Sisteme ciber-fizice în aplicații militare

Sisteme ciber-fizice în aplicații militare: integrarea proceselor de calcul, rețele și fizice pentru un avantaj strategic

Sistemele Cyber-Fizice (CPS) reprezintă vârful tehnologiei militare, unde algoritmii de calcul și componentele fizice profund integrate creează sisteme adaptive, inteligente și în rețea. În domeniul aerospațial și al apărării, CPS oferă capacități fără precedent în ceea ce privește autonomie, reziliență și optimizare a performanței. Acest ghid examinează modul în care principiile CPS transformă platformele prin integrarea strânsă a componentelor inteligente, cum ar fi senzorii de aviație , releele inteligente pentru aviație militară și dispozitivele de acționare în rețea. Pentru managerii de achiziții care caută motoare de avioane de ultimă generație, roiuri UAV autonome și avioane avansate, înțelegerea CPS este esențială pentru evaluarea adevăratei capacități și securitate a sistemelor pe care le ajută la construirea.

Dinamica industriei: convergența IT, OT și ET în platformele militare

Separarea tradițională dintre Tehnologia Informației (IT), Tehnologia Operațională (OT) precum controalele industriale și Tehnologia Ingineriei (ET) precum avionica se dizolvă. Platformele militare moderne sunt sisteme-de-sisteme convergente în care un computer de control al zborului (IT/ET) poate reconfigura dinamic distribuția energiei prin intermediul contactoarelor de avioane inteligente (OT) bazate pe analiza în timp real a amenințărilor și pe datele de sănătate ale componentelor de la senzorii de aviație . Această convergență, deși puternică, creează interdependențe complexe și o suprafață de atac foarte extinsă, făcând din securitate o constrângere de proiectare de ordinul întâi, nu un supliment.

Tehnologiile CPS de bază și impactul lor militar

Mai multe tehnologii cheie formează blocurile de bază ale CPS militare:

• Rețea în timp real și rețea sensibilă la timp (TSN): protocoale de comunicare deterministe, cu latență scăzută, care asigură că datele senzorilor și comenzile de control sunt livrate în ferestre de timp stricte, esențiale pentru buclele de control al zborului și coordonarea sistemului de arme.
• Inteligenta integrata si Edge Computing: Plasarea puterii de procesare direct pe sau in apropierea componentelor fizice. De exemplu, un contor de aviație inteligent pentru dronă poate analiza local calitatea energiei și poate elimina în mod autonom sarcinile necritice pentru a proteja un generator defect, acționând ca un nod rezistent în CPS.
• Gemeni digitali și inginerie bazată pe modele: replici virtuale de înaltă fidelitate ale activelor fizice (cum ar fi un motor sau un tren întreg) care rulează în paralel cu sistemul real. Acestea sunt folosite pentru simulare, întreținere predictivă și chiar analiză în timp real „ce ar fi dacă” pentru a optimiza performanța sau a atenua daunele.
• Arhitecturi de sistem sigure și rezistente: proiecte care presupun compromisuri, încorporând caracteristici precum redundanța, diversitatea și degradarea grațioasă . Un sistem de distribuție a energiei bazat pe CPS poate folosi mai multe mărci inteligente de siguranțe aviatice și relee pentru a preveni o singură vulnerabilitate să dezactiveze întreaga rețea.

Priorități de achiziții: 5 preocupări cheie CPS de la cumpărătorii ruși și CSI de apărare

Atunci când achiziționează programe centrate pe CPS, cumpărătorii aplică o evaluare riguroasă, holistică a riscurilor, axată pe suveranitate și supraviețuire:

1. Asigurarea securității sistemului end-to-end și încrederea în lanțul de aprovizionare: aceasta este preocuparea primordială. Cumpărătorii cer dovezi ale unei abordări de securitate prin proiectare conform standardelor precum ISO/SAE 21434 (vehicule rutiere) și ingineria de securitate a sistemelor NIST SP 800-160 . Acestea necesită transparență totală în lista de materiale software (SBOM) și lista de materiale hardware (HBOM) pentru toate componentele, până la nivelul cipului, pentru a evalua dependența externă și riscurile de vulnerabilitate.
2. Securitate funcțională și co-inginerie de securitate (FUSA/FSCE): dovedește că siguranța (conform ARP4754A, DO-178C, DO-254 ) și securitatea cibernetică (conform DO-326A/ED-202A ) au fost proiectate în comun de la început. O defecțiune a protecției cibernetice a unui Contactor de aviație militară nu trebuie să creeze o stare fizică nesigură și invers.
3. Reziliență la războiul electronic (EW) și mediile refuzate/degradate: CPS trebuie să funcționeze în spectre EM contestate. Componentele trebuie să fie întărite împotriva bruiajului, falsării și impulsurilor electromagnetice. Sistemele trebuie să aibă moduri de rezervă care să permită funcțiilor fizice esențiale (cum ar fi funcționarea motorului) să continue, chiar dacă rețeaua sau computerul central este degradat.
4. Suveranitatea datelor, controlul on-premise și standardele criptografice naționale: control absolut asupra datelor operaționale și software-ului de sistem. Preferința pentru soluțiile care pot rula pe rețele suverane, cu întreruperi sau strâns controlate . Utilizarea modulelor și algoritmilor criptografici certificate sau dezvoltate la nivel național este adesea obligatorie, mai degrabă decât dependența de standarde străine (de exemplu, AES, SHA-2).
5. Suport pentru ciclul de viață și securitatea actualizării prin aer (OTA): un proces riguros, asigurat criptografic pentru actualizarea firmware-ului/software-ului pe parcursul ciclului de viață CPS. Acest proces trebuie să împiedice revenirea la versiunile vulnerabile, să autentifice impecabil sursele de actualizare și să aibă mecanisme de recuperare după o actualizare eșuată fără a bloca o componentă critică, cum ar fi un controler de motor de aviație de înaltă calitate .

Rolul YM în dezvoltarea elementelor de bază ale CPS de încredere

Ne poziționăm ca furnizor de componente fizice sigure, inteligente și conectabile — stratul „fizic” de încredere al CPS. Amploarea și facilitățile noastre din fabrică includ laboratoare de dezvoltare securizate unde proiectăm și testăm firmware-ul încorporat pentru produsele noastre inteligente. Producem componente precum module de senzori cu module de securitate hardware (HSM) și relee de aviație militară cu firmware semnat și interfețe de comunicație sigure, asigurându-ne că pot fi integrate într-un CPS mai mare fără a deveni veriga cea mai slabă.

Această atenție este condusă de echipa noastră de cercetare și dezvoltare și de inovație în sistemele încorporate securizate. Echipa noastră include specialiști în criptografie și siguranță funcțională care dezvoltă arhitecturi de îmbunătățire a securității pentru produsele noastre. De exemplu, am patentat o metodă pentru un cluster inteligent de senzori de aviație pentru a forma o rețea mesh securizată, cu auto-vindecare , permițându-le să valideze colectiv integritatea datelor și să continue să funcționeze chiar dacă gateway-ul central este atacat. Aflați mai multe despre abordarea noastră de sisteme integrate securizate .

Pas cu pas: un cadru pentru evaluarea furnizorilor de componente CPS

Echipele de achiziții și inginerie de sisteme pot folosi acest cadru pentru a evalua potențialii furnizori de hardware critic CPS:

1. Faza 1: Analiza arhitecturii de securitate și siguranță:
   • Solicitați și revizuiți Planul de securitate a sistemului (SSP) și evaluarea siguranței furnizorului pentru componentă.
   • Evaluați designul pentru principii precum cel mai mic privilegiu, apărarea în profunzime și segregarea între funcțiile critice și necritice.
2. Faza 2: Auditul lanțului de aprovizionare și al procesului de dezvoltare:
   • Auditați ciclul de viață al dezvoltării securizate (SDL) al furnizorului, inclusiv instrumente, revizuirea codului și gestionarea vulnerabilităților.
   • Hartă lanțul de aprovizionare hardware și software al componentei pentru punctele de defecțiune unice sau surse nesigure.
3. Faza 3: Verificare și validare independentă (IV&V):
   1. Efectuați sau comandați teste de penetrare și evaluări ale vulnerabilităților pe componentă într-o configurație reprezentativă.
   2. Efectuați testarea fuzz pe interfețele sale de comunicare.
   3. Validați afirmațiile privind siguranța prin analiza sau asistarea testelor critice.
4. Etapa 4: Integrare și evaluarea planului ciclului de viață: Evaluați planul furnizorului pentru susținerea componentei din CPS-ul dumneavoastră pe durata de viață. Acestea includ mecanisme de actualizare securizate, procese de dezvăluire a vulnerabilităților și gestionarea pe termen lung a cheilor criptografice .

Standarde din industrie: peisajul reglementărilor și standardelor în evoluție

Cadre cheie pentru CPS militar

Dezvoltarea și certificarea CPS se bazează pe un mozaic de standarde în evoluție:

• Instrucțiunea DoD 5000.02 și Cadrul de gestionare a riscurilor (RMF): Procesul global de achiziție și conformitate cu securitatea cibernetică a DoD din SUA.
• NIST SP 800-160 Vol. 1 și 2: Ingineria securității sistemelor și dezvoltarea sistemelor ciber-rezistente . Ghid fundamental pentru construirea securității în.
• RTCA DO-326A / EUROCAE ED-202A: Specificația procesului de securitate a navigabilității. Standardul definitiv pentru abordarea securității cibernetice în certificarea sistemelor aeropurtate.
• SAE AS6663 și AIR6912: Standardele aerospațiale pentru securitatea actualizării Over-the-Air (OTA) și integritatea datelor, critice pentru gestionarea ciclului de viață CPS.
• Future Airborne Capability Environment (FACE™) și SOSA™: standarde de arhitectură a sistemelor deschise care, atunci când sunt combinate cu profiluri de securitate puternice, permit integrarea modulelor CPS de încredere și reutilizabile de la mai mulți furnizori. Aliniem ofertele noastre de arhitectură deschisă cu aceste principii.

Analiza tendințelor industriei: roiuri autonome, CPS activat de AI și criptografie cuantică rezistentă

Viitorul CPS-ului militar este modelat de colaborarea autonomă și amenințările de generație următoare. Roiuri autonome de UAV-uri sau UGV-uri reprezintă un CPS distribuit în care inteligența colectivă iese din interacțiunile locale între noduri simple. AI și Machine Learning integrate direct în CPS permit rezistența adaptivă la bruiaj, recuperarea predictivă a erorilor și reconfigurarea tactică în timp real. Cel mai important, amenințarea care se profilează a calculului cuantic conduce la integrarea algoritmilor de criptare post-cuantică (PQC) în noile proiecte CPS de astăzi, pentru a proteja comunicațiile și integritatea firmware-ului pentru sistemele care vor rămâne în funcțiune timp de decenii.

Întrebări frecvente (FAQ) pentru managerii de program și ingineri

Referințe și surse strategice

• Departamentul Apărării al SUA. (2020). Strategia de modernizare digitală a DoD: construirea unei forțe mai letale .
• Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST). (2021). Publicatia Speciala 800-160 Vol. 2: Dezvoltarea sistemelor ciber-rezistente .
• RTCA, Inc. (2020). DO-326A, Specificația procesului de securitate a navigabilității .