מערכת העצבים של התעשייה

מערכות בקרה מהוות את עמוד השדרה התפעולי של תשתיות קריטיות ו-mdash; רשתות כוח, צמחים לייצור, מתקני טיפול במים ורשתות תחבורה.מערכות אלה מבצעות מיליוני פקודות מדי יום, החל מפתיחת שסתום כדי לתאם הזרוע הרובוטית.אך ערוצי התקשורת שלהם, שנבנו לפני עשורים עם אבטחה מינימלית, נחשפים יותר ויותר לאיומים מקוונים מתוחכמות יותר.

טכנולוגיית בלוקצ'יין מציעה שינוי פרדיגמטי לאבטחת התקשורת הזו.על ידי הצגת מוביל מבוזר, מלוטש, blockchain מאפשר אמון שבו לא היה קיים קודם לכן. מאמר זה חוקר כיצד blockchain יכול להשתלב בתקשורת מערכת בקרה, את היתרונות שהוא מספק, ואת הצעדים המעשיים יכולים לנקוט היום.We נבחן את הטכנולוגיה הבסיסית, את פרצות ספציפיות שהיא מתייחסת, ואת הדרך לאימוץ בסביבות תעשייתיות.

בעוד blockchain הוא לעתים קרובות קשור cryptocurrencies, היישום שלה מערכות בקרה תעשייתית (ICS) צובר מתח בין ארכיטקטים אבטחה וגופים סטנדרטיים.כאשר הוא מיושם כראוי, הוא מספק tamper-הוכחה, ניהול זהות, ואכיפה אוטומטית של מדיניות תקשורת. מאמר זה מספק מדריך מקיף עבור מהנדסים, IT / OT אבטחה אנשי מקצוע, ומקבלי החלטות להעריך blockchain עבור תקשורת מערכת בקרה מאובטחת.

מהי טכנולוגיית בלוקצ'יין?

[ב] הליבה שלה, blockchain הוא מפיץ המרשם עסקאות ברחבי רשת של מחשבים.כל עסקה נאספת לבלוק, וכל בלוק קשור באופן קריפטוגרפי לשליש הקודם, ויצר שרשרת.לאחר שבלוק נוסף, שינוי זה דורש שליטה יותר ממחצית כוח החישוב של הרשת ו- blockchain; קרוב לאי-אפשרות במערכות מעוצבות היטב.

פיזור מבטל את הנקודה היחידה של כשל במסד נתונים מסורתי.כל משתתף (לאדה) שומר עותק של ה-Moderger, ומנגנוני קונצנזוס כגון הוכחת עבודה (PoW) או הוכחת הרשות (PoA) להבטיח שכל העותקים נשארים מסונכרנים.עבור תקשורת מערכת בקרה, שבו שקיפות וחיזוי הן קריטיות, blockchains מועדפים לעתים קרובות לרשתות אלה להגביל השתתפות לאמת, ומאפשרים ביצועים מהירים יותר אבטחה, תוך שמירה על יעילות טובה יותר, תוך שמירה על יעילות וחיזוי טוב יותר.

שלושה סוגים עיקריים של blockchain קיימים עבור יישומים תעשייתיים:

  • (בקיצור:0) blockchainsigFLT:1 (למשל, Ethereum, Bitcoin): פתוח לכל אחד, מבוזר לחלוטין, אבל איטי יותר אנרגיה-intensive מתאים עבור שבילי ביקורת ציבוריים, לא שליטה בזמן אמת.
  • (FLT:0)Private blockchainsFLT:1: נשלט על ידי ארגון יחיד, המציע ביצועים גבוהים וכבדות נמוכה. שימושי עבור מערכת בקרה פנימית וניהול תצורה.
  • (FLT:0)Consortium (או מורשה) blockchainspherFLT) 1: מנוהל על ידי קבוצה של ישויות מהימן. אידיאלי עבור ריבוי מבנים או רב-אתרי בקרת סביבות שבו יש לחלק את האמון, אך לא ניתן להקריב את הביצועים.

חוזים חכמים & mdash; קוד הפעלה עצמית מאוחסן בלוקצ'יין & mdash; לנסח את התועלת שלו מעבר להקלטה פשוטה. בהקשר של מערכת בקרה, חוזה חכם יכול לאמת באופן אוטומטי את האישורים לפני שחרור פקודה, לאכוף כללים, או פעולות יומן ללא התערבות אנושית.

אתגרים בתחום הבקרה המודרנית

תקשורת מערכת הבקרה התבססה היסטורית על רשתות סגורות ופרוטוקולים קנייניים, המציעה אבטחה באמצעות obscurity.התכנסות טכנולוגיית המידע (IT) ו-Actal Technology (OT) מפולגת את ההנחה הזו.סביבת ICS של היום כוללת רשת מבוססת IP, גישה מרחוק, שילוב ענן וחיישנים של IoT ו-mdash; כל הרחבת פני השטח.

איומים משותפים כוללים:

  • (ב) [ה]: [ה] [ה]] [ה]]], [ה'], [ה']'[ה']'[ה']'[ה]']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']']'[ה']']'[ה']'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']'[ה'[ה']'[ה']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']']'[ה']']']'[ה'[ה'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה']']']'[ה'[ה']'[ה'[ה']'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[
  • (ב) תועדו ב[[1924]]: [[1924]]]] ו[[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]
  • (ב) מנגנוני אימות ואק מאפשרים לתוקפים להוציא פקודות ישירות או להחדיר נתונים של תצורה רגישה.
  • (ב) [ה]: [ה] [ה] [ה]: [ה] [ה], [ה], [ה],] [ה], [ה], [ה]]], [ה], [ה], [ה], [ה], [ה],], [הההההתרשים], או החולקים על ידי החולקים על ידי החולקים על ידי החולקים על ידי החולקים על ידי החולקים על ידי ה[[ה"י"ח"ח"ח"ב"ח].
  • (FLT:0)RansomwareFLT:1: הצפנה של מסדי נתונים של מערכת בקרה או הפרעה של תקשורת ביקורתית יכולה לעצור את הייצור.

אמצעי אבטחה מסורתיים כמו חומות אש, VPNs ורשימות בקרת גישה מספקים הגנה היקפית אבל לא להבטיח את השלמות של כל הודעה.פעם בתוך הרשת, תוקף יכול לעתים קרובות לתמרן נתונים ללא זיהוי. Blockchain מתייחס פער זה על ידי ביצוע כל תקשורת ניתן לבקרה ואמת ברמת ההודעה.

אתגר נוסף הוא נפח ה-ITER של יחידות טרמינל מרוחקות (RTUs) לעיתים קרובות חסר יכולות הצפנה או אימות מודרניות. integrating blockchain חייב להיעשות ללא מפריעה לפעילות ו-mdash; שיקול מרכזי לכל אסטרטגיה הגירה.

כיצד Blockchain מחזקת את מערכת הבקרה

בלוקצ'יין מספק הגנה שכבתית על תקשורת במערכת בקרת מערכת, תוך התייחסות לאמינות המידע ולביטחון הזהות.

תגית: Audit Logs

כל פקודה שנשלחה לבקר, כל חיישן קורא דיווח, וכל אישור יכול להיות מאוחסן כעסקה על הבלוקצ'יין.פעם נרשם, יומני זה לא ניתן לשנות רטרואקטיבית.זה יוצר שרשרת בלתי ניתנת לבירה של משמורת עבור פעולות.אם אירוע בטיחות מתרחש, החוקרים יכולים לעקוב אחר כל פעולה חזרה למקור שלה עם ודאות מוחלטת.

זהות וניהול גישה

בלוקצ'יין יכול לשמש תשתית מפתח ציבורית מבוזרת (PKI) מכשירים, בקרים ומפעילים אנושיים מוקצים זהויות קריפטוגרפיים מאוחסנים על ה-Moderger.כאשר פקודה מופצת, החתימה מאומתת כנגד זהויות אלה. כי רשימת הזהות משותפת בכל הצומתים, שום מסד נתונים אחד לא ניתן להשחית כדי ליצור אישורים.זה מבטלת MITM רבים והתקפות Replay, כמו כל תקשורת היא חתמה ופעמים.

חוזים חכמים לאכיפה אוטומטית

חוזים חכמים יכולים ליישר חוקים תפעוליים.לדוגמה, חוזה יכול לקבוע כי יש לחתום על צו השבתה על ידי מפעיל ומשגיח, או שסתום לא יכול לפתוח אם הלחץ עולה על סף.הבלוקצ'יין מבצע את הכללים האלה באופן אוטומטי, הסרת הסיכון של טעות אנושית או עקף. חוזים חכמים יכולים גם לגרום התראות כאשר אנומליות מזוהה, כגון פקודה ממכשיר לא מורשה.

עמידות באמצעות מיתון

בארכיטקטורה מסורתית, הפחתת מסד הנתונים המרכזי או שרת אימות יחיד יכול להפיל את כל רשת הבקרה.עם blockchain, המוביל משוכפל על פני מספר רב של צמתים.גם אם כמה צמתים נלקחים לא מקוון, הרשת ממשיכה לתפקד, והוראות חדשות ניתן לאמת נגד עותקים ששרדו. חוסן זה בעל ערך מיוחד עבור מערכות שחייבות להישאר מבצעיות במהלך אירוע סייבר.

היתרונות העיקריים של Blockchain אינטגרציה

בעוד שהמאמר המקורי מציג יתרונות כלליים, בדיקה עמוקה יותר מגלה יתרונות מעשיים:

  • (FLT:0Data Integrity at ScaleFLT:1): כל שלמות של החבילה מאומתת באופן קריפטוגרפי, לא רק ב- Network Perimeter אלא מקצה לקצה.זה חשוב במיוחד עבור מערכות המגבילות מתקנים מרובים או כרוכות קבלנים של צד שלישי.
  • (FLT:0) ,Granular AuditabilityFLT:1: עם בלוקצ'יין, ניתן לבדוק לא רק כי פקודה נשלחה, אלא גם מי שלח אותה, כאשר תחת איזו מדיניות אישור, ומה מצב המערכת היה באותו רגע.
  • (FLT:0) ,Reduced Attackve SurfaceFLT:1: על ידי הסרת הצורך עוגן אמון מרכזי (כמו שרת אימות או מנהל מסד נתונים), blockchain מבטל כמה מטרות בעלות ערך גבוה. התוקף חייב להתפשר על מספר רב של נקודות כדי לשנות נתונים.
  • (FLT:0) אי-התערבות ב- VendorsveFLT:1) Blockchain מספק שכבה נפוצה, אמינה לתקשורת בין מכשירים מיצרנים שונים.כל מוכר עדיין יכול להשתמש בפרוטוקולים קנייניים בתוך פנים, אבל הבלוקצ'יין מבטיח אינטראקציות בין-דור.זהו צעד מרכזי לעבר תקני אבטחה בתעשייה.
  • (FLT:0)Simplified Complianceance Relianceance Reliance Reliance Corporation:1) דורש רישום מפורט של כל פעולות השליטה.

ארגונים שטייסו בלוקצ'יין ברשתות הבקרה שלהם מדווחים לא רק על שיפור האבטחה, אלא גם תובנות תפעוליות טובות יותר.החשיפה בזמן אמת לזרימת הפיקוד עוזרת לזהות חוסר יעילות ואופטימיזציה של אסטרטגיות בקרה.

אסטרטגיות יעילות

הגדלת בלוקצ'יין במערכות בקרה מורשת היא תהליך מצטבר.אסטרטגיות הבאות מסייעות למזער את הסיכון ולהמקסם ערך.

התחל עם Blockchain

עבור סביבות תעשייתיות, blockchains מורשים הם הבחירה המעשית היחידה.הם מגבילים אימות לגופים ידועים (למשל, ספקי מערכת בקרה, מפעילי מתקנים, צוותי אבטחה) זה מפחית את הכדאיות ל- מילימטרים, נמנע מעלויות האנרגיה של הוכחה של עבודה, ומבטיח עמידה בתקנות הפרטיות.

המונחים: the Edge

Blockchain Nodes יכול לרוץ על מכשירים קצה או שערות ייעודיות קרוב לבקרים.זה מקטין עיכובים ברשת ומאפשר הפעלה לא מקוונת במהלך הודעות תקשורת. כאשר קישוריות משוחזרת, הבלוקצ'יין מבוסס צוק מכווץ גם את העומס על שרתים מרכזיים.

שימוש במודולים אבטחה קשיחים

כדי להגן על המפתחות ההצפנה המשמשים לחתימה על עסקאות, לשלב מודולים אבטחה קשיחים (HSMs) או מודולים מאובטחים בפלטפורמות (TPMs) זה מונע החילוץ מפתח גם אם המכשיר המארח נפגע.

הגירה פיזית באמצעות פרויקטי טייס

בחר תת-מערכת בלתי-ביקורתית & mdash; כגון רשת ניטור או לולאה שליטה משנית ו-mdash; עבור הטייס הראשון. יישום blockchain רק עבור כניסה בתחילה. לאחר שהטכנולוגיה מוכיחה אמינות, להרחיב אותו כדי לשלוט באישור ובסופו של דבר על תקשורת מלאה.

יישומים אמיתיים

כמה תעשיות כבר בודקות או מפרסמות את blockchain עבור תקשורת מערכת בקרה.

מגזר האנרגיה: רשתות חכמות וצוללות

השימוש בבלוקצ'יין לאבטח תקשורת בין מסרי תת-קרקעי, מכשירי אוטומציה הפצה ומרכזי בקרה.לדוגמה, ה- blockchain:0Eum-based curtailment System of Substation Exducation 1, שפותחו על ידי יומני אוסטרים של כל הפקודות המועלות על מנת להבטיח שאף ישות אחת לא תוכל להתפשר על יציבות הרשת.

ייצור: שרשרת אספקה ובקרה של תהליכים

בייצור דיסקרטי, blockchain עוקב אחר הוכחת רכיבים ורשומות כל שינוי לשטר של מוצרים.לתהליכים רצופים (למשל, צמחים כימיים), חוזים חכמים לאכוף את ההתערבות הבטיחות ולמנוע מפעילי לעקוף פרוטוקולי בטיחות. AnFLT:0IBM מקרה מחקר LT:1 מדגיש כיצד יצרנית רכב גלובלית משתמשת בלוקצ'יין לאבטחת יתר על האוויר כדי להפחית את העדכונים של קושחיקה.

תחבורה: אוטומציה של רכב אוטונומי

כלי רכב אוטונומיים ומערכות תנועה חכמות דורשים תקשורת אמינה מאוד. Blockchain מספק מובל מבוזר עבור הודעות כלי רכב לכל דבר (V2X), מניעת ניצול אותות האור התנועה או שידורי רכב חירום באירופה הוכיחו את זמני האימות של תת- 100ms באמצעות blockchains מורשים.

מים וטיפול במים

כלי מים עירוניים הם פריסת בלוקצ'יין כדי להזין פקודות כימיות וקריאות חיישן.השיא הבלתי-מוטשן מסייע להוכיח עמידה בתקנות סביבתיות וגילוי שינויים בלתי מורשים לפרמטרים של הטיפול.

אתגרים אינטגרציה

למרות היתרונות שלה, אינטגרציה blockchain מתמודדת עם מכשולים אמיתיים שיש לטפל בהם בראש.

  • (FLT:0) שקיפות ו- ThroughputFLT:1: blockchain ציבוריים בדרך כלל מעבדים 10 –100 עסקאות לשנייה (TPS), רחוק מתחת ל-10,000+ TPS הנדרש עבור כמה רשתות בקרה.בלוקצ'יין עם קונצנזוס מותאם אישית (למשל, רפס או PBFT) יכול להשיג 1,000 &ash; 10,000 TPS עם תת-II בחרות זכות עבור הקונצנזוס שלך.
  • (FLT:0) ,ScalabilityFLT:1: ככל שמספר הצמתים גדל, ראש העלייה בסינכרון.טכניקות כמו sharding (החלקה של הנגר לתוך מחיצות) וערוצי off-שרשרת יכולים לעזור.עבור רוב המקרים של מערכת הבקרה, מספר המשתתפים מוגבל (hundreds, לא מיליונים), יכולת ניהולית היא יעילה.
  • (FLT:0) ,Energy Convention FLT:1: הוכחה של עבודה היא בלתי מעשי עבור הגדרות תעשייתיות. השתמש בלוקצ'יין מוכח עם קונצנזוס יעיל באנרגיה (למשל, רפס, PBFT, או איסטנבול BFT).
  • (FLT:0 InteroperabilityFLT:1: פרוטוקולי בקרה קיימים (Modbus, DNP3, OPC UA) אינם תומכים בבלוקצ'יין.יש שכבת ביניים או שער יש צורך לתרגם ביניהם. תקנים כמו FLT:2 blockchain עבור אינטרנט תעשייתי של דבריםFLT 3: 3 (IEC 63341) הם מתעוררים כדי לענות על כך.
  • (FLT:0) רגולציה ומשפטית: בתחומי שיפוט עם חוקי איכות נתונים נוקשים, הדחפור המשוכפל של blockchain עשוי להתנגש.בלוקצ'יין פרטי/מחלוקת בשיתוף מידע יכול לעמוד תוך שמירה על אבטחה.

התייחסות לאתגרים אלה מחייבת שיתוף פעולה הדוק בין מהנדסי בקרה, מומחי אבטחת סייבר ומפתחי blockchain.הדוח של ה- 0IDC בבלוקצ'יין ב-IoT התעשייתי: IoTFLT:1 מספק הדרכה אסטרטגית לארגונים שיוצאים למסע הזה.

עתיד הבלוקצ'יין ב- Control System Security

Blockchain עבור מערכות בקרה עדיין בשלב האימוץ המוקדם שלה, אבל כמה מגמות מצביעות על קבלה רחבה יותר.

Quantum-Resistant Cryptography

ככל שמחשוב קוונטי מתקדם, אלגוריתמים קריפטוגרפיים הנוכחיים עשויים להיות פגיעים.מחקר לבלוקצ'יין שלאחר קוונטי (למשל, חתימות מבוססות לקטייה) מתמשך.מערכת בקרת פריסות צריכות לתכנן עבור גמישות קריפטוגרפית ו-mdash; היכולת לשדרג אלגוריתמים ללא החלפת חומרה.

בינה מלאכותית ושילוב Machine Learning

שילוב blockchain עם AI יוצר מערכות זיהוי רב עוצמה. blockchain מספק מקור נתונים tamper-הוכחה עבור מודלים הכשרה, בעוד AI יכול לזהות דפוסי התקפה עדינים כי כללים סטטיים להחמיץ.לדוגמה, מודל ML ניתוח יומני blockchain עשוי לזהות חדירה איטית של נתונים תצורה.

פרוטוקולים של הצלב-צ'יין

מערכות בקרה עתידיות עשויות להשתמש בבלוקצ'יין מרובים (אחד לכל מתקן, אחד עבור הארגון, אחד עבור הרגולטורים) פרוטוקולי תקשורת של Cross-chain יאפשרו החלפת נתונים בטוחה בין המוליכים הללו, המאפשרת חשיפה מקצה לקצה ללא צורך בשרשרת תקשורת חד-צדדית ומונוליטית אחת.

התעשייה Consortia וסטנדרטים

קבוצות כמו ה-IoT:0 Blockchain ב-IoTFLTRE 1 (IEEE P2418) ו-FLT:2 מהימן של IoT AlliancesFLT 3 מפתחים מסגרות סטנדרטיות.עבודתם תפחית את עלויות האינטגרציה ותאיץ את האימוץ על פני מגזרים ממשלתיים, כולל מחלקת האנרגיה של ארה"ב, הן מטוסי מימון עבור אבטחת רשת.

מסקנה: החל מסקרנות ועד תשתיות קריטיות

בלוקצ'יין היא כבר לא טכנולוגיה ניסיונית של אבטחת המערכת.זהו כלי מעשי, ייצור יקר כדי להבטיח את השלמות, האותנטיות, ואת החוסן של תקשורת מבצעית.ארגונים שמתחילים עם טייסים קטנים, בוחרים בלוקצ'יין, ולטפל במזל ובאחריות ראש הממשלה על ייהנו מיתרונות ביטחוניים משמעותיים.

המסע לתקשורת מערכת בקרה בטוחה הוא דחוף.עם התקפות על תשתיות קריטיות העולה, ההסתמכות על מודלים ביטחוניים מיושנים היא בלתי-אפשרית. Blockchain מציעה נתיב קדימה ומוצהר; אחד שמיישר עם המציאות מבוזרת ומחוברת של מערכות תעשייתיות מודרניות.הזמן להעריך, טייס, ושילוב הוא עכשיו.