SPD-Safe: security, privacy and dependability management on embedded systems in safety-critical applications

Abstract

Ο προσδιορισμός και η μέτρηση των ιδιοτήτων που παρέχει ένα σύστημα διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην ανάλυση κινδύνου κατά τη διάρκεια των διαδικασιών ανάπτυξης και διαχείρισης. Μεγάλοι οργανισμοί, όπως η NASA και η αυτοκινητοβιομηχανία FORD, εφαρμόζουν τυπικές μεθόδους για να διασφαλίσουν ότι τα παραγόμενα συστήματα πληρούν τις απαιτήσεις σχεδίασης και επιτυγχάνουν τους επιθυμητούς στόχους που είναι κρίσιμης σημασίας για την επίτευξη της αποστολή.Η αποτελεσματικότητα των επιθέσεων στον κυβερνοχώρο αναδεικνύει την ασφάλεια ως κύρια ιδιότητα ενός συστήματος. Η ιδιωτικότητα γίνεται επίσης σημαντική, καθώς τα σύγχρονα συστήματα επεξεργάζονται μεγάλους όγκους προσωπικών δεδομένων. Ωστόσο, η απλή δημιουργία μηχανισμών ασφάλειας και προστασίας της ιδιωτικής ζωής δεν εγγυάται προστασία. Πρέπει επίσης να επαληθευτεί η αξιοπιστία της λύσης. Η διαχείριση της φυσικής ασφάλειας είναι ζωτικής σημασίας, καθώς κάθε περιστατικό μπορεί να οδηγήσει σε πιθανή ζημιά ή ακόμα και σε τραυματισμό.Η αντιμετώπιση του υπολογισμού της συνολικής ασφάλειας, της ιδιωτικότητας, και της αξιοπιστίας (ΑΙΑ) με πρακτικό και συστηματικό τρόπο είναι δύσκολη. Το πρόβλημα δυσκολεύει όταν αντιμετωπίζουμε ένα σύνθετο σύστημα. Στην εποχή της διάχυτης και πανταχού παρουσίας υπολογιστικής, πολλά συστήματα είναι δυναμικά συντεθειμένα, με μεγάλους όγκους ετερογενών ενσωματωμένων και κινητών συσκευών να ανταλλάσσουν πληροφορίες.Αυτή η εργασία εξετάζει θέματα ΑΙΑ και φυσικής ασφάλειας που σχετίζονται με το Διαδίκτυο των Πραγμάτων (ΔτΠ) σε συνεργασία με την Τεχνητή Νοημοσύνη (ΤΝ). Τυπικές μέθοδοι εφαρμόζονται για τη σύνθεση του συστήματος και την επικύρωση του επιπέδου ΑΙΑ στα συστήματα αξιολόγησης. Στη συνέχεια, η διαδικασία ΤΝ μπορεί να διαχειριστεί το σύστημα σε πραγματικό χρόνο για να προστατεύσει το ίδιο το σύστημα και τους χρήστες του περιβάλλοντα χώρου. Για παράδειγμα, μια εφαρμογή έξυπνης πανεπιστημιούπολης μπορεί να βοηθήσει τις συνθήκες διαβίωσης κατά τη διάρκεια της κανονικής λειτουργίας και να καταπολεμήσει τις κυβερνο-επιθέσεις. Σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης, όπως η πυρκαγιά ή ο σεισμός, η ΤΝ διαχειρίζεται τον περιβάλλοντα έξυπνο εξοπλισμό για να βοηθήσει στην έγκαιρη και ασφαλή εκκένωση όλων των ανθρώπων. Σε άλλα σενάρια έξυπνης πόλης, το σύστημα μπορεί να ανιχνεύσει την φυσική παραβίαση της κρίσιμης σιδηροδρομικής υποδομής ή τροχαία ατυχήματα και να ενημερώσει τις εμπλεκόμενες αρχές για τη λήψη μέτρων. Πληροφορίες σχετικά με το περιστατικό και την κατάσταση της υγείας των επιβατών διανέμονται στις αρχές. Ο στόχος είναι να επιτευχθεί γρήγορη ανταπόκριση με τα κατάλληλα μέσα διάσωσης.Τα κύρια επιτεύγματα αυτής της μελέτης περιλαμβάνουν ένα τυπικό πλαίσιο που περιγράφει τις ιδιότητες ΑΙΑ ενός σύνθετου συστήματος και των υποσυστημάτων του και τον τρόπο με τον οποίο αυτά τα χαρακτηριστικά επηρεάζονται από τις αλλαγές στην αρχιτεκτονική δομή. Η εφαρμογή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επαλήθευση της σύνθεσης, την επικύρωση της ασφάλειας, τη σύγκριση των διαφορετικών ρυθμίσεων του συστήματος και την αξιολόγηση των επιπτώσεων μιας αλλαγής σε ένα σύστημα. Επιπλέον, το προτεινόμενο πλαίσιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ενδιάμεσο λογισμικό για την παρακολούθηση και διαχείριση σε πραγματικό χρόνο ενός συστήματος. Από τεχνικής πλευράς, το πλαίσιο διαμορφώνεται ως διαδικασία συλλογιστικής των πρακτόρων JADE και μεταφέρεται στην πλατφόρμα middleware OSGi. Το επίπεδο δικτύου προστατεύεται επιπλέον από ένα καινοτόμο ασφαλές πρωτόκολλο δρομολόγησης βασισμένο σε εμπιστευτικότητα το οποίο παρέχει ενισχυμένη ασφάλεια και επίδοση, ξεπερνώντας τις σημερινές λύσεις. Ελαφριά δομικά στοιχεία κρυπτογραφίας υλοποιήθηκαν σε επίπεδο συσκευής ώστε να εξασφαλιστούν η αυθεντικότητα, η εμπιστευτικότητα, και η ακεραιότητα.Η ανάπτυξη εφαρμόζεται και επιδεικνύεται σε πέντε κύρια σενάρια:•Μια εφαρμογή για έξυπνο σπίτι για την αξιολόγηση και τη διαχείριση ενσωματωμένων συσκευών με δυνατότητες περιβαλλοντικής ευφυΐας για την παροχή βοήθειας στις συνθήκες διαβίωσης.•Ένα σύστημα ΔτΠ για την ανάπτυξη γεωργικών μηχανισμών ακριβείας με ασύρματα δίκτυα αισθητήρων (ΑΔΑ) για την παρακολούθηση των ελαιώνων ή των δασών καθώς και τον εντοπισμό και την αντιμετώπιση των κυβερνο-επιθέσεων.•Μια εφαρμογή έξυπνης πανεπιστημιούπολης για τον σχεδιασμό μετριασμού καταστροφών που διαχειρίζεται τον περιβάλλοντα έξυπνο εξοπλισμό και βοηθά στην έγκαιρη και ασφαλή εκκένωση όλων των εκτοπισμένων σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης, όπως η πυρκαγιά.•Ένα κυβερνο-φυσικό σύστημα (ΚΦΣ) σιδηροδρόμων για έξυπνες μεταφορές με ΑΔΑ στα μέσα μεταφοράς και κατά μήκος της διαδρομής που παρακολουθούν συνεχώς την υποδομή για συμβάντα που σχετίζονται με την φυσική ασφάλεια, παρέχοντας ταυτόχρονα προστασία από επιθέσεις στον κυβερνοχώρο.•Μια διαχείριση στόλου έξυπνων οχημάτων, όπου το σύστημα παρακολουθεί τα υποκείμενα οχήματα κατά το χρόνο εκτέλεσης, προστατεύοντας από επιθέσεις στον κυβερνοχώρο. Το σύστημα μπορεί επίσης να ανιχνεύσει τροχαία ατυχήματα και να ενημερώσει τις εμπλεκόμενες αρχές για την ανάληψη ενεργειών.