Privacy of Sudden Events in Cyber-Physical Systems
Tid: Må 2021-09-13 kl 16.00
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Licentiand: Rijad Alisic , Reglerteknik
Granskare: Professor Sandip Roy,
Huvudhandledare: Professor Henrik Sandberg, ACCESS Linnaeus Centre, Reglerteknik; Professor Karl H. Johansson, Reglerteknik, ACCESS Linnaeus Centre
Abstract
De senaste åren har cyberanfall mot kritiska infrastructurer varit ett växande problem. Dessa infrastrukturer är särskilt utsatta för cyberanfall, eftersom de uppfyller en nödvändig function för att ett samhälle ska fungera. Detta gör dem till önskvärda mål för en anfallare. Om en kritisk infrastruktur stoppas från att uppfylla sin funktion, då kan det medföra förödande konsekvenser för exempelvis en nations ekonomi, säkerhet eller folkhälsa. Anledningen till att mängden av attacker har ökat beror på att kritiska infrastrukturer har blivit alltmer komplexa eftersom de numera ingår i stora nätverk dör olika typer av cyberkomponenter ingår. Det är just genom dessa cyberkomponenter som en anfallare kan få tillgång till systemet och iscensätta cyberanfall.
I denna avhandling utvecklar vi metoder som kan användas som en första försvarslinje mot cyberanfall på cyberfysiska system (CPS). Vi med att undersöka hur informationsläckor om systemdynamiken kan hjälpa en anfallare att skapa svårupptäckta attacker. Oftast är sådana attacker förödande för CPS, eftersom en anfallare kan tvinga systemet till en bristningsgräns utan att bli upptäcka av operatör vars uppgift är att säkerställa systemets fortsatta funktion. Vi bevisar att en anfallare kan använda relativt små mängder av data för att generera dessa svårupptäckta attacker. Mer specifikt så härleder ett uttryck för den minsta mängd information som krävs för att ett anfall ska vara svårupptäckt, även för fall då en operatör tar till sig metoder för att undersöka om systemet är under attack.
I avhandlingen konstruerar vi försvarsmetoder mot informationsläcker genom Hammersley-Chapman-Robbins olikhet. Med denna olikhet kan vi studera hur informationsläckan kan dämpas genom att injicera brus i datan. Specifikt så undersöker vi hur mycket information om strukturerade insignaler, vilket vi kallar för händelser, till ett dynamiskt system som en anfallare kan extrahera utifrån dess utsignaler. Dessutom kollar vi på hur denna informationsmängd beror på systemdynamiken. Exempelvis så visar vi att ett system med snabb dynamik läcker mer information jämfört med ett långsammare system. Däremot smetas informationen ut över ett längre tidsintervall för långsammare system, vilket leder till att anfallare som börjar tjuvlyssna på ett system långt efter att händelsen har skett kan fortfarande uppskatta den. Dessutom så visar vi jur sensorplaceringen i ett CPS påverkar infromationsläckan. Dessa reultat kan användas för att bistå en operatör att analysera sekretessen i ett CPS.
Vi använder även Hammersley-Chapman-Robbins olikhet för att utveckla försvarslösningar mot informationsläckor som kan användas \textit{online}. Vi föreslår modifieringar till den strukturella insignalen så att systemets befintliga brus utnyttjas bättre för att gömma händelsen. Om operatören har andra mål den försöker uppfylla med styrningen så kan denna metod användas för att styra avvängingen mellan sekretess och operatorns andra mål. Slutligen så visar vi hur en anfallares uppskattning av händelsen förbättras som en funktion av mängden data får tag på. Operatorn kan använda informationen för att ta reda på när anfallaren kan tänka sig vara redo att anfalla systemet, och därefter ändra systemet innan detta sker, vilket gör att anfallarens information inte längre är användbar.