ارزیابی و بهبود امنیت سایبری در سیستم های کنترل صنعتی با رویکرد تحلیل آسیب پذیری و شبیه سازی حملات

سیستم های کنترل صنعتی (ICS) نقش محوری در زیرساخت های حیاتی کشور شامل انرژی، آب، حمل و نقل و تولید دارند. در سال های اخیر با افزایش اتصال این سیستم ها به شبکه های کامپیوتری و اینترنت، میزان آسیب پذیری های امنیتی آن ها به طور چشمگیری افزایش یافته است. این مقاله یک رویکرد جامع برای ارزیابی و بهبود امنیت سایبری در سیستم های کنترل صنعتی با استفاده از تحلیل آسیب پذیری و شبیه سازی حملات ارائه می دهد. در این پژوهش، یک چارچوب ارزیابی امنیتی پنج مرحله ای طراحی شده است که شامل: (۱) مدل سازی تهدیدات، (۲) شناسایی آسیب پذیری ها، (۳) شبیه سازی حملات، (۴) ارزیابی ریسک و (۵) اقدامات کاهشی می باشد. به منظور ارزیابی کارآیی چارچوب پیشنهادی، یک محیط آزمایشگاهی شامل سیستم اسکادای صنعتی، کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر (PLC)، شبکه میانی و سیستم های نظارتی طراحی و پیاده سازی شد. با استفاده از این محیط آزمایشگاهی، ۱۵ سناریوی حمله مختلف در سه دسته حملات مبتنی بر شبکه، حملات مبتنی بر میان افزار و حملات مبتنی بر فرآیند شبیه سازی و اجرا گردید. نتایج نشان می دهد که سیستم های کنترل صنعتی به ویژه در لایه های ارتباطی دارای آسیب پذیری های جدی هستند و پروتکل های صنعتی مانند Modbus، DNP۳ و OPC UA فاقد سازوکارهای امنیتی کافی می باشند. همچنین مشخص گردید که ۳۸ درصد از حملات شبیه سازی شده می توانند منجر به اختلال در فرآیندهای صنعتی شوند و ۴۵ درصد آن ها با استفاده از اعتبارسنجی ورودی و رمزنگاری مناسب قابل پیشگیری هستند. بر اساس نتایج به دست آمده، یک معماری امنیتی چندلایه شامل راهکارهای دفاع در عمق، جداسازی شبکه، پایش رفتار و سیستم تشخیص نفوذ مبتنی بر آنومالی برای سیستم های کنترل صنعتی پیشنهاد شده است. ارزیابی های انجام شده نشان می دهد که راهکارهای پیشنهادی موجب کاهش ۶۳ درصدی سطح آسیب پذیری های سیستم های کنترل صنعتی و افزایش ۷۸ درصدی نرخ تشخیص حملات می گردد.

کلیدواژه ها:

امنیت سایبری صنعتی ، سیستم های کنترل صنعتی ، ارزیابی آسیب پذیری ، شبیه سازی حملات ، اسکادا ، ICS ، SCADA ، PLC ، دفاع در عمق ، تشخیص ناهنجاری