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Detección y aislamiento de ataques cibernéticos de denegación de servicio e integridad en sistemas ciberfísicos con una arquitectura basada en redes neuronales

Autores: Paredes, Carlos M.; Martínez-Castro, Diego; Ibarra-Junquera, Vrani; González-Potes, Apolinar

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2021

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Acceso abierto

Artículo científico
2021

Detección y aislamiento de ataques cibernéticos de denegación de servicio e integridad en sistemas ciberfísicos con una arquitectura basada en redes neuronales


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Palabras clave

Aplicaciones
Automatización industrial
Flexibilidad
Fábrica Inteligente
Sistemas Ciberfísicos
Seguridad

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 31

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Las nuevas aplicaciones de automatización industrial requieren una gran flexibilidad en los sistemas, respaldada por el aumento en la interconexión entre sus componentes, lo que permite acceder a toda la información del sistema y su reconfiguración basada en los cambios que ocurren durante sus operaciones, con el propósito de alcanzar puntos óptimos de operación. Estos aspectos promueven el paradigma de la Fábrica Inteligente, integrando sistemas físicos y digitales para crear productos y procesos inteligentes capaces de transformar cadenas de valor convencionales, formando los Sistemas Ciberfísicos (CPSs). Esta flexibilidad abre una brecha amplia que afecta la seguridad de los sistemas de control, ya que los nuevos enlaces de comunicación pueden ser utilizados por personas para generar ataques que producen riesgos en estas aplicaciones. Este es un problema reciente en los sistemas de control, que originalmente eran centralizados y luego se implementaron como sistemas interconectados a través de redes aisladas. Para proteger estos sistemas, se han elegido estrategias que han presentado resultados aceptables en otros entornos, como entornos de oficina. Sin embargo, las características de estas aplicaciones no son las mismas y los resultados obtenidos no son los esperados. Este problema ha motivado varios esfuerzos para contribuir desde diferentes enfoques a aumentar la seguridad de los sistemas de control. Basándose en lo anterior, este trabajo propone una arquitectura basada en redes neuronales artificiales para la detección y aislamiento de ataques cibernéticos de Denegación de Servicio (DoS) e integridad en CPS. Los resultados de simulación de dos bancos de pruebas, el conjunto de datos Secure Water Treatment (SWaT) y un sistema de tanques, muestran la efectividad de la propuesta. Con respecto al conjunto de datos SWaT, las puntuaciones obtenidas de las métricas de recall y F1 fueron y fueron más altas que otros trabajos reportados, mientras que, en términos de precisión y exactitud, obtuvo una puntuación de que está cerca de otros métodos propuestos. En cuanto al sistema de tanques interconectados, se obtuvieron puntuaciones de , y para las métricas de exactitud, precisión, F1 y recall, respectivamente. Destaca la alta tasa de verdaderos negativos en ambos casos. En términos generales, la propuesta tiene una alta efectividad en la detección y localización de los ataques propuestos.

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