Emulating IED In Cyber Range Reference Scenarios

Abstract

En «Intelligent Electronic Device» (IED) er en programmerbar enhent som er brukt til lesing av verdier og kontroll av det fysiske miljøet i cyber-fysiske systemer. IEDer kan kommunisere med ander systermer og menneske-maskin-grensesnitt. En IED opperere som en bro mellom det fysiske systemet og cyber-systemet. Om en unormal siutasjon oppstår (f.eks. for høy temperatur, for høy fart, eller for stor strøm) kan en IED være programmerbar til å gjøre operasjoner for å unngå ødeleggelse i det fysiske systemet (f.eks. slå av strømtilførselen). En feil på en IED kan medføre stor skade, inkludert fysisk ødeleggelse.

Kritiske infrastrukturer er mål for både cyber og fysiske angrep. Et vellykket angre på en IED kan forårsake systemstopp, fysisk skade og ha store konsekvenser for samfunnet. På grunn av cyber-fysiske infrastrukturers natur er det ofte ikke mulig å gjennomføre trening og sikkerhetstesting i virkelige systemer. Som forsvar mot trusler er det behov for testmiljøer for trening og sikkerhetstesting. Flere testmiljøer med forskjellige karakteristikker er beskrevet og utviklet. Typiske tilnærminger for IED funksjonalitet i testmiljøer er simulering, emulering og bruk av produksjons IEDer.

I denne masteroppgaven er emulerte IED er for bruk i cyber range, trening og testmiljøer utviklet. En modell av et cyber-fysisk system er utviklet og angrep er utviklet og gjennomført mot modellen. Prosjektet demonstrerer utvikling av emulerte IEDer med grunnleggende funksjonalitet på maskinvare med lav pris. De emulerte IEDene er utviklet med mål om at de kan operere i et miljø med andre produksjons enheter, emulerte enheter eller simulerte enheter.

An Intelligent Electronic Device (IED) is a programmable device that is used for measurements and control of the physical environment in a cyber-physical system. IEDs can provide data interconnection to other systems and Human Machine Interface (HMI). An IED operates as a bridge between the physical system and the cyber system. If an abnormal situation occurs (eg. temperature is too high, speed is too fast, current is too high) an IED can be programmed to provide operations to avoid damage on the physical system (eg. shut down the system/power). A failure of an IED’s operation can cause severe damage, including physical damage.

Critical infrastructures are targets for both cyber and physical attacks. A successful attack on an IED can cause system outage, physical damage and severe consequences for the society. Due to the nature of Cyber Physical Infrastructure (CPI) there is not an option to perform training and security testing in real environments. To defend against these threats, testbeds are needed for training and security testing. Several testbeds with different characteristics have been proposed and created. Typical approaches for IED functionality in testbeds are simulation, emulation and use of real IEDs.

In this Master’s thesis emulated IEDs for use in cyber range, training and test environments are developed. A model of a Cyber Physical System (CPS) is developed and attacks are developed and carried out on the model. The project demonstrates the development of emulated IEDs with basic functionality on low cost hardware. The emulated IEDs are designed with the aim that they can interact in an environment with other real, emulated or simulated components.