[論文レビュー] ICSrange: A Simulation-based Cyber Range Platform for Industrial Control Systems

Vincenzo Giuliano, Valerio Formicola|arXiv (Cornell University)|Sep 4, 2019

Network Security and Intrusion Detection参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

ICSrange は、産業制御システム（ICS）とエンタープライズネットワークをエミュレートするために商用利用可能な（COTS）技術を用いて構築された、シミュレーションベースのサイバーレーンドプラットフォームであり、サイバー防御戦略の訓練およびテストを可能にする。本プラットフォームは、水タンクを含むシミュレートされた ICS における横方向移動を含む、複数段階の高度持続的脅威（APT）に類似した攻撃をシミュレートすることで、その有効性を示している。

ABSTRACT

Maintenance staff of Industrial Control Systems (ICS) is generally not aware about information technologies, and even less about cyber security problems. The scary impact of cyber attacks in the industrial world calls for tools to train defensive skills and test effective security measures. Cyber range offers this opportunity, but current research is lacking cost-effective solutions verticalized for the industrial domain. This work proposes ICSrange, a simulation-based cyber range platform for Industrial Control Systems. ICSrange adopts Commercial-Off-The-Shelf (COTS) technologies to virtualize an enterprise network connected to Industrial Control Systems. ICSrange is the outcome of a preliminary study intended to investigate challenges and opportunities to build a configurable and extensible cyber range with simulated industrial processes. Literature shows that testbeds based on realistic mock-ups are effectively employed to develop complex exploits like Advanced Persistent Threats (APTs), hence motivating their usage to train and test security in ICS. We prove the effectiveness of ICSrange through the execution of a multi-staged attack that breaches an enterprise network and progressively intrudes a simulated ICS with water tanks. The attack mimics lateral movements as observed in APTs.

研究の動機と目的

• 産業制御システム（ICS）に特化した、費用対効果に優れた、ドメイン特化型のサイバーレーンドプラットフォームが不足しているという問題に対処すること。
• サイバー攻撃の深刻化する脅威と、しばしばサイバーセキュリティへの認識が不足している ICS の保守スタッフとの間のギャップを埋めること。
• 実際の ICS 環境における防御的セキュリティ措置の訓練およびテストを可能にする、設定可能で拡張性のあるシミュレーションプラットフォームの開発。
• 水タンクを含むシミュレートされた ICS における、APT の行動を模倣した現実的で複数段階にわたるサイバー攻撃を通じたプラットフォームの検証。

提案手法

• ICSrange は COTS 技術を活用して、エンタープライズネットワークと産業制御システムの両方を仮想化し、完全なネットワークおよびプロセスのシミュレーションを可能にする。
• 本プラットフォームは、標準的な産業プロトコルを用いてリアルタイム制御動作をモデル化した、具体的には水タンクシステムを含むシミュレートされた産業プロセスを統合している。
• IT インfraストラクチャと ICS OT 環境を接続する、設定可能なネットワークトポロジの作成を可能にする。
• 横方向移動を含む、複数段階のサイバー攻撃の実行を可能にし、高度持続的脅威（APT）の行動をエミュレートする。
• オープンソースのシミュレーションツールを用い、現実的な攻撃チェーンをエミュレートすることで、検知および対応能力のテストを可能にする。
• 本プラットフォームは拡張性を備えており、新たな ICS コンポーネント、攻撃シナリオ、セキュリティ対策の統合が可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 COTS 技術を用いて、産業制御システム（ICS）向けに費用対効果に優れた、シミュレーションベースのサイバーレーンドをどのように設計できるか。
• RQ2 サイバー訓練およびテストのための現実的な ICS 環境をエミュレートするにあたり、主な課題は何か。
• RQ3 シミュレートされた ICS 環境は、訓練目的のために、複数段階の APT に類似した攻撃を効果的に実行できるか。
• RQ4 ICS サイバーレーンドにおいて、横方向移動およびネットワーク進展をどのように現実的にモデル化できるか。
• RQ5 このようなプラットフォームは、高度なサイバー脅威に対する検知および対応を訓練するために、ICS パersonnel にどの程度効果的に支援できるか。

主な発見

• ICSrange は、水タンクプロセスを含む現実的な ICS 環境を効果的にエミュレートしており、サイバーレーンド環境において産業制御動作をシミュレートする可能性を示している。
• 本プラットフォームは、APT に類似した横方向移動を含む、複数段階のサイバー攻撃の実行を可能にしている。
• 攻撃ライフサイクル全体（エンタープライズネットワークにおける初期アクセスから ICS セグメントへの侵入まで）をサポートする。
• COTS 技術の使用により、費用対効果が高く、導入が容易であり、訓練および研究用途で利用可能である。
• 本プラットフォームは、安全で隔離された環境で複雑かつ現実的な攻撃シナリオを観察・対応できるため、有効な訓練ツールであることが立証された。
• 本プラットフォームの拡張性により、新たな ICS プロセスや攻撃ベクトルの統合が可能であり、継続的な研究および訓練ニーズを満たすことができる。