35 research outputs found

    MP-CFM: MPTCP-Based communication functional module for next generation ERTMS

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    184 p. El contenido de los capítulos 4,5,6,7,8 y 9 está sujeto a confidencialidadEl Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario (ERTMS, por sus siglasen inglés), fue originalmente diseñado para los ferrocarriles europeos. Sinembargo, a lo largo de las dos últimas décadas, este sistema se ha convertidoen el estándar de-facto para los servicios de Alta Velocidad en la mayoría depaíses desarrollados.El sistema ERTMS se compone de tres subsistemas principales: 1) el Sistemade Control Ferroviario Europeo (ETCS, por sus siglas en inglés), que actúacomo aplicación de señalización; 2) el sistema Euroradio, que a su vez estádividido en dos subsistemas, el Módulo de Seguridad Funcional (SFM, porsus siglas en inglés), y el Módulo de Comunicación Funcional (CFM, porsus siglas en inglés); y 3) el sistema de comunicaciones subyacente, GSM-R,que transporta la información intercambiada entre el sistema embarcado enel tren (OBU, por sus siglas en inglés) y el Centro de Bloqueo por Radio(RBC, por sus siglas en inglés). El sistema de señalización ETCS soporta tresniveles dependiendo del nivel de prestaciones soportadas. En el nivel 3 seintroduce la posibilidad de trabajar con bloques móviles en lugar de bloquesfijos definidos en la vía. Esto implica que la distancia de avance entre dos trenesconsecutivos puede ser reducida a una distancia mínima en la que se garanticela seguridad del servicio, aumentando por tanto la capacidad del corredorferroviario. Esta distancia de seguridad viene determinada por la combinaciónde la distancia de frenado del tren y el retraso de las comunicaciones deseñalización. Por lo tanto, se puede afirmar que existe una relación directaentre los retrasos y la confiabilidad de las transmisiones de las aplicaciones deseñalización y la capacidad operacional de un corredor ferroviario. Así pues,el estudio y mejora de los sistemas de comunicaciones utilizados en ERTMSjuegan un papel clave en la evolución del sistema ERTMS. Asimismo, unaoperatividad segura en ERTMS, desde el punto de vista de las comunicacionesimplicadas en la misma, viene determinada por la confiabilidad de lascomunicaciones, la disponibilidad de sus canales de comunicación, el retrasode las comunicaciones y la seguridad de sus mensajes.Unido este hecho, la industria ferroviaria ha venido trabajando en ladigitalización y la transición al protocolo IP de la mayor parte de los sistemasde señalización. Alineado con esta tendencia, el consorcio industrial UNISIGha publicado recientemente un nuevo modelo de comunicaciones para ERTMSque incluye la posibilidad, no solo de operar con el sistema tradicional,basado en tecnología de conmutación de circuitos, sino también con un nuevosistema basado en IP. Esta tesis está alineada con el contexto de migraciónactual y pretende contribuir a mejorar la disponibilidad, confiabilidad yseguridad de las comunicaciones, tomando como eje fundamental los tiemposde transmisión de los mensajes, con el horizonte puesto en la definición deuna próxima generación de ERTMS, definida en esta tesis como NGERTMS.En este contexto, se han detectado tres retos principales para reforzar laresiliencia de la arquitectura de comunicaciones del NGERTMS: 1) mejorarla supervivencia de las comunicaciones ante disrupciones; 2) superar laslimitaciones actuales de ERTMS para enviar mensajes de alta prioridad sobretecnología de conmutación de paquetes, dotando a estos mensajes de un mayorgrado de resiliencia y menor latencia respecto a los mensajes ordinarios; y3) el aumento de la seguridad de las comunicaciones y el incremento de ladisponibilidad sin que esto conlleve un incremento en la latencia.Considerando los desafíos previamente descritos, en esta tesis se proponeuna arquitectura de comunicaciones basada en el protocolo MPTCP, llamadaMP-CFM, que permite superar dichos desafíos, a la par que mantener laretrocompatibilidad con el sistema de comunicaciones basado en conmutaciónde paquetes recientemente propuesto por UNISIG. Hasta el momento, esta esla primera vez que se propone una arquitectura de comunicaciones completacapaz de abordar los desafíos mencionados anteriormente. Esta arquitecturaimplementa cuatro tipos de clase de servicio, los cuales son utilizados porlos paquetes ordinarios y de alta prioridad para dos escenarios distintos; unescenario en el que ambos extremos, el sistema embarcado o OBU y el RBC,disponen de múltiples interfaces de red; y otro escenario transicional en el cualel RBC sí tiene múltiples interfaces de red pero el OBU solo dispone de unaúnica interfaz. La arquitectura de comunicaciones propuesta para el entornoferroviario ha sido validada mediante un entorno de simulación desarrolladopara tal efecto. Es más, dichas simulaciones demuestran que la arquitecturapropuesta, ante disrupciones de canal, supera con creces en términos derobustez el sistema diseñado por UNISIG. Como conclusión, se puede afirmarque en esta tesis se demuestra que una arquitectura de comunicaciones basadade MPTCP cumple con los exigentes requisitos establecidos para el NGERTMSy por tanto dicha propuesta supone un avance en la evolución del sistema deseñalización ferroviario europeo

    MP-CFM: MPTCP-Based communication functional module for next generation ERTMS

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    184 p. El contenido de los capítulos 4,5,6,7,8 y 9 está sujeto a confidencialidadEl Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario (ERTMS, por sus siglasen inglés), fue originalmente diseñado para los ferrocarriles europeos. Sinembargo, a lo largo de las dos últimas décadas, este sistema se ha convertidoen el estándar de-facto para los servicios de Alta Velocidad en la mayoría depaíses desarrollados.El sistema ERTMS se compone de tres subsistemas principales: 1) el Sistemade Control Ferroviario Europeo (ETCS, por sus siglas en inglés), que actúacomo aplicación de señalización; 2) el sistema Euroradio, que a su vez estádividido en dos subsistemas, el Módulo de Seguridad Funcional (SFM, porsus siglas en inglés), y el Módulo de Comunicación Funcional (CFM, porsus siglas en inglés); y 3) el sistema de comunicaciones subyacente, GSM-R,que transporta la información intercambiada entre el sistema embarcado enel tren (OBU, por sus siglas en inglés) y el Centro de Bloqueo por Radio(RBC, por sus siglas en inglés). El sistema de señalización ETCS soporta tresniveles dependiendo del nivel de prestaciones soportadas. En el nivel 3 seintroduce la posibilidad de trabajar con bloques móviles en lugar de bloquesfijos definidos en la vía. Esto implica que la distancia de avance entre dos trenesconsecutivos puede ser reducida a una distancia mínima en la que se garanticela seguridad del servicio, aumentando por tanto la capacidad del corredorferroviario. Esta distancia de seguridad viene determinada por la combinaciónde la distancia de frenado del tren y el retraso de las comunicaciones deseñalización. Por lo tanto, se puede afirmar que existe una relación directaentre los retrasos y la confiabilidad de las transmisiones de las aplicaciones deseñalización y la capacidad operacional de un corredor ferroviario. Así pues,el estudio y mejora de los sistemas de comunicaciones utilizados en ERTMSjuegan un papel clave en la evolución del sistema ERTMS. Asimismo, unaoperatividad segura en ERTMS, desde el punto de vista de las comunicacionesimplicadas en la misma, viene determinada por la confiabilidad de lascomunicaciones, la disponibilidad de sus canales de comunicación, el retrasode las comunicaciones y la seguridad de sus mensajes.Unido este hecho, la industria ferroviaria ha venido trabajando en ladigitalización y la transición al protocolo IP de la mayor parte de los sistemasde señalización. Alineado con esta tendencia, el consorcio industrial UNISIGha publicado recientemente un nuevo modelo de comunicaciones para ERTMSque incluye la posibilidad, no solo de operar con el sistema tradicional,basado en tecnología de conmutación de circuitos, sino también con un nuevosistema basado en IP. Esta tesis está alineada con el contexto de migraciónactual y pretende contribuir a mejorar la disponibilidad, confiabilidad yseguridad de las comunicaciones, tomando como eje fundamental los tiemposde transmisión de los mensajes, con el horizonte puesto en la definición deuna próxima generación de ERTMS, definida en esta tesis como NGERTMS.En este contexto, se han detectado tres retos principales para reforzar laresiliencia de la arquitectura de comunicaciones del NGERTMS: 1) mejorarla supervivencia de las comunicaciones ante disrupciones; 2) superar laslimitaciones actuales de ERTMS para enviar mensajes de alta prioridad sobretecnología de conmutación de paquetes, dotando a estos mensajes de un mayorgrado de resiliencia y menor latencia respecto a los mensajes ordinarios; y3) el aumento de la seguridad de las comunicaciones y el incremento de ladisponibilidad sin que esto conlleve un incremento en la latencia.Considerando los desafíos previamente descritos, en esta tesis se proponeuna arquitectura de comunicaciones basada en el protocolo MPTCP, llamadaMP-CFM, que permite superar dichos desafíos, a la par que mantener laretrocompatibilidad con el sistema de comunicaciones basado en conmutaciónde paquetes recientemente propuesto por UNISIG. Hasta el momento, esta esla primera vez que se propone una arquitectura de comunicaciones completacapaz de abordar los desafíos mencionados anteriormente. Esta arquitecturaimplementa cuatro tipos de clase de servicio, los cuales son utilizados porlos paquetes ordinarios y de alta prioridad para dos escenarios distintos; unescenario en el que ambos extremos, el sistema embarcado o OBU y el RBC,disponen de múltiples interfaces de red; y otro escenario transicional en el cualel RBC sí tiene múltiples interfaces de red pero el OBU solo dispone de unaúnica interfaz. La arquitectura de comunicaciones propuesta para el entornoferroviario ha sido validada mediante un entorno de simulación desarrolladopara tal efecto. Es más, dichas simulaciones demuestran que la arquitecturapropuesta, ante disrupciones de canal, supera con creces en términos derobustez el sistema diseñado por UNISIG. Como conclusión, se puede afirmarque en esta tesis se demuestra que una arquitectura de comunicaciones basadade MPTCP cumple con los exigentes requisitos establecidos para el NGERTMSy por tanto dicha propuesta supone un avance en la evolución del sistema deseñalización ferroviario europeo

    INTRUSION PREDICTION SYSTEM FOR CLOUD COMPUTING AND NETWORK BASED SYSTEMS

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    Cloud computing offers cost effective computational and storage services with on-demand scalable capacities according to the customers’ needs. These properties encourage organisations and individuals to migrate from classical computing to cloud computing from different disciplines. Although cloud computing is a trendy technology that opens the horizons for many businesses, it is a new paradigm that exploits already existing computing technologies in new framework rather than being a novel technology. This means that cloud computing inherited classical computing problems that are still challenging. Cloud computing security is considered one of the major problems, which require strong security systems to protect the system, and the valuable data stored and processed in it. Intrusion detection systems are one of the important security components and defence layer that detect cyber-attacks and malicious activities in cloud and non-cloud environments. However, there are some limitations such as attacks were detected at the time that the damage of the attack was already done. In recent years, cyber-attacks have increased rapidly in volume and diversity. In 2013, for example, over 552 million customers’ identities and crucial information were revealed through data breaches worldwide [3]. These growing threats are further demonstrated in the 50,000 daily attacks on the London Stock Exchange [4]. It has been predicted that the economic impact of cyber-attacks will cost the global economy $3 trillion on aggregate by 2020 [5]. This thesis focused on proposing an Intrusion Prediction System that is capable of sensing an attack before it happens in cloud or non-cloud environments. The proposed solution is based on assessing the host system vulnerabilities and monitoring the network traffic for attacks preparations. It has three main modules. The monitoring module observes the network for any intrusion preparations. This thesis proposes a new dynamic-selective statistical algorithm for detecting scan activities, which is part of reconnaissance that represents an essential step in network attack preparation. The proposed method performs a statistical selective analysis for network traffic searching for an attack or intrusion indications. This is achieved by exploring and applying different statistical and probabilistic methods that deal with scan detection. The second module of the prediction system is vulnerabilities assessment that evaluates the weaknesses and faults of the system and measures the probability of the system to fall victim to cyber-attack. Finally, the third module is the prediction module that combines the output of the two modules and performs risk assessments of the system security from intrusions prediction. The results of the conducted experiments showed that the suggested system outperforms the analogous methods in regards to performance of network scan detection, which means accordingly a significant improvement to the security of the targeted system. The scanning detection algorithm has achieved high detection accuracy with 0% false negative and 50% false positive. In term of performance, the detection algorithm consumed only 23% of the data needed for analysis compared to the best performed rival detection method

    An Approach to Guide Users Towards Less Revealing Internet Browsers

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    When browsing the Internet, HTTP headers enable both clients and servers send extra data in their requests or responses such as the User-Agent string. This string contains information related to the sender’s device, browser, and operating system. Previous research has shown that there are numerous privacy and security risks result from exposing sensitive information in the User-Agent string. For example, it enables device and browser fingerprinting and user tracking and identification. Our large analysis of thousands of User-Agent strings shows that browsers differ tremendously in the amount of information they include in their User-Agent strings. As such, our work aims at guiding users towards using less exposing browsers. In doing so, we propose to assign an exposure score to browsers based on the information they expose and vulnerability records. Thus, our contribution in this work is as follows: first, provide a full implementation that is ready to be deployed and used by users. Second, conduct a user study to identify the effectiveness and limitations of our proposed approach. Our implementation is based on using more than 52 thousand unique browsers. Our performance and validation analysis show that our solution is accurate and efficient. The source code and data set are publicly available and the solution has been deployed

    Secure, Efficient and Privacy-aware Framework for Unstructured Peer-to-Peer Networks

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    Recently, the advances in Ubiquitous Computing networks and the increased computational power of network devices have led designers to create more flexible distributed network models using decentralised network management systems. Security, resilience and privacy issues within such distributed systems become more complicated while important tasks such as routing, service access and state management become increasingly challenging. Low-level protocols over ubiquitous decentralised systems, which provide autonomy to network nodes, have replaced the traditional client-server arrangements in centralised systems. Small World networks represent a model that addresses many existing challenges within Ubiquitous Computing networks. Therefore, it is imperative to study the properties of Small World networks to help understanding, modelling and improving the performance, usability and resiliency of Ubiquitous Computing networks. Using the network infrastructure and trusted relationships in the Small World networks, this work proposes a framework to enhance security, resilience and trust within scalable Peer-to-Peer (P2P) networks. The proposed framework consists of three major components namely network-aware topology construction, anonymous global communication using community trust, and efficient search and broadcasting based on granularity and pro-active membership management. We utilise the clustering co-efficient and conditional preferential attachment to propose a novel topology construction scheme that organises nodes into groups of trusted users to improve scalability. Network nodes communicate locally without advertising node identity at a global scale, which ensures user anonymity. The global communication is organised and facilitated by Service Centres to maintain security, privacy and integrity of member nodes. Service Centres are allocated using a novel leader election mechanism within unstructured scalable P2P networks. This allows providing fair and equitable access for existing and new nodes without having to make complex changes to the network topology. Moreover, the scale-free and clustering co-efficient characteristics of Small World networks help organising the network layout to maintain its balance in terms of the nodes distribution. Simulation results show that the proposed framework ensures better scalability and membership management in unstructured P2P networks, and improves the performance of the search and broadcasting in terms of the average shortest path and control overhead while maintaining user anonymity and system resiliency

    Cyber-Physical Threat Intelligence for Critical Infrastructures Security

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    Modern critical infrastructures comprise of many interconnected cyber and physical assets, and as such are large scale cyber-physical systems. Hence, the conventional approach of securing these infrastructures by addressing cyber security and physical security separately is no longer effective. Rather more integrated approaches that address the security of cyber and physical assets at the same time are required. This book presents integrated (i.e. cyber and physical) security approaches and technologies for the critical infrastructures that underpin our societies. Specifically, it introduces advanced techniques for threat detection, risk assessment and security information sharing, based on leading edge technologies like machine learning, security knowledge modelling, IoT security and distributed ledger infrastructures. Likewise, it presets how established security technologies like Security Information and Event Management (SIEM), pen-testing, vulnerability assessment and security data analytics can be used in the context of integrated Critical Infrastructure Protection. The novel methods and techniques of the book are exemplified in case studies involving critical infrastructures in four industrial sectors, namely finance, healthcare, energy and communications. The peculiarities of critical infrastructure protection in each one of these sectors is discussed and addressed based on sector-specific solutions. The advent of the fourth industrial revolution (Industry 4.0) is expected to increase the cyber-physical nature of critical infrastructures as well as their interconnection in the scope of sectorial and cross-sector value chains. Therefore, the demand for solutions that foster the interplay between cyber and physical security, and enable Cyber-Physical Threat Intelligence is likely to explode. In this book, we have shed light on the structure of such integrated security systems, as well as on the technologies that will underpin their operation. We hope that Security and Critical Infrastructure Protection stakeholders will find the book useful when planning their future security strategies

    Vulnerability assessment of modern ICT infrastructure from an information warfare perspective.

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    Ph. D. University of KwaZulu-Natal, Durban 2011.The overall objective of the study is to provide a vulnerability assessment of the mobile communications infrastructure to information warfare attacks; this study has a South African focus. The mobile infrastructure was selected as the infrastructure and mobile devices incorporate the majority of modern ICT technologies, namely social networking, wireless connectivity and mobility, mass storage, as well as the telecommunications elements. The objectives of the study are to: Propose a new information warfare model, and from this deduce a vulnerability assessment framework from the specific information warfare perspective. These are the guiding frameworks and model for the study. Gather information regarding threats and vulnerabilities, with particular focus on potential use in information warfare and relevance to South Africa. Establish the criticality of the mobile infrastructure in South Africa. Use the gathered information in the vulnerability assessment, to assess the vulnerability of the mobile infrastructure and related devices and services. The model and framework are generated through desk-based research. The information is gathered from research protocols that are relevant to both research and risk and vulnerability assessment, these include: expert input through interviews and a research workshop, incident and trend analyses through news and vendor reports and academic publishing, computer simulation, questionnaire survey, and mathematical analyses. The information is then triangulated by using it in the vulnerability assessment. The primary and secondary data shows that attacks on confidentiality are the most prevalent for both computer-based networks and the mobile infrastructure. An increase in threats and incidents for both computer and mobile platforms is being seen. The information security trends in South Africa indicate that the existing security concerns are likely to worsen, in particular the high infection rates. The research indicates that the mobile infrastructure is critical in South Africa. The study validates the proposed framework, which indicates that South Africa is vulnerable to an information warfare attack in general. Key aspects of vulnerability in the mobile infrastructure are highlighted; the apparent high load of the mobile infrastructure in South Africa can be seen as a high risk vulnerability. Suggestions to mitigate vulnerabilities and threats are provided

    Applied Metaheuristic Computing

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    For decades, Applied Metaheuristic Computing (AMC) has been a prevailing optimization technique for tackling perplexing engineering and business problems, such as scheduling, routing, ordering, bin packing, assignment, facility layout planning, among others. This is partly because the classic exact methods are constrained with prior assumptions, and partly due to the heuristics being problem-dependent and lacking generalization. AMC, on the contrary, guides the course of low-level heuristics to search beyond the local optimality, which impairs the capability of traditional computation methods. This topic series has collected quality papers proposing cutting-edge methodology and innovative applications which drive the advances of AMC
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