[論文レビュー] Evaluating the Security of Aircraft Systems

Edan Habler, Ron Bitton+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 8, 2022

Information and Cyber Security被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、航空機システムを標的とするサイバー脅威の包括的で、MITRE ATT&CKに基づく分類体系を提案する。アビオニクス分野（ACD、AISD、PODD、PIESD）における脆弱性をSTRIDEおよび攻撃ライフサイクル段階を用いて分析し、空港間通信、航行、監視システムにおける重要な攻撃表面を特定する。今後の研究分野として、自律システムの強化、サイバー対応における人的要因、航空輸送分野における統合的脅威インテリジェンスプラットフォームの構築を提示し、航空輸送分野のサイバーセキュリティを強化する。

ABSTRACT

The sophistication and complexity of cyber attacks and the variety of targeted platforms have been growing in recent years. Various adversaries are abusing an increasing range of platforms, e.g., enterprise platforms, mobile phones, PCs, transportation systems, and industrial control systems. In recent years, we have witnessed various cyber attacks on transportation systems, including attacks on ports, airports, and trains. It is only a matter of time before transportation systems become a more common target of cyber attackers. Due to the enormous potential damage inherent in attacking vehicles carrying many passengers and the lack of security measures applied in traditional airborne systems, the vulnerability of aircraft systems is one of the most concerning topics in the vehicle security domain. This paper provides a comprehensive review of aircraft systems and components and their various networks, emphasizing the cyber threats they are exposed to and the impact of a cyber attack on these components and networks and the essential capabilities of the aircraft. In addition, we present a comprehensive and in-depth taxonomy that standardizes the knowledge and understanding of cyber security in the avionics field from an adversary's perspective. The taxonomy divides techniques into relevant categories (tactics) reflecting the various phases of the adversarial attack lifecycle and maps existing attacks according to the MITRE ATT&CK methodology. Furthermore, we analyze the security risks among the various systems according to the potential threat actors and categorize the threats based on STRIDE threat model. Future work directions are presented as guidelines for industry and academia.

研究の動機と目的

• 航空機システムにおけるサイバー脅威の標準的で包括的な分類体系が不足していることに対処すること、特に敵の視点から。
• 主要分野（ACD、AISD、PODD、PIESD）における航空機システムのセキュリティ体制を分析し、通信、航行、監視ネットワークにおける重要な脆弱性を同定すること。
• 航空機分野に特化した攻撃ライフサイクルの戦術および技術を対応させるために、MITRE ATT&CKフレームワークを拡張すること。
• STRIDEモデルを用いて脅威を分類し、潜在的脅威行動者とシステムの重要度に基づくリスクを評価すること。
• 自律飛行システムのセキュリティ強化、パイロットのサイバーインcidエントに適切に対応するための研究、および航空業界全体に向けた統合的脅威インテリジェンスプラットフォームの開発を提案すること。

提案手法

• MITRE ATT&CKフレームワークを基盤とし、サイバー攻撃ライフサイクルにわたるアビオニクス特化型の攻撃戦術および技術を拡張した。
• 既存の航空機システムに対する攻撃（例：ADS-Bスプーフィング、ACARSの悪用）を、拡張されたATT&CK分類体系にマッピングし、その適用可能性を検証した。
• STRIDE脅威モデル（すり替え、改ざん、否認、情報漏洩、サービス拒否、特権昇格）を用いて、システム部品ごとに脅威を体系的に分類した。
• ARINC 821に従い、航空機システムを4つのドメインに分類した：航空機制御ドメイン（ACD）、航空会社情報サービスドメイン（AISD）、乗客所有機器ドメイン（PODD）、乗客情報およびエンターテインメントシステムドメイン（PIESD）。
• ネットワークの重複と通信フローをドメインレベルで分析し、高リスク統合ポイントを同定した。
• 航空会社、空港、メーカー間で脅威データを統合・整理・共有できる統合的脅威インテリジェンスプラットフォーム（TIP）を提案した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MITRE ATT&CKフレームワークは、航空機システムおよびそのアビオニクスネットワークに特化したサイバー脅威をモデル化するために、どのように拡張・適応可能か？
• RQ2 ARINC 821で定義された4つの航空機ドメイン（ACD、AISD、PODD、PIESD）における主な脅威ベクトルおよび攻撃表面は何か。それらはどのように関連しているか？
• RQ3 既存のアビオニクスシステムに対するサイバー攻撃（例：ADS-BやACARSに対する攻撃）は、敵の攻撃ライフサイクル段階およびSTRIDE脅威モデルとどのように一致するか？
• RQ4 MCASのような自律飛行制御システムにおける現在の防御メカニズムの主なギャップは何か。それらはどのように是正可能か？
• RQ5 航空輸送エコシステム全体で脅威インテリジェンスを標準化し共有することは、どのようにして予防的防御および状況認識を向上させられるか？

主な発見

• 本論文は、攻撃ライフサイクルにわたる攻撃技術の体系的分類を可能にする、アビオニクスサイバー脅威に特化した分類体系を、MITRE ATT&CKフレームワークを拡張することで成功裏に構築した。
• 航空機システムは、商業用既成品（COTS）のハードウェアおよびソフトウェアを用いた攻撃に対して極めて脆弱であり、ADS-BおよびACARSシステムにおける実世界のエクスプロイトによってそれが裏付けられた。
• STRIDEモデルは、アビオニクス部品にわたる脅威を効果的に分類でき、航行および通信システムにおいて、サービス拒否とすり替え攻撃が特に深刻なリスクであることが明らかになった。
• ACDおよびAISDドメインのネットワークは、飛行制御およびデータ整合性の観点から特に高いリスクを有しており、顕著な重複と統合ポイントが攻撃表面を拡大している。
• 本研究では、フライトクルーにリアルタイムで説明可能なサイバー脅威情報の欠如が深刻なギャップであると特定した。AI駆動のインシデント検知システムによる明確で実行可能なアラート提供の必要性が示された。
• 統合的脅威インテリジェンスプラットフォーム（TIP）は、ステークホルダー間で脅威データを共有する上で不可欠であり、航空輸送分野全体のサイバーセキュリティレジリエンスを顕著に向上させる可能性を有する。