A WSSL Implementation for Critical CyberPhysical Systems Applications
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | eng |
Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10400.22/23807 |
Resumo: | The advancements in wireless communication technologies have enabled unprecedented pervasiveness and ubiquity of Cyber-Physical Systems (CPS). Such technologies can now empower true Systems-of-Systems (SoS), which cooperate to achieve more complex and efficient functionalities, such as vehicle automation, industry, residential automation, and others. However, for CPS applications to become a reality and fulfill their potential, safety and security must be guaranteed, particularly in critical systems, since they rely heavily on open communication systems, prone to intentional and non-intentional interferences. To address these issues, in this work, we propose designing a Wireless Security and Safety Layer (WSSL) architecture to be implemented in critical CPS applications. WSSL increases the reliability of these critical communications by enabling the detection of communication errors. Otherwise, it increases the CPS security using a message signature process that uniquely identifies the sender. So, this work intends to present the WSSL architecture and its implementation over two different scenarios: over Message Queue Telemetry Transport (MQTT) protocol and inside a simulation environment for communication between Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) and Ground Control Stations in case of Beyond Visual Line of Sight (BVLOS) applications. We aim to prove that the WSSL does not significantly increase the system payload and demonstrate its safety and security resources, allowing it to be used in any general or critical CPS. |
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A WSSL Implementation for Critical CyberPhysical Systems ApplicationsSafetySecurityCyber-Physical SystemsCritical SystemsThe advancements in wireless communication technologies have enabled unprecedented pervasiveness and ubiquity of Cyber-Physical Systems (CPS). Such technologies can now empower true Systems-of-Systems (SoS), which cooperate to achieve more complex and efficient functionalities, such as vehicle automation, industry, residential automation, and others. However, for CPS applications to become a reality and fulfill their potential, safety and security must be guaranteed, particularly in critical systems, since they rely heavily on open communication systems, prone to intentional and non-intentional interferences. To address these issues, in this work, we propose designing a Wireless Security and Safety Layer (WSSL) architecture to be implemented in critical CPS applications. WSSL increases the reliability of these critical communications by enabling the detection of communication errors. Otherwise, it increases the CPS security using a message signature process that uniquely identifies the sender. So, this work intends to present the WSSL architecture and its implementation over two different scenarios: over Message Queue Telemetry Transport (MQTT) protocol and inside a simulation environment for communication between Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) and Ground Control Stations in case of Beyond Visual Line of Sight (BVLOS) applications. We aim to prove that the WSSL does not significantly increase the system payload and demonstrate its safety and security resources, allowing it to be used in any general or critical CPS.Os avanços nas tecnologias de comunicação sem fios permitiram uma omnipresença e ubiquidade sem precedentes dos Sistemas Ciber-Físicos (CPS). CPS são a combinação de um sistema físico, um sistema cibernético, e a sua rede de comunicação. Tais tecnologias podem agora capacitar verdadeiros Sistemas de Sistemas (SoS) que cooperam para alcançar funcionalidades mais complexas e eficientes, tais como automação de veículos, indústria, automação residencial, e outras. As aplicações CPS são baseadas num ambiente complexo, onde sistemas estão interligados e dispositivos interagem entre si em grande escala. Estas circunstâncias aumentam a superfície de ataque, e os desafios para garantir fiabilidade e segurança. Contudo, para que as aplicações CPS se tornem realidade e alcancem o seu potencial, a segurança do funcionamento e segurança contra intrusões devem ser garantidas, particularmente em sistemas críticos, uma vez que dependem fortemente de sistemas de comunicação abertos, propensos a interferências intencionais e não intencionais. Tais interferências podem ocasionar graves danos ao ambiente e riscos a integridade física e moral das pessoas envolvidas. Neste trabalho, propõe-se a concepção de uma arquitectura WSSL, a ser implementada em aplicações críticas de CPS, para abordar estas questões. Esta arquitectura aumenta a fiabilidade das comunicações críticas, permitindo a detecção de erros de comunicação. Além disso, aumenta a segurança dos CPS utilizando um processo de assinatura de mensagem que identifica de forma única o remetente, garantindo a integridade e autenticidade, pilares cruciais da cibersegurança. Assim, pretende-se apresentar a definição, arquitectura e a implementação da WSSL sobre um protocolo MQTT (do inglês Message Queue Telemetry Transport) para avaliação dos custos associados a sua implementação, e provar que esta não aumenta significativamente a carga útil do sistema. Também é pretendido avaliar seu comportamento e custos a partir da implementação em um ambiente simulado para comunicação entre veículos aéreos não tripulados e estações de controle terrestres . Por fim, deve-se avaliar se os seus recursos de segurança são eficientes na detecção de erros relativos a segurança do funcionamento ou a segurança contra intrusões, permitindo a sua utilização em qualquer CPS, seja ele um CPS crítico ou não.Tovar, Eduardo Manuel MedicisRepositório Científico do Instituto Politécnico do PortoRocha, Márcia Cunha2023-10-31T10:26:19Z20232023-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.22/23807TID:203376544enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T01:46:30Zoai:recipp.ipp.pt:10400.22/23807Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:26:14.487918Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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