Ψηφιακά κυκλώματα και συστήματα για ενίσχυση της ασφάλειας σε έξυπνες συσκευές διασυνδεδεμένες στο διαδίκτυο
Authors: Μυριδάκης Δημήτριος 
Published: November 2021

Στόχοι: Η συνεχής αύξηση του αριθμού των συσκευών Internet of Things (IoT) και η ένταξή τους σε δημόσιες και ιδιωτικές υποδομές έχει εισαγάγει νέες εφαρμογές στην αγορά και την καθημερινή μας ζωή. Ταυτόχρονα, αυτές οι συσκευές δημιουργούν μία πιθανή απειλή για την προσωπική και τη δημόσια ασφάλεια. Αυτό μπορεί εύκολα να γίνει κατανοητό είτε λόγω της ευαισθησίας των συλλεγόμενων δεδομένων, είτε λόγω της αξιοπιστίας της λειτουργίας των συσκευών. Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι περισσότερες συσκευές IoT έχουν χαμηλό κόστος και χρησιμοποιούνται για διάφορες εργασίες, όπως παρακολούθηση ατόμων ή έλεγχος περιβαλλοντικών συνθηκών εσωτερικού χώρου, ο παράγοντας της ασφαλείας πρέπει να ενισχυθεί. Η παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζει αποτελέσματα από τη συσχέτιση των φυσικών χαρακτηριστικών, όπως η παροχή του ρεύματος μίας έξυπνης συσκευής, με τα λειτουργικά χαρακτηριστικά της, προκειμένου να ανιχνευθεί μία κατασκευαστική ή λειτουργική ανωμαλία. Η ιδέα αυτή προέκυψε από το γεγονός ότι οι περισσότερες από τις διαθέσιμες έξυπνες συσκευές στην αγορά, που συνδέονται με το Διαδίκτυο, δημιουργώντας το λεγόμενο Διαδίκτυο των Πραγμάτων (ΔτΠ), είναι συσκευές ειδικής εφαρμογής με περιορισμένη λειτουργικότητα. Ζητήματα σχετικά με εφαρμογές διαδικτύου, που απαιτούν λύσεις, είναι η ασφάλεια, η διαθεσιμότητα και η αξιοπιστία. Η έρευνα αυτή εκμεταλλεύεται την απόκλιση (είτε αύξηση ή μείωση) της παροχής του ρεύματος. Αυτό μπορεί να θεωρηθεί ως παράπλευρη παρακολούθηση λειτουργίας της συσκευής, δεδομένου ότι η απόκλιση του ρεύματος σηματοδοτεί ότι ένας πόρος καταναλώνει περισσότερη ισχύ από την αναμενόμενη. Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται η αξιοποίηση της τεχνικής επίθεσης πλαϊνών καναλιών, για την προστασία έξυπνων συσκευών χαμηλού κόστους. Στοχεύει στην επέκταση του συνόλου δεδομένων που παρέχονται σε Intrusion Detection Systems (IDS) προκειμένου να επιτευχθεί μεγαλύτερη ακρίβεια στην ανίχνευση ανωμαλιών. Έτσι, μαζί με τα τυπικά δεδομένα που παρέχονται σε ένα IDS, όπως η κυκλοφορία δικτύου, μεταβιβαζόμενα πακέτα, χρήση CPU κ.λπ., προτείνεται να συμπεριληφθούν πληροφορίες σχετικά με τη φυσική κατάσταση της συσκευής και τη συμπεριφορά της, όπως η κατανάλωση ισχύος, η παροχή του ρεύματος, η εκπεμπόμενη θερμότητα, κ.λπ. Η ευαισθησία της τυπικής λειτουργίας μίας έξυπνης συσκευής όσον αφορά τη λειτουργία και τη λειτουργικότητα πιθανό να αποδειχθεί πολύτιμη, καθώς οποιαδήποτε απόκλιση μπορεί να προειδοποιήσει για μία κατασκευαστική ή λειτουργική ανωμαλία. Μεθοδολογία: Για την επίτευξη των δηλωθέντων στόχων της παρούσας διδακτορικής διατριβής επιλέχθηκαν οι ακόλουθες μέθοδοι: επισκόπηση βιβλιογραφίας για την υπάρχουσα τεχνολογία, καθορισμός εφαρμογών και τεχνολογιών επικοινωνίας που χρησιμοποιούνται σε ένα σενάριο επιθέσεων IoT συσκευών, μελέτη τεχνολογίας μικροελεγκτών, σχεδιασμός και προσομοίωση, πειραματικές μετρήσεις χρόνου εκτέλεσης και ανίχνευσης επιθέσεων και τέλος ανάλυση των αποτελεσμάτων. Μία μεθοδολογία που συσχετίζει την παροχή του ρεύματος μίας έξυπνης συσκευής με τα λειτουργικά χαρακτηριστικά της, προκειμένου να ανιχνεύσει μία κατασκευαστική ή λειτουργική ανωμαλία σε συσκευές IoT. Αποτελέσματα: Αποδεικνύεται ότι η παρατήρηση της τυπικής λειτουργίας μίας έξυπνης συσκευής μέσω λειτουργικών παραμέτρων (όπως η παροχή ρεύματος) μπορεί να προσφέρει πολύτιμους δείκτες ασφαλείας, καθώς οποιαδήποτε απόκλιση από τα κανονικά όρια μπορεί να αποτελεί ένδειξη παραβίασης ασφαλείας ή λειτουργικής ανωμαλίας. Η διδακτορική διατριβή προσφέρει τα αποτελέσματα από έξι (6) πειράματα που αποδεικνύουν αυτή την υπόθεση και συμβάλλουν σε μία ολιστική προσέγγιση ασφάλειας για την εποχή του ΔτΠ. Τα αποτελέσματα παρουσιάζουν 100% ανίχνευση επίθεσης σε πραγματικό χρόνο και είναι η πρώτη φορά που παρουσιάζεται μία λύση ασφαλείας χαμηλού κόστους κατάλληλη για κάθε τύπο συσκευής στόχου στη διεθνή βιβλιογραφία. Συμπεράσματα: Η επέκταση των παραμέτρων που παρακολουθούνται για τα ζητήματα της ασφάλειας που αντιμετωπίζουν τα Intrusion Detection Systems (IDS) αναμένεται να ενσωματωθεί σύντομα σε μεγάλα συστήματα. Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει τη βάση για αυτό το είδος επέκτασης των παραμέτρων που θα παρέχει πρόσθετες μετρήσεις για την προστασία κρίσιμων υποδομών IoT, προσπαθώντας να αντιμετωπίσει τόσο την αξιοπιστία όσο και τα ζητήματα ασφάλειας με βάση τη βιοϊσοδυναμία των συσκευών IoT για τη διασφάλισή τους, εξετάζοντας την «υγεία» της ίδιας της συσκευής.