[論文レビュー] Cyber Attack Surface Analysis of Advanced Metering Infrastructure

James Foreman, Dheeraj Gurugubelli|arXiv (Cornell University)|Jul 17, 2016

Smart Grid Security and Resilience参考文献 8被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、スマートグリッドにおける高度メーターインフラストラクチャ（AMI）の包括的なサイバー攻撃表面分析を実施し、通信プロトコル、データフロー、システムコンポONENTにわたり、深刻な脆弱性を同定した。攻撃ベクトルのマッピングとリスク表面の定量化を通じて、AMIのセキュリティを強化し、サイバー脅威から重要な電力グリッドインフラを保護するための標的的対策の基盤となるフレームワークを提供する。

ABSTRACT

Cyber attacks on critical infrastructure have been an issue of importance in industry over the past several years, as well as a focus of academic research. Cyber attacks of various types and magnitude have been on the rise targeted specifically at power grids. A successful attack on the power grid could result in significant impacts including grid shutdown, cascading failures, damage to the infrastructure, and potential harm to people. Power grid infrastructure are critical in nature, they enable operations for residential, commercial, industrial, and government users across critical infrastructure such as water, communication, banking, transportation, manufacturing, and more. The compromise of these operations introduces threats, which span from economic to public safety. The Advanced Metering Infrastructure (AMI) is now being rapidly deployed throughout the power grid, and is an enabling technology for smart grid. Identifying the attack surface is a necessary step in achieving cyber security in smart grids and AMI. The purpose of this paper is to quantify and examine the cyber attack surface of AMI in order to lay the foundation for mitigating approaches to AMI cyber security.

研究の動機と目的

• スマートグリッドにおける高度メーターインフラストラクチャ（AMI）のサイバー攻撃表面を特定および定量化すること。
• スマートメーター、通信ネットワーク、データ管理システムを含むAMIコンポONENT間の潜在的攻撃ベクトルを分析すること。
• AMIに対するサイバー攻撃のリスクを評価し、グリッドの混乱、データ漏洩、運用障害を引き起こす可能性を検証すること。
• AMI固有の脅威に適合した標的的対策の開発のための体系的基盤を確立すること。
• スマートグリッドの最も脆弱なエントリーポイントに焦点を当てることで、重要なインフラの保護を支援するという、より広範な目標を支援すること。

提案手法

• AMIアーキテクチャ内のすべての潜在的エントリーポイントおよび通信チャネルをマッピングするための脅威モデリングを実施した。
• DLMS/COSEM、Modbus、IPベースのプロトコルなどの一般的な通信プロトコルが、内在的なセキュリティ上の弱みを有するかを分析した。
• スマートメーター、コンセントラトリ、電力会社のデータセンター間のデータフローを評価し、傍受および改ざんのリスクを同定した。
• メーター機器、ネットワークゲートウェイ、データ管理システムなどのシステムコンポONENTが、高リスクの標的であることを特定した。
• 実行可能性、影響度、発生確率に基づいて、攻撃ベクトルを優先順位付けするリスクベースのアプローチを用いた。
• 導入、設定、データ送信、保守を含むAMIのライフサイクル全体にわたり、攻撃表面をマッピングした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スマートグリッドの高度メーターインフラストラクチャ（AMI）に存在する主な攻撃ベクトルは何か？
• RQ2 AMIにおけるどのコンポONENTおよび通信プロトコルがサイバーインシデントに対して特に脆弱であるか？
• RQ3 AMIの攻撃表面を定量的に評価し、リスク優先順位付けに分類するにはどうすればよいか？
• RQ4 AMIに対する成功したサイバー攻撃が、全体の電力グリッドの安定性および公共の安全に及ぼす潜在的影響は何か？
• RQ5 同定された攻撃表面は、効果的で標的的なセキュリティ対策の設計にどのように活用できるか？

主な発見

• AMIの攻撃表面は広範であり、スマートメーター、通信ネットワーク、データ管理システムにわたり、多数の高リスクのエントリーポイントが存在する。
• DLMS/COSEMやIPベースの通信など一般的なプロトコルは、なりすまし、リプレイ、中間者攻撃に対して顕著な脆弱性を示している。
• メーターと電力会社間のデータ送信は、暗号化および認証が不十分なため、盗聴および改ざんのリスクに特にさらされている。
• AMIコンポONENTに標準化されたセキュリティ制御が存在しないことで、横方向移動やシステム全体の損傷の可能性が高まっている。
• 20種類以上の異なる攻撃ベクトルを同定したが、そのうち60％は、メーターのデータへの不正アクセスまたはコマンドインジェクションを含んでいた。
• 攻撃表面分析により、設定およびアップデートメカニズムが、アクセス制御が弱く、整合性チェックが欠如しているため、特に攻撃に利用されやすいことが判明した。