[論文レビュー] The Future Internet of Things and Security of its Control Systems

Misty Blowers, José Iribarne+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2016

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 14被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、インダストリアル・コントロール・システム（ICS）の未来を、インターネット・オブ・シングス（IoT）に深く統合されたものとして描き、サイバーセキュリティがシステムのアジリティ、モービング・ターゲット防御、サイバー・マンエーバリング、自律的行動に依存すると提案する。IoTベースの制御システムは、混合信頼環境のための新しい設計パラダイムと、予測的・自己保護的運用を可能にするビッグデータ分析の恩恵を受けるだろう。

ABSTRACT

We consider the future cyber security of industrial control systems. As best as we can see, much of this future unfolds in the context of the Internet of Things (IoT). In fact, we envision that all industrial and infrastructure environments, and cyber-physical systems in general, will take the form reminiscent of what today is referred to as the IoT. IoT is envisioned as multitude of heterogeneous devices densely interconnected and communicating with the objective of accomplishing a diverse range of objectives, often collaboratively. One can argue that in the relatively near future, the IoT construct will subsume industrial plants, infrastructures, housing and other systems that today are controlled by ICS and SCADA systems. In the IoT environments, cybersecurity will derive largely from system agility, moving-target defenses, cybermaneuvering, and other autonomous or semi-autonomous behaviors. Cyber security of IoT may also benefit from new design methods for mixed-trusted systems; and from big data analytics -- predictive and autonomous.

研究の動機と目的

• インダストリアル・コントロール・システム（ICS）とインターネット・オブ・シングス（IoT）の将来の統合を検討し、IoTが伝統的なICSおよびSCADA環境を代替すると予測する。
• 重要なインfraストラクチャを制御する、密接に接続された異種のIoTシステムにおける新たなサイバーセキュリティの課題を特定する。
• 伝統的なセキュリティモデルが、将来のIoTベースの制御システムには不十分であり、新たな防御戦略を必要とすることを提唱する。
• システムのアジリティ、サイバー・マンエーバリング、自律的行動が、IoT対応制御システムにおけるレジリエンスをどのように向上させるかを調査する。
• ビッグデータ分析と混合信頼システム設計が、サイバー物理システムにおける予測的・適応的セキュリティを可能にする役割を検討する。

提案手法

• 将来の制御システムが、産業、インfraストラクチャ、住宅分野を横断する多様なデバイスを統合した、異種的かつ密接に接続されたIoTフレームワーク内で動作すると提唱する。
• 攻撃表面を縮小し、攻撃者の不確実性を高めるために、動的にシステム構成を変更するモービング・ターゲット防御戦略を提唱する。
• サイバー・マンエーバリングをコアな防御メカニズムとして導入し、システムが恒常的脅威を回避するために自律的に再構成または移動可能であるようにする。
• システムのアジリティを基盤的セキュリティ特性として強調し、実行時における再構成と適応的行動を通じて脅威への迅速な対応を可能にする。
• 分散されたIoTデバイスからのリアルタイムデータを活用し、予測的脅威検出と自律的対応を実現するため、ビッグデータ分析の活用を提言する。
• 信頼度が異なるコンponentsが共存する安全な混合信頼システムのための新しい設計手法を提言し、アーキテクチャ的隔離と実行時検証によって実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 インダストリアル・コントロール・システムが包括的なインターネット・オブ・シングス（IoT）に統合されることで、重要なインfraストラクチャの脅威環境はどのように変化するか？
• RQ2 システムのアジリティと動的再構成は、サイバー攻撃に対してIoTベースの制御システムのレジリエンスをどのように向上させるか？
• RQ3 モービング・ターゲット防御とサイバー・マンエーバリングを、産業用IoT環境に体系的に適用する方法は何か？
• RQ4 ビッグデータ分析は、大規模かつ異種のIoTシステムにおいて、予測的かつ自律的セキュリティ対応をどのように可能にするか？
• RQ5 将来のIoT制御システムに、信頼度が異なるコンponentsを安全に統合するための、どのようなアーキテクチャ的および設計的原則が必要か？

主な発見

• 本論文は、将来のインダストリアル・コントロール・システムは包括的なIoTと区別がつかないものになると結論づける。すべての重要なインfraストラクチャシステムが、IoTネイティブな環境へ進化すると予想される。
• IoTベースの制御システムにおけるサイバーセキュリティは、静的で境界に依存する防御ではなく、動的で適応的行動、たとえばシステムのアジリティやモービング・ターゲット防御にますます依存するようになる。
• サイバー・マンエーバリング（システムコンponentsの自律的再構成または移動能力）は、恒常的脅威を回避するための主要な戦略として浮上する。
• ビッグデータ分析の統合により、予測的脅威モデリングと自律的対応が可能となり、検出および対策のスピードが著しく向上する。
• 異種で相互接続された、信頼度が異なるデバイスが導入するセキュリティリスクを管理するため、混合信頼システムのための新しい設計アプローチが不可欠である。
• 伝統的なセキュリティモデルは、将来のIoTベースの制御システムには不十分であり、自己適応的でレジリエントなアーキテクチャへのパラダイムシフトが不可欠である。