[論文レビュー] Towards a Layered Architectural View for Security Analysis in SCADA Systems

Zhendong Ma, Paul Smith+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 16, 2012

Information and Cyber Security参考文献 12被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、SCADAシステムにおける体系的なセキュリティ分析を可能にするために、資産、通信、サービス、組織の4層構造のアーキテクチャビューを提案する。階層的抽象化と視点を用いることで、複雑で大規模なインフラストラクチャ環境において、一貫した脅威モデリング、脆弱性分析、リスク評価を支援する。

ABSTRACT

Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) systems support and control the operation of many critical infrastructures that our society depend on, such as power grids. Since SCADA systems become a target for cyber attacks and the potential impact of a successful attack could lead to disastrous consequences in the physical world, ensuring the security of these systems is of vital importance. A fundamental prerequisite to securing a SCADA system is a clear understanding and a consistent view of its architecture. However, because of the complexity and scale of SCADA systems, this is challenging to acquire. In this paper, we propose a layered architectural view for SCADA systems, which aims at building a common ground among stakeholders and supporting the implementation of security analysis. In order to manage the complexity and scale, we define four interrelated architectural layers, and uses the concept of viewpoints to focus on a subset of the system. We indicate the applicability of our approach in the context of SCADA system security analysis.

研究の動機と目的

• 複雑で大規模なSCADAシステムにおける一貫性のあるアーキテクチャビューの欠如に対処すること。
• SCADAシステムを明確に関連する層に分類することで、体系的なセキュリティ分析を支援すること。
• 脅威および脆弱性評価のためのシステムの懸念事項を分離するアーキテクチャ的視点を通じて、焦点を当てた分析を可能にすること。
• SCADAセキュリティプロセスにおけるステークホルダー間の相互運用性と共通理解を向上させること。
• 将来の形式的メソッドおよび自動化の基盤を築くこと。

提案手法

• 資産、通信、サービス、組織の4層構造のアーキテクチャモデルを提案する。
• 特定のセキュリティタスクに適したシステムのサブセットに焦点を当てるため、アーキテクチャ的視点を用いる。
• 層間の依存関係（例：サービスは通信および物理的インフラに依存する）をモデル化する。
• ペトリネットやレジリエンスパターンのシミュレーションといった形式的手法を用いて攻撃モデリングを支援する。
• アーキテクチャ的属性から導出されたモデル記述言語を活用して、表現の標準化を図る。
• 層を跨ぐシステムコンポONENTの体系的インスタンス化を可能にすることで、シミュレーションおよび形式的分析を支援する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、セキュリティ分析を支援する一貫性のある高レベルのSCADAシステムのアーキテクチャビューを確立できるか？
• RQ2 階層的抽象化と視点は、SCADAシステムの複雑さと規模をどのように管理できるか？
• RQ3 アーキテクチャモデルは、形式的脅威および脆弱性モデリングをどのように支援できるか？
• RQ4 システムの層間依存関係は、どのようにしてキャプチャされ、連鎖的脆弱性の特定に活用できるか？
• RQ5 アーキテクチャフレームワークは、セキュリティプロセスにおける自動化およびツール支援をどのように可能にするか？

主な発見

• 階層的アーキテクチャビューは、資産、通信、サービス、組織の4つの明確な層に分かれた、一貫した抽象化されたフレームワークを提供し、SCADAシステムのモデリングを可能にする。
• 視点により、関係するシステムコンポONENTおよび関係性を分離することで、ステークホルダーに特化した焦点の当たった分析が可能になる。
• アーキテクチャは、ペトリネットやレジリエンスパターンのシミュレーションといった形式的セキュリティモデリング手法を支援する。これは、システムコンポONENTおよび依存関係を体系的に構造化することで実現される。
• 層間の依存関係（例：サービスが通信および物理的インフラに依存する）は、体系的にモデル化され、連鎖的脆弱性の同定に活用できる。
• アーキテクチャ的属性から標準化されたモデル記述言語を導出できるため、モデリングの一貫性が向上する。
• 本アプローチは、とりわけ大規模かつ異種のシステムにおいて、将来のSCADAセキュリティ分析における自動化およびツール支援の基盤を築く。