Nghiên cứu giải pháp nâng cao an toàn thông tin trong hệ thống điều khiển công nghiệp

• Tác giả: Nguyễn Đức Dương
• Người hướng dẫn: TS. Cung Thành Long
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
• Đề tài: Giải Pháp Nâng Cao An Toàn Thông Tin Cho Hệ Thống Điều Khiển Công Nghiệp
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ AN TOÀN THÔNG TIN TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
• 1.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển công nghiệp
• 1.2. Cấp giám sát điều khiển
• 1.3. Cấp điều khiển
• 1.4. Cấp chấp hành
• 1.5. Mạng truyền thông
• 1.6. Vấn đề an toàn thông tin trong hệ thống điều khiển công nghiệp
• 1.7. Một số cuộc tấn công hệ thống điều khiển công nghiệp
• 1.8. Các điểm tấn công
• 1.9. Một số lỗ hổng dễ bị tấn công
• 1.10. Các dạng tấn công điển hình và phân loại
• 1.11. Tấn công từ chối dịch vụ - DoS
• 1.12. Tấn công từ chối dịch vụ phân tán - DDoS
• 1.13. Tấn công tính toàn vẹn
• 1.14. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TẤN CÔNG TUYẾN TÍNH VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN TẤN CÔNG TÍNH TOÀN VẸN DỮ LIỆU
• 2.1. Tổng quan về tấn công tuyến tính
• 2.2. Mô hình đối tượng. Bộ ước lượng từ xa. Chiến lược tấn công tuyến tính
• 2.3. Đánh giá mức độ ảnh hưởng của tấn công tuyến tính lên hệ thống so với một số dạng tấn công khác
• 2.4. Đánh giá mức độ ảnh hưởng của tấn công tuyến tính thông qua hiệp phương sai của sai số ước lượng trong bộ ước lượng từ xa
• 2.5. Kiểm chứng bằng mô phỏng
• 2.6. Phương pháp phát hiện tấn công Kullback - Leibler
• 2.7. Tổng quan một số phương pháp phát hiện tấn công tính toàn vẹn dữ liệu
• 2.8. Phương pháp FSS
• 2.9. Phương pháp CHI-SQUARED
• 2.10. Phương pháp CUSUM
• 2.11. Phương pháp WL CUSUM
• 2.12. Phương pháp FMA
• 2.13. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHÁT HIỆN TẤN CÔNG TUYẾN TÍNH CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP CHI-SQUARED, CUSUM, WL CUSUM, FMA
• 3.1. Đối tượng chịu tác động tấn công
• 3.2. Đối tượng thứ nhất - Khảo sát tác động của tấn công tuyến tính và phương pháp K-L
• 3.3. Đối tượng thứ hai - Khảo sát tác động của tấn công tuyến tính và phương pháp K-L
• 3.4. Kết quả mô phỏng và thảo luận với đối tượng thứ nhất - hệ thống MIMO
• 3.5. Đánh giá khả năng phát hiện tấn công tuyến tính của phương pháp CHI2, CUSUM, WL CUSUM, FMA với đối tượng thứ nhất
• 3.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phát hiện tấn công tuyến tính của phương pháp FMA với đối tượng thứ nhất
• 3.7. Phát hiện tấn công trên đối tượng thứ hai – bình trộn nhiệt
• 3.8. Đánh giá khả năng phát hiện tấn công tuyến tính của phương pháp CHI2, CUSUM, WL CUSUM, FMA với hệ thống bình trộn nhiệt
• 3.9. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phát hiện tấn công tuyến tính của phương pháp FMA với hệ thống bình trộn nhiệt
• 3.10. Khảo sát khoảng ngưỡng phát hiện tấn công tuyến tính của một số phương pháp
• 3.11. Khảo sát khoảng ngưỡng phát hiện tấn công tuyến tính trên đối tượng thứ hai - bình trộn nhiệt
• 3.12. Khảo sát khoảng ngưỡng phát hiện tấn công tuyến tính trên đối tượng thứ nhất
• 3.13. Tổng kết chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU, ÁP DỤNG KỸ THUẬT HỌC MÁY NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG NHẬN DẠNG XÂM NHẬP, TẤN CÔNG TÍNH TOÀN VẸN DỮ LIỆU VÀO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
• 4.1. Bộ dữ liệu Đường ống dẫn khí của Turnipseed
• 4.2. Tổng quan một số kỹ thuật học máy
• 4.3. Các tiêu chí đánh giá
• 4.4. Một số mô hình phân lớp điển hình
• 4.5. Một số mô hình phân lớp sử dụng kiến trúc mạng nơ ron
• 4.6. Phát hiện tấn công trong hệ thống điều khiển công nghiệp sử dụng bộ dữ liệu Đường ống dẫn khí Turnipseed và mạng nơ ron
• 4.7. Kiến trúc mô hình stacking với các mạng nơ ron
• 4.8. Mô hình nhận dạng với các mạng nơ ron
• 4.9. Kết quả dự đoán với các mạng nơ ron
• 4.10. Phát hiện tấn công trong hệ thống điều khiển công nghiệp sử dụng bộ dữ liệu đường ống dẫn khí Turnipseed và kỹ thuật học máy cơ bản
• 4.11. Kiến trúc mô hình stacking áp dụng kỹ thuật học máy cơ bản
• 4.12. Mô hình nhận dạng áp dụng kỹ thuật học máy cơ bản
• 4.13. Kết quả dự đoán áp dụng kỹ thuật học máy cơ bản
• 4.14. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

I. Tổng quan về an toàn thông tin trong hệ thống điều khiển công nghiệp

An toàn thông tin trong hệ thống điều khiển công nghiệp là một vấn đề quan trọng, bao gồm việc bảo vệ dữ liệu và hệ thống khỏi các mối đe dọa. Các hệ thống này thường được sử dụng để giám sát và điều khiển các quy trình công nghiệp, do đó, việc đảm bảo an toàn thông tin là cần thiết để duy trì tính khả dụng và tính toàn vẹn của hệ thống. Các mục tiêu chính của giải pháp bảo mật bao gồm đảm bảo tính bí mật, tính nguyên vẹn và tính khả dụng của dữ liệu. Việc phát hiện và ngăn chặn các cuộc tấn công là rất quan trọng để bảo vệ hệ thống khỏi các mối đe dọa từ bên ngoài và bên trong. Theo một nghiên cứu, các cuộc tấn công vào hệ thống điều khiển công nghiệp có thể gây ra thiệt hại lớn về tài chính và an toàn. Do đó, việc nâng cao quản lý rủi ro và phát triển các phương pháp phát hiện tấn công là rất cần thiết.

1.1. Các loại tấn công trong hệ thống điều khiển công nghiệp

Các cuộc tấn công vào hệ thống điều khiển công nghiệp có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau, bao gồm tấn công từ chối dịch vụ (DoS), tấn công từ chối dịch vụ phân tán (DDoS), và các tấn công nhằm vào tính toàn vẹn của dữ liệu. Những tấn công này có thể làm gián đoạn hoạt động của hệ thống, gây ra thiệt hại về tài sản và an toàn. Việc phát hiện sớm các cuộc tấn công này là rất quan trọng để giảm thiểu thiệt hại. Các phương pháp phát hiện tấn công như mã hóa dữ liệu, giám sát hệ thống, và phân tích an ninh có thể giúp phát hiện và ngăn chặn các cuộc tấn công trước khi chúng gây ra thiệt hại nghiêm trọng.

II. Giải pháp nâng cao an toàn thông tin

Để nâng cao an toàn thông tin trong hệ thống điều khiển công nghiệp, cần áp dụng một loạt các giải pháp bảo mật. Đầu tiên, việc mã hóa dữ liệu là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để bảo vệ thông tin nhạy cảm. Mã hóa giúp đảm bảo rằng chỉ những người có quyền truy cập mới có thể đọc dữ liệu. Thứ hai, việc kiểm soát truy cập là rất quan trọng. Cần thiết lập các chính sách kiểm soát truy cập nghiêm ngặt để đảm bảo rằng chỉ những người có thẩm quyền mới có thể truy cập vào hệ thống. Thứ ba, việc đào tạo nhân viên về an toàn thông tin cũng rất cần thiết. Nhân viên cần được trang bị kiến thức về các mối đe dọa và cách phòng ngừa để giảm thiểu rủi ro. Cuối cùng, việc giám sát hệ thống liên tục và phân tích các hoạt động bất thường có thể giúp phát hiện sớm các cuộc tấn công và ngăn chặn chúng kịp thời.

2.1. Đào tạo nhân viên và nâng cao nhận thức

Đào tạo nhân viên về an toàn thông tin là một phần quan trọng trong việc bảo vệ hệ thống điều khiển công nghiệp. Nhân viên cần hiểu rõ về các mối đe dọa và cách thức hoạt động của các cuộc tấn công. Việc tổ chức các khóa đào tạo định kỳ và các buổi hội thảo về an toàn thông tin sẽ giúp nâng cao nhận thức và kỹ năng của nhân viên. Ngoài ra, việc khuyến khích nhân viên báo cáo các sự cố an ninh cũng rất quan trọng để kịp thời xử lý và giảm thiểu thiệt hại. Một nghiên cứu cho thấy rằng, các tổ chức có chương trình đào tạo an toàn thông tin hiệu quả thường có tỷ lệ tấn công thành công thấp hơn.

III. Phân tích và đánh giá hiệu quả của các giải pháp

Việc phân tích và đánh giá hiệu quả của các giải pháp bảo mật là rất cần thiết để đảm bảo rằng các biện pháp được áp dụng đang hoạt động hiệu quả. Các chỉ số như tỷ lệ phát hiện tấn công, thời gian phản ứng và số lượng sự cố an ninh có thể được sử dụng để đánh giá hiệu quả. Ngoài ra, việc thực hiện các bài kiểm tra xâm nhập định kỳ có thể giúp xác định các lỗ hổng trong hệ thống và cải thiện các biện pháp bảo mật. Một nghiên cứu cho thấy rằng, các tổ chức thường xuyên thực hiện kiểm tra xâm nhập có khả năng phát hiện và khắc phục các lỗ hổng an ninh nhanh hơn. Điều này không chỉ giúp bảo vệ hệ thống điều khiển công nghiệp mà còn nâng cao quản lý rủi ro tổng thể của tổ chức.

3.1. Đánh giá hiệu quả của các phương pháp phát hiện tấn công

Đánh giá hiệu quả của các phương pháp phát hiện tấn công là rất quan trọng để đảm bảo rằng các biện pháp bảo mật đang hoạt động hiệu quả. Các phương pháp như phân tích an ninh, giám sát hệ thống, và mã hóa dữ liệu cần được đánh giá thường xuyên. Việc sử dụng các công cụ phân tích và giám sát có thể giúp phát hiện các hoạt động bất thường và ngăn chặn các cuộc tấn công trước khi chúng gây ra thiệt hại. Một nghiên cứu cho thấy rằng, việc áp dụng các phương pháp phát hiện tấn công hiệu quả có thể giảm thiểu thiệt hại do các cuộc tấn công gây ra và nâng cao an toàn thông tin trong hệ thống điều khiển công nghiệp.