Identificazione Automatizzata dei Rischi di Sicurezza nei Sistemi di Produzione Cyber-Fisici Mediante Dati di Ingegneria Basati su AutomationML

Questo prototipo implementa i metodi presentati nelle seguenti due pubblicazioni:

1. Eckhart, M., Ekelhart, A., & Weippl, E. R. (2020). Automated Security Risk Identification Using AutomationML-Based Engineering Data. IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing.
2. Eckhart, M., Ekelhart, A., Biffl S., Lüder A., & Weippl, E. R. (2022). QualSec: An Automated Quality-Driven Approach for Security Risk Identification in Cyber-Physical Production Systems. IEEE Transactions on Industrial Informatics.

In sostanza, identifica le fonti di rischio per la sicurezza (cioè minacce e vulnerabilità) e i tipi di conseguenze degli attacchi basandosi su artefatti AutomationML (AML). I risultati del processo di identificazione dei rischi possono essere utilizzati per generare grafi di attacco cyber-fisici, che modellano attacchi cyber multi-stadio potenzialmente in grado di causare danni fisici. Inoltre, vengono identificati effetti a cascata e conseguenze di attacchi che influiscono sulla qualità del prodotto.

Installazione

1. Compilare AML2OWL

Questo prototipo dipende da una versione forkata dell'implementazione della traduzione bidirezionale tra AML e OWL per l'articolo di ETFA 2019 "Interpreting OWL Complex Classes in AutomationML based on Bidirectional Translation" di Hua e Hein. Clonare il repository, compilare i progetti e assemblare un bundle dell'applicazione di aml_owl:

$ cd aml_models
$ mvn clean compile install
$ cd ../aml_io
$ mvn clean compile install
$ cd ../aml_owl
$ mvn clean compile install assembly:single

2. Impostare la Directory di Base di AMLsec

Clonare questo repository, creare la directory di base dell'applicazione (solitamente situata nella home directory dell'utente) e posizionare lì i file situati in amlsec-base-dir e il JAR di AML2OWL assemblato (situato in aml_owl/target/). La directory di base di AMLsec e il percorso del JAR di AML2OWL devono essere impostati nel file di configurazione utilizzando rispettivamente le chiavi baseDir e amlToOwlProgram.

3. Impostare Apache Jena Fuseki

Installare e avviare Apache Jena Fuseki:

$ java -jar <path_to_apache-jena-fuseki-X.Y.Z>/fuseki-server.jar --update

4. Installare LoLA 2 (si applica solo a QualSec)

Se si desidera eseguire QualSec, è necessario installare LoLA - A Low Level Petri Net Analyzer.

5. Compilare ed Eseguire l'Applicazione

Infine, compilare e avviare l'app utilizzando sbt.

$ sbt "runMain org.sba_research.worker.Main -q"

Utilizzare i flag -s e -q per eseguire rispettivamente AMLsec e QualSec.

Utilizzo

I metodi implementati utilizzano un meccanismo di mappatura semantica delle informazioni realizzato mediante librerie AML. Queste librerie di estensione della sicurezza AML e librerie di estensione della qualità AML possono essere facilmente riutilizzate in progetti di ingegneria importandole nei file AML.

Ancora, se si desidera eseguire il prototipo del metodo presentato nell'articolo IEEE TDSC, utilizzare il flag -s. Il flag -q, invece, corrisponde al metodo presentato nell'articolo IEEE TII.

Le capacità di questo prototipo sono dimostrate in casi di studio (AMLsec, QualSec). Eseguendo questo prototipo così com'è si otterrà la base di conoscenza (accessibile tramite Fuseki), che include anche i risultati del processo di identificazione dei rischi, e i risultati del caso di studio.

Inoltre, se si esegue il prototipo con il caso di studio predefinito e il flag -s, verrà creato il seguente grafo di attacco cyber-fisico ridotto:

Cluster

Il prototipo utilizza il framework Akka ed è in grado di distribuire il carico di lavoro dell'identificazione dei rischi su più nodi. L'esempio di lavoratori distribuiti Akka è stato utilizzato come modello.

Per eseguire il cluster con più nodi (esempi con flag -q):

1. Avviare Cassandra:

$ sbt "runMain org.sba_research.worker.Main cassandra -q"

2. Avviare il primo nodo seed:

$ sbt "runMain org.sba_research.worker.Main 2551 -q"

3. Avviare un nodo front-end:

$ sbt "runMain org.sba_research.worker.Main 3001 -q"

4. Avviare un nodo worker (il secondo parametro indica il numero di attori worker, ad esempio 3):

$ sbt "runMain org.sba_research.worker.Main 5001 3 -q"

Se si eseguono i nodi su macchine separate, sarà necessario adattare le impostazioni di Akka nel file di configurazione.

Valutazione delle Prestazioni

Le misurazioni e i file di log ottenuti durante la valutazione delle prestazioni sono disponibili su richiesta.

Come Citare

Se si utilizza questo prototipo nella propria ricerca, si prega di considerare la citazione della nostra pubblicazione IEEE TDSC 2020 o IEEE TII 2022. Sentitevi liberi di utilizzare le voci BibTeX dei documenti (TDSC, TII).

Ringraziamenti

Gli autori ringraziano Yameng An per aver fornito la versione iniziale di OntoPLC.