مروری بر امنیت سیستم های فیزیکی -سایبری

سیستم های فیزیکی-سایبری (CPS) به طور چشم گیری در زندگی روزمره ما ادغام شده اند، از ماشین های خودرو گرفته تا شبکه های هوشمند و اتوماسیون های صنعتی شاهد حضور این سیستم ها هستیم. این سیستم ها که عناصر محاسباتی را با فرآیندهای فیزیکی ترکیب می کنند، مزایای زیادی را ارائه می دهند،  اما در کنار آن آسیب پذیری های امنیتی را نیز در بر میگیرند.

در مطلب زیر قصد آن را داریم تا امنیت CPS را مورد بررسی قرار دهیم.

قبل از ارائه مطلب لازم است که تا حدی با سیستم های فیزیکی سایبری آشنا شویم.
سیستم‌های فیزیکی-سایبری (CPS) دسته‌ای از سیستم‌ها هستند که فناوری‌های محاسباتی و شبکه‌ای را با فرآیندهای فیزیکی ادغام می‌کنند. آنها شامل تعامل اجزای فیزیکی (مانند حسگرها، محرک‌ها و ماشین‌ها) با عناصر محاسباتی (مانند میکروکنترلرها، رایانه‌ها و شبکه‌ها) هستند.

سیستم فیزیکی سایبری (CPS) نسل جدیدی از سیستم‌های دیجیتالی

در واقع میتوان گفت که سیستم فیزیکی سایبری (CPS) نسل جدیدی از سیستم‌های دیجیتالی است که از قابلیت‌های محاسباتی و فیزیکی تشکیل شده است. این سیستم به گونه ای طراحی شده است تا مانند شبکه ای از متغیرهای متعدد با ورودی و خروجی فیزیکی، به جای فناوری مستقل عمل کند. این نوع مفهوم، ارتباط نزدیکی با شبکه های حسگر مانند روباتیک دارد که بر اساس هوش محاسباتی عمل می کنند. این توانایی در تعامل و برقراری ارتباط، با گسترش قابلیت‌های دنیای فیزیکی از طریق محاسبات، گام بزرگی برای فناوری آینده به شمار می آید.

بنابراین، سیستم‌های فیزیکی سایبری ترکیبی پیچیده بین عناصر فیزیکی و محاسباتی را نشان می‌دهند و می‌توانند در بسیاری از زمینه‌ها مانند تولید، هوافضا، خودرو، حمل‌ونقل و غیره یافت شوند.

CPS یا همان سیستم‌های فیزیکی سایبری آینده ما هستند، آینده‌ای در دنیای فیزیکی ماشین‌ها، تجهیزات و دستگاه‌ها که با دنیای مجازی اینترنت یا فضای مجازی شبکه‌شده است. به عنوان مثال می‌توان به استفاده از این سیستم در دستگاه‌های ناوبری اشاره کرد که ابتدا اطلاعاتی درباره راه بندان‌های ترافیکی ارائه می‌دهند و سپس در پروفایل‌های تک تک کاربران جاده ، برای بهبود کیفیت، پیشنهادهای مسیر جایگزین را محاسبه کرده و نشان می دهند.

چالش ها و مسئله امنیتی در سیستم‌های فیزیکی سایبری

در کنار مزایای قابل توجهی که  از نظر کارایی میتوان برای سیستم سایبری-فیزیکی تعریف کرد میتوان به چالش های این سیستم نیز اشاره کرد که در سال های اخیر مورد توجه بسیاری از کاربران و متخصصان این زمینه قرار گرفته است.

CPS ها در برابر مهاجمان مخربی که در شبکه نفوذ می کنند آسیب پذیر هستند. هدف مهاجمان از بین بردن سیستم های فیزیکی با حملات سایبری-فیزیکی است که در آن هدف اصلی ایجاد نقص در سیستم های فیزیکی از راه دور و از طریق شبکه ها می باشد.

حملات سایبری-فیزیکی، سیستم‌های فیزیکی را بی‌ثبات و آنها را تخریب میکنند. تحقیقات گسترده ای در زمینه امنیت حملات برای شناسایی و تضمین ثبات سیستم های فیزیکی تحت حملات سایبری-فیزیکی انجام شده است که در  آن ساختار CPS را با در نظر گرفتن دینامیک فیزیکی، سیستم های محاسباتی و شبکه ها مورد بحث قرار داده است و سپس، یک طبقه بندی از این حملات با سه ویژگی (فضای حمله، مکان حمله، و پنهان کاری) ارائه  شده است. این سه ویژگی نشان دهنده الزامات اجرای حملات CPS است.

در زیر چالش های کلیدی در امنیت CPS را به طور خلاصه مورد بررسی قرار می دهیم

• CPS اغلب شامل شبکه ای از دستگاه ها می شود و آنها را مستعد حملاتی می کند که در سراسر سیستم منتشر می شوند. نقض یک جزء می تواند کل سیستم را نیز به خطر بیندازد.
  
• CPS باید به رویدادهای فیزیکی در زمان واقعی پاسخ دهد و زمان در دسترس بودن برای بررسی ها و پاسخ های امنیتی را محدود کند که این ویژگی می تواند شناسایی و کاهش سریع تهدیدات را دشوار کند.
• CPS معمولاً از اجزای مختلفی تشکیل شده است که هر کدام دارای آسیب‌پذیری‌های امنیتی مخصوص خود هستند. این ناهمگونی می تواند توسعه راه حل های امنیتی جامع را چالش برانگیز کند.
• یک حمله سایبری موفقیت آمیز به یک CPS می تواند عواقب فیزیکی شدیدی مانند آسیب به زیرساخت یا از دست دادن زندگی شخصی را داشته باشد که این امر بر اهمیت حیاتی امنیت CPS تاکید می کند.

نکات قابل توجه در امنیت CPS

• اجزای سخت‌افزاری یک CPS باید با در نظر گرفتن امنیت طراحی شوند و ویژگی‌هایی مانند ماژول‌های امنیتی مبتنی بر سخت‌افزار و طرح‌های مقاوم در برابر دستکاری و حملات را در خود داشته باشند.
• پروتکل های ارتباطی مورد استفاده در CPS باید قوی و مقاوم در برابر حملات باشند زیرا که مکانیسم های رمزگذاری و احراز هویت می توانند به محافظت از داده های منتقل شده بین اجزا کمک کنند.
• نرم‌افزاری که بر روی دستگاه‌های CPS اجرا می‌شود باید به دنبال شیوه‌های ایمن کدگزاری شده باشد و به‌طور منظم برای رفع آسیب‌پذیری‌ها به روز رسانی شود.
• مکانیزم های کنترل دسترسی قوی برای محدود کردن دسترسی غیرمجاز به اجزا و داده های حساس پیاده سازی شود.
• سیستم‌های CPS را برای نشانه‌های رفتار غیرعادی به طور مستمر رصد کرده و سیستم‌های تشخیص نفوذ برای شناسایی و پاسخ به تهدیدات احتمالی مستقر شود.
• یک طرح جامع واکنش به حادثه برای رسیدگی موثر به نقض‌های امنیتی و به حداقل رساندن تأثیر آنها در این سیستم ایجاد شود.

عوامل نوظهور در ایجاد امنیت CPS

• عوامل جدید و نوظهوری وجود دارند که میتوانند حدالامکان در شناسایی ناهنجاری ها و ایجاد امنیت CPS نقش موثری داشته باشند که به آنها اشاره میکنیم:
• هوش مصنوعی که می تواند برای شناسایی ناهنجاری ها در داده های CPS، شناسایی تهدیدات احتمالی و خودکارسازی وظایف امنیتی استفاده شود.
• فناوری بلاک چین راه حل های غیرمتمرکز و ضد دستکاری را برای ذخیره سازی و تأیید داده ها ارائه می دهد که می تواند برای امنیت CPS مفید باشد.
• محاسبات کوانتومی که چالش‌های امنیتی جدیدی ایجاد می‌کند و پتانسیل توسعه الگوریتم‌های رمزنگاری امن‌تر را نیز در بر دارد.

و در نهایت اینکه در کنار اینکه سیستم های فیزیکی-سایبری (CPS) به طور چشم گیری رایج و مورد استفاده هستند، اطمینان از امنیت آنها نیز بسیار مهم میباشد. با پرداختن به چالش‌های کلیدی و اتخاذ تدابیر امنیتی مناسب، می‌توانیم این خطرات را کاهش دهیم و از یکپارچگی این سیستم‌های حیاتی و پایداری آن تا نسل های آینده محافظت نماییم. و امنیت سیستم های فیزیکی-سایبری (CPS) را حدالامکان افزایش دهیم.

منبع: innovate.ieee.org