使用基于AutomationML的工程数据自动识别信息物理生产系统中的安全风险

该原型实现了以下两篇论文中提出的方法：

1. Eckhart, M., Ekelhart, A., & Weippl, E. R. (2020). 使用基于AutomationML的工程数据自动识别安全风险. IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing.
2. Eckhart, M., Ekelhart, A., Biffl S., Lüder A., & Weippl, E. R. (2022). QualSec：面向信息物理生产系统的自动化质量驱动安全风险识别方法. IEEE Transactions on Industrial Informatics.

本质上，它基于AutomationML（AML）工件识别安全风险源（即威胁和漏洞）以及攻击后果的类型。风险识别过程的结果可用于生成信息物理攻击图，该图建模可能导致物理损害的多阶段网络攻击。此外，还识别了影响产品质量的级联效应和攻击后果。

安装

1. 构建AML2OWL

此原型依赖于为ETFA 2019论文《基于双向翻译在AutomationML中解释OWL复杂类》（Hua和Hein撰写，arXiv:1906.04240）而分叉的AML与OWL双向翻译实现。克隆该仓库，编译项目，并组装aml_owl的应用包：

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

2. 设置AMLsec基础目录

克隆此仓库，创建应用基础目录（通常位于用户主目录），并将amlsec-base-dir中的文件以及已组装的AML2OWL JAR（位于aml_owl/target/）放置在该目录中。AMLsec基础目录和AML2OWL JAR的路径必须在配置文件中分别使用键baseDir和amlToOwlProgram进行设置。

3. 设置Apache Jena Fuseki

安装并启动Apache Jena Fuseki：

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

4. 安装LoLA 2（仅适用于QualSec）

如果要运行QualSec，需要安装LoLA - A Low Level Petri Net Analyzer。

5. 构建并运行应用程序

最后，使用sbt构建并启动应用程序。

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

使用-s和-q标志分别运行AMLsec和QualSec。

使用方法

实现的方法利用通过AML库实现的语义信息映射机制。这些AML安全扩展库和AML质量扩展库可以通过导入到AML文件中轻松地在工程项目中重用。

再次强调，如果要执行IEEE TDSC论文中提出的方法原型，请使用-s标志。而-q标志则对应IEEE TII论文中的方法。

该原型的能力已在案例研究中演示（AMLsec，QualSec）。直接运行此原型将生成包含风险识别过程结果的知识库（可通过Fuseki访问）以及案例研究的结果。

此外，如果使用默认案例研究和-s标志运行原型，将创建以下修剪后的信息物理攻击图：

集群

该原型使用Akka框架，能够将风险识别工作负载分布到多个节点上。使用了Akka分布式工作者示例作为模板。

要运行包含多个节点的集群（以-q标志为例）：

1. 启动Cassandra：

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

2. 启动第一个种子节点：

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

3. 启动一个前端节点：

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

4. 启动一个工作节点（第二个参数表示工作者角色数量，例如3）：

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

如果在不同的机器上运行节点，则需要调整配置文件中的Akka设置。

性能评估

在性能评估期间获得的测量结果和日志文件可应要求提供。

如何引用

如果您在研究中使用此原型，请考虑引用我们的IEEE TDSC 2020或IEEE TII 2022论文。欢迎使用论文的BibTeX条目（TDSC，TII）。

致谢

作者感谢Yameng An提供了OntoPLC的初始版本。