהגותיים בחוות סולאריות, או לכבות שיחות במשאות רפואיות.

פרטיות מוגברת ואינטגרליות נתונים באמצעות אכיפת מקומית

ערפל יכול לאכוף בדיקות שלמות נתונים ומדיניות פרטיות ברמה המקומית.ב-CPS של שירותי בריאות המחברים צגים מטופלים, משאבות אינפוזיה, ורשומות בריאות אלקטרוניות, ערפל יכול להצפין נתונים לפני השידור, לאמת את השלמות של כל חבילת נתונים, ולהבטיח רק ישויות מורשה לגשת למידע.זה חשוב במיוחד כאשר בעלי עניין מרובים - תאסולים, ספקי ביטוח, מוסדות מחקר - אינטראקציה עם אותו מידע מאפשר מחשוב חיובי ולהפחית את הקצוות של שליטה גבוהה.

אתגרים וכיצד לטפל בהם

מורכבות בניהול תשתית מחוסמת

פיזור ושימור רשת של מאות או אלפי צמתים מורכבת משמעותית יותר מאשר ניהול ענן מרכזי.FLT:0 Organizations דורש כלי תזוזה חזקים כדי להתמודד עם גילוי ללא מחיקה, עדכוני תוכנה, ניהול תצורה, ו ניטור בריאות בזמן אמת.FLT:1 פתח Fog (כיום חלק של האינטרנט התעשייתי) פרסמו ארכיטקטורות כדי לייעל ערפל, אך אימוץ שיטות הפעלה DevOps כגון מיקרו-קוגניציה יעילה (K) באופן ספציפי.

ארכיון תגיות: Edge and Fog Devices

ערפל רבים, במיוחד אלה שנקבעו בקצה החיצוני, יש כוח עיבוד מוגבל, זיכרון ואחסון. הפעלת פונקציות אבטחה מתקדמות כמו פיקוח תנועה מלא או זיהוי אנומליות מבוסס AI עשוי למתח את המשאבים האלה.כדי להתגבר על זה, מפתחים יכולים להשתמש עיבוד היררכי: פשוט הירריסטים לרוץ על מכשירים נמוכים, בעוד ניתוח מורכב פועל על שרתי ערפל מוכשרים יותר.

חוסר התאמה והתערבות

היעדר תקנים אוניברסליים עבור מחשוב ערפל מקש על שילוב מכשירים מ ספקים שונים.פתרון אבטחה CPS עשוי לכלול חיישנים של יצרן אחד, ערפל נודבן משירותי ענן משליש.FLT:0 צמידים בין-תחומיים יכולים ליצור פערים ביטחוניים שבהם פרוטוקולים אינם מתאימים או היכן אלגוריתמי הצפנה אינם מתאימים.

התקפות חדשות וקטורים חדשים שהוצגו על ידי פוג נדה

בעוד מחשוב ערפל משפר את האבטחה בדרכים רבות, הוא גם מציג משטחים חדשים של התקפה פיזית עם ערפל, התקפות צד-ערוצית, או ניצול אימות חלש בשכבת הערפל יכול לתת תוקפים לחסימה בתוך הרשת.כדי להפחית את הסיכון, נבונים ערפל צריך להיות קשה פיזית ולוגי: תחמוסים עמידים מטושטשים, מנגנונים מאובטחים, אחסון עבור אישורים, פגיעויות ושבריריות רגילה בין ערפל לאטמוספירה לאחר ערפל:

יישום אמיתי בעולם של אבטחת CPS

רשתות חכמות

רשת החשמל היא CPS קלאסית שבה מחשוב ערפל כבר עושה השפעה ביטחונית.Utilities לפרוס צמתים ערפל בתת משנה כדי לפקח על איכות כוח, לזהות אירועים אייים, לזהות הפרעה זדונית עם מערכות SCADA. בפרויקט אחד המתועד על ידי מחלקת האנרגיה של ארה"ב, חדירה מבוססת ערפל הפחיתה את הזמן כדי לזהות מתקפת סייבר מכמה דקות מתחת ל-300 שניות, למנוע ממתחים מקומיים.

רכב אוטונומי

כלי רכב מחוברים ואוטונומיים מייצרים טרה-ביאטים של נתונים ביום ודורשים החלטות מפוצלות שנייה. ערפל צומת תנועה או יחידות צד-כביש יכולים לעבד הודעות מבניות-רכב, לאמת אותות קריטיים-בטיחות, ולזהות ניסיונות של ניתוק- כגון התראות חירום מזויפות או למערכות חירום.

עסקים תעשייתיים וייצור

במפעלים חכמים, מחשוב ערפל תומך ניטור בריאות מכונות בזמן אמת ואבטחת סייבר. יצרנים משתמשים בבלוטות ערפל כדי לסנן ולנתח נתונים מבקרים לוגיים הניתנים לתוכנה (PLCs) וחיישנים, מיד בגליונות הדגל של התנהגות צפויה שיכולה להצביע על זיהום זדוני או מתקפת סייבר כמו Stuxnet. A 2021 מחקר ב-FLT:0Journal of Manufacturing SystemsFLT:1 כיצד לא תיארו ערפל לפירוק של דבש, כמו ערפל, ללא אות בפועל;

מערכות בריאות

בתי חולים מסתמכים יותר ויותר על מכשירים רפואיים מקושרים – משאבות של אי-היתוך, אוורורים, מפקחי מטופלים – המהווים מחשבי CPS. Fog מחשוב המאפשרים למכשירים אלה לקבל עדכונים מדיניות אבטחה באופן מקומי, אותנטיים עם רשת בית החולים ללא תקשורת ענן קבועה, ולהצפין נתונים של מטופלים בצד המיטה. במהלך מגפת COVID-19, כמה מרכזי רפואי השתמשו בערפלים כדי לנהל את הסגת מכשירים מרוחקים תוך הבטחת HIP והגנת התקפות נגד הטרדות רפואיות.

מגמות עתידיות: AI, Blockchain ו 5G ב- Fog Security

תגובה של איומים על צוק

ככל שהאינטליגנציה המלאכותית בוגרת, ערפל יכיל מודלים מתוחכמים יותר של למידת מכונות עבור ניתוח איומים חיזוי. למידה מעובדת - שבו מודלים מאומנים על פני ערפל מבוזר ללא שיתוף נתונים גולמיים - יאפשרו מערכות ללמוד מהתקפות שנראו על צומת אחד ולשתף ידע הגנה על פני כל רשת CPS ללא הפרה של פרטיות.FLT:1 טכניקה זו מחזיקה בהבטחה לפריסות בקנה מידה גדול כמו ערים חכמות למניעת תקלות מרשימות למניעת תקלות.

Blockchain for Decentralized Trust

טכנולוגיית בלוקצ'יין יכולה להשלים מחשוב ערפל על ידי מתן שבילים ביקורתיים בלתי מובנים לאירועים ביטחוניים.כל פעולה המבוצעת על ידי ערפל - בין אם היא מטילה חבילה חשודה או עדכון קושחה - ניתן להקליט על בלוקצ'יין מורשה.זה יוצר שקיפות ואימות, מה שהופך אותו קשה יותר עבור תוקף לכסות את עקבותיהם. כמה צוותי מחקר פועלים על קונצנזוס קל של בלוקצ'יין מתאים למשאבילא מוגבל, ללא מטרות אבטחה, ללא מטרות אבטחה.

5G ורשת Slicing for CPS Security

הגלגל של רשתות 5G מציג רשת של רשת סליקה - אכילת רשתות וירטואליות מבודדות עבור כיתות שירות שונות. Fog nodes משולב עם תחנות בסיס 5G יכול לאכוף מדיניות אבטחה על בסיס כינים.לדוגמה, תנועה CPS קריטיים לעקביות עבור נהיגה אוטונומית יכול להיות להקצות פרוסה נפרדת עם פיקוח אבטחה עדיפות, בעוד פחות קריטי נתונים עובר פרוסה שונה עם אבטחה נמוכה יותר על פני מגזר זה מונעים צלבים לחץ דם מספק לחץ דם מספק על ניהולי אבטחה.

Cryptography for Fog Nodes

עם הגעתם של מחשבים קוונטיים, תקני הצפנה נוכחיים (RSA, ECC) יהיו פגיעים.ערפל נודס, אשר חייב לפעול במשך שנים בתחום, צריך להיות מתוכנן עם קריפטו-אגיות.FLT:0 מוסדות מחקר כמו NIST להעריך כיום אלגוריתמים קריפטוגרפיים לאחר ערפל, ופריסה ערפל עתידי צריך לתמוך באינטגרציה שלהם.

מסקנה: הדרך קדימה עבור Secure CPS עם Fog Computing

מחשוב פוג אינו כדור כסף, אבל זה בלוק בניין קריטי לאבטחת מערכות סייבר-פיזיות הדורשות זיהוי בזמן אמת, החלמה ותשובות אבטחה מקומיות.על ידי עיבוד נתונים ליד המקור, ביטול נקודות בודדות של כישלון, ומאפשרות זיהוי מהיר בקצה, מחשוב ערפל מתייחס לצרכים הביטחוניים הייחודיים של CPS כי ארכיטקטורות ענן בלבד לא יכולות לספק.

כאשר CPS הופך יותר ויותר מתפשט - בערים חכמות, תחבורה אוטונומית, רשתות אנרגיה נקיות, ובריאות מתקדמת - שכבת הערפל תתקדם לנקודת אכיפת הביטחון העיקרית.FLT:0 אורגנים שמתחילים לשלב מחשוב ערפל לתוך ארכיטקטורת אבטחת CPS שלהם היום תהיה מצוידת יותר להגן מפני איומים נוכחיים וההתקפות הלא ידועות של מחר.FevolverLT:1 , המפתח הוא קטן, לבחור שימוש מוגדר היטב וטכנולוגיות בקנה מידה ומוכחות עם קשקשים.