Wide-Area Situation Awareness based on a Secure Interconnection between Cyber-Physical Control Systems

Posteriormente, examinamos e identificamos los requisitos especiales que limitan el diseño y la operación de una arquitectura de interoperabilidad segura para los SSC (particularmente los SCCF) del smart grid. Nos enfocamos en modelar requisitos no funcionales que dan forma a esta infraestructura, siguiendo la metodología NFR para extraer requisitos esenciales, técnicas para la satisfacción de los requisitos y métricas para nuestro modelo arquitectural. Estudiamos los servicios necesarios para la interoperabilidad segura de los SSC del SG revisando en profundidad los mecanismos de seguridad, desde los servicios básicos hasta los procedimientos avanzados capaces de hacer frente a las amenazas sofisticadas contra los sistemas de control, como son los sistemas de detección, protección y respuesta ante intrusiones. Nuestro análisis se divide en diferentes áreas: prevención, consciencia y reacción, y restauración; las cuales general un modelo de seguridad robusto para la protección de los sistemas críticos. Proporcionamos el diseño para un modelo arquitectural para la interoperabilidad segura y la interconexión de los SCCF del smart grid. Este escenario contempla la interconectividad de una federación de proveedores de energía del SG, que interactúan a través de la plataforma de interoperabilidad segura para gestionar y controlar sus infraestructuras de forma cooperativa. La plataforma tiene en cuenta las características inherentes y los nuevos servicios y tecnologías que acompañan al movimiento de la Industria 4.0. Por último, presentamos una prueba de concepto de nuestro modelo arquitectural, el cual ayuda a validar el diseño propuesto a través de experimentaciones. Creamos un conjunto de casos de validación que prueban algunas de las funcionalidades principales ofrecidas por la arquitectura diseñada para la interoperabilidad segura, proporcionando información sobre su rendimiento y capacidades.Las infraestructuras críticas (IICC) modernas son vastos sistemas altamente complejos, que precisan del uso de las tecnologías de la información para gestionar, controlar y monitorizar el funcionamiento de estas infraestructuras. Debido a sus funciones esenciales, la protección y seguridad de las infraestructuras críticas y, por tanto, de sus sistemas de control, se ha convertido en una tarea prioritaria para las diversas instituciones gubernamentales y académicas a nivel mundial. La interoperabilidad de las IICC, en especial de sus sistemas de control (SSC), se convierte en una característica clave para que estos sistemas sean capaces de coordinarse y realizar tareas de control y seguridad de forma cooperativa. El objetivo de esta tesis se centra, por tanto, en proporcionar herramientas para la interoperabilidad segura de los diferentes SSC, especialmente los sistemas de control ciber-físicos (SCCF), de forma que se potencie la intercomunicación y coordinación entre ellos para crear un entorno en el que las diversas infraestructuras puedan realizar tareas de control y seguridad cooperativas, creando una plataforma de interoperabilidad segura capaz de dar servicio a diversas IICC, en un entorno de consciencia situacional (del inglés situational awareness) de alto espectro o área (wide-area). Para ello, en primer lugar, revisamos las amenazas de carácter más sofisticado que amenazan la operación de los sistemas críticos, particularmente enfocándonos en los ciberataques camuflados (del inglés stealth) que amenazan los sistemas de control de infraestructuras críticas como el smart grid. Enfocamos nuestra investigación al análisis y comprensión de este nuevo tipo de ataques que aparece contra los sistemas críticos, y a las posibles contramedidas y herramientas para mitigar los efectos de estos ataques

Contributions to the security of cognitive radio networks

The increasing emergence of wireless applications along with the static spectrum allocation followed by regulatory bodies has led to a high inefficiency in spectrum usage, and the lack of spectrum for new services. In this context, Cognitive Radio (CR) technology has been proposed as a possible solution to reuse the spectrum being underutilized by licensed services. CRs are intelligent devices capable of sensing the medium and identifying those portions of the spectrum being unused. Based on their current perception of the environment and on that learned from past experiences, they can optimally tune themselves with regard to parameters such as frequency, coding and modulation, among others. Due to such properties, Cognitive Radio Networks (CRNs) can act as secondary users of the spectrum left unused by their legal owners or primary users, under the requirement of not interfering primary communications. The successful deployment of these networks relies on the proper design of mechanisms in order to efficiently detect spectrum holes, adapt to changing environment conditions and manage the available spectrum. Furthermore, the need for addressing security issues is evidenced by two facts. First, as for any other type of wireless network, the air is used as communications medium and can easily be accessed by attackers. On the other hand, the particular attributes of CRNs offer new opportunities to malicious users, ranging from providing wrong information on the radio environment to disrupting the cognitive mechanisms, which could severely undermine the operation of these networks. In this Ph.D thesis we have approached the challenge of securing Cognitive Radio Networks. Because CR technology is still evolving, to achieve this goal involves not only providing countermeasures for existing attacks but also to identify new potential threats and evaluate their impact on CRNs performance. The main contributions of this thesis can be summarized as follows. First, a critical study on the State of the Art in this area is presented. A qualitative analysis of those threats to CRNs already identified in the literature is provided, and the efficacy of existing countermeasures is discussed. Based on this work, a set of guidelines are designed in order to design a detection system for the main threats to CRNs. Besides, a high level description of the components of this system is provided, being it the second contribution of this thesis. The third contribution is the proposal of a new cross-layer attack to the Transmission Control Protocol (TCP) in CRNs. An analytical model of the impact of this attack on the throughput of TCP connections is derived, and a set of countermeasures in order to detect and mitigate the effect of such attack are proposed. One of the main threats to CRNs is the Primary User Emulation (PUE) attack. This attack prevents CRNs from using available portions of the spectrum and can even lead to a Denial of Service (DoS). In the fourth contribution of this the method is proposed in order to deal with such attack. The method relies on a set of time measures provided by the members of the network and allows estimating the position of an emitter. This estimation is then used to determine the legitimacy of a given transmission and detect PUE attacks. Cooperative methods are prone to be disrupted by malicious nodes reporting false data. This problem is addressed, in the context of cooperative location, in the fifth and last contribution of this thesis. A method based on Least Median Squares (LMS) fitting is proposed in order to detect forged measures and make the location process robust to them. The efficiency and accuracy of the proposed methodologies are demonstrated by means of simulation

Characterization of Neural Activity using Complex Network Theory. Application to the Identification of the Altered Neural Substrates in Schizophrenia

La esquizofrenia es un desorden psiquiátrico caracterizado por alteraciones en el pensamiento y en la capacidad de respuesta emocional. Comprende una gran variedad de síntomas, sin embargo, no está claro que todos compartan un sustrato neurológico común. Por ello, el objetivo de esta Tesis Doctoral es desarrollar un marco de referencia desde la perspectiva de la Teoría de Redes Complejas para investigar las interacciones neurales alteradas de la esquizofrenia haciendo uso de la señal electroencefalográfica. Así, dos bases de datos independientes de registros electroencefalográficos fueron registras durante una tarea cognitiva. Nuestros hallazgos son consistentes con estudios previos al tiempo que muestran una hiperactivación del intervalo de estímulo previa a una reorganización neural disminuida durante la cognición, principalmente asociado a caminos neurales secundarios. Los hallazgos de esta Tesis ponen de manifiesto la gran heterogeneidad de la esquizofrenia, posiblemente asociada a la existencia de subgrupos dentro de la misma.Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones e Ingeniería TelemáticaDoctorado en Tecnologías de la Información y las Telecomunicacione