Configuración de una honeynet para la evaluación de ataques cibernéticos en un modelo de redes cisco, 2020

Esta investigación se plantea como objetivo principal, determinar la configuración de una Honeynet para la evaluación de ataques cibernéticos en un modelo de redes cisco 2020. En cuanto a la metodología, el tipo de investigación es aplicada y estudio de tipo descriptivo. Se utiliza la Honeypot, como tecnología que propone en una red local aplicaciones y servicios en estado de vulnerabilidad, como una trampa denominada Honeynet, que se utilizó para monitorear los eventos y estudiar intentos de intrusión. En lo que respecta a los resultados del diseño propuesto se analizó y selecciono el tipo de Honeynet, en base al contexto actual de la red de datos, se implementó servidores y se configuró servicios de directorio activo, dns, dhcp, ftp, servidor de archivos y web. La información capturada sirvió para determinar patrones de conexión que permitieron identificar ataques y servicios susceptibles a ser atacados con la finalidad de proteger en forma proactiva los elementos que componen las redes de producción. En lo que respecta a sus conclusiones se tiene que se recomienda la honeynet virtual autocontenida, cuando los recursos de hardware son limitados, además el uso de software de código abierto proporciono facilidades a la libre adaptabilidad de la honeynet en la investigación

Classifying resilience approaches for protecting smart grids against cyber threats

Smart grids (SG) draw the attention of cyber attackers due to their vulnerabilities, which are caused by the usage of heterogeneous communication technologies and their distributed nature. While preventing or detecting cyber attacks is a well-studied field of research, making SG more resilient against such threats is a challenging task. This paper provides a classification of the proposed cyber resilience methods against cyber attacks for SG. This classification includes a set of studies that propose cyber-resilient approaches to protect SG and related cyber-physical systems against unforeseen anomalies or deliberate attacks. Each study is briefly analyzed and is associated with the proper cyber resilience technique which is given by the National Institute of Standards and Technology in the Special Publication 800-160. These techniques are also linked to the different states of the typical resilience curve. Consequently, this paper highlights the most critical challenges for achieving cyber resilience, reveals significant cyber resilience aspects that have not been sufficiently considered yet and, finally, proposes scientific areas that should be further researched in order to enhance the cyber resilience of SG.Open Access funding provided thanks to the CRUE-CSIC agreement with Springer Nature. Funding for open access charge: Universidad de Málaga / CBUA

Security Aspects of Internet of Things aided Smart Grids: a Bibliometric Survey

The integration of sensors and communication technology in power systems, known as the smart grid, is an emerging topic in science and technology. One of the critical issues in the smart grid is its increased vulnerability to cyber threats. As such, various types of threats and defense mechanisms are proposed in literature. This paper offers a bibliometric survey of research papers focused on the security aspects of Internet of Things (IoT) aided smart grids. To the best of the authors' knowledge, this is the very first bibliometric survey paper in this specific field. A bibliometric analysis of all journal articles is performed and the findings are sorted by dates, authorship, and key concepts. Furthermore, this paper also summarizes the types of cyber threats facing the smart grid, the various security mechanisms proposed in literature, as well as the research gaps in the field of smart grid security.Comment: The paper is published in Elsevier's Internet of Things journal. 25 pages + 20 pages of reference

vBump: Securing Ethernet-based Industrial Control System Networks with VLAN-based Traffic Aggregation

Bump-in-the-wire (bump) devices can be used to protect critical endpoints in Industrial Control System (ICS) networks. However, bump devices cannot be used to authenticate incoming broadcast traffic, are complex to manage, and one bump is needed per host. In this work, we propose a virtual bump-like solution called vBump, which allows to insert virtual bumps in front of Ethernet- based legacy ICS devices. The vBumps can be used to limit traffic to whitelisted destinations, inspect all traffic on or above Link- layer like a centralized intrusion detection systems (or monitoring systems), or even police the traffic like a centralized intrusion pre- vention systems. In particular, this also allows the network to apply fine-grained control on traffic between nodes that need to be in the same Link-layer broadcast domain. Compared to traditional bumps, vBumps do not require any changes in physical network topology, and the central server’s global view allows for more informed deci- sion, with less computational constraints. We implement the system in a high-fidelity ICS testbed, and demonstrate its capabilities to support even time-critical protection control traffic in smart grids. Our system can handle traffic rates of 150Mbps with one-way delay of ≈ 1ms

Defending the SCADA Network Controlling the Electrical Grid from Advanced Persistent Threats

RÉSUMÉ Les civilisations modernes sont dépendantes des technologies de l'information et des communications. Par ce fait, elles requièrent une alimentation constante en électricité pour assurer leur prospérité. Un siècle de travaux acharnés par des ingénieurs en électronique de puissance permet de garantir la fiabilité des réseaux électriques. Un des outils pour arriver à cette fin est une augmentation de l'automatisation et du contrôle à distance des réseaux électriques. Cette technologie permet aux contrôleurs qui opèrent le réseau électrique d'ajuster automatiquement des paramètres opérationnels pour faire face aux contraintes extérieures au fur et à mesure que ces contraintes évoluent. Par exemple, une augmentation de la demande suite à une vague de froid va automatiquement entraîner une augmentation de l'approvisionnement par l'envoi de commandes à distance pour ouvrir les vannes à la centrale hydroélectrique et faire tourner les turbines plus rapidement. Ceci garanti que le réseau électrique fonctionne toujours à pleine capacité et livre l'énergie électrique avec fiabilité, sans égard aux conditions externes. Paradoxalement, les gains offerts par les systèmes automatisés ont introduit un risque jusqu'alors inconnu à la fiabilité du réseau électrique : les cyber attaques. Pour permettre l'automatisation, les opérateurs de réseaux électriques se sont tournés vers la technologie d'acquisition de données et de supervision, mieux connu sous le nom de système SCADA. De nos jours, la technologie SCADA se base sur du matériel et des logiciels commerciaux comme les communications TCP/IP via Ethernet ou comme le système d'exploitation Windows. Ceci permet aux entités malicieuses de faire usage de leur savoir concernant les techniques offensives qu'ils ont développé pour attaquer les systèmes traditionnels faisant usage de ces technologies. La majorité de ces entités sont des menaces diffuses cherchant principalement à acquérir de la capacité de stockage servant à héberger du contenu illégal, du temps machine pour envoyer du spam ou des mots de passe pour permettre la fraude. Cet objectif est plus facile à atteindre en attaquant des ordinateurs personnels plutôt que des machines d'un réseau SCADA. Toutefois, certains acteurs ciblent délibérément les réseaux SCADA puisque ceux-ci ont le potentiel de causer des dégâts dans le monde physique. Ces acteurs recherchent agressivement les vulnérabilités et persévèrent dans leurs attaques, même face à une amélioration de la capacité défensive du réseau. Ces acteurs se font affubler le qualificatif de menaces persistantes avancées ou APTs. À cause de cette volonté de cibler un réseau spécifique, il est plus difficile de détourner ces attaquants vers d'autres victimes. Si nous souhaitons empêcher ces APTs de s'attaquer aux réseaux SCADA qui contrôlent l'infrastructure critique, nous devons élaborer une stratégie qui ne repose pas sur la réduction complète des vulnérabilités. Un bon nombre de contraintes opérationnelles, comme le mode d'opération 24/7 qui rend la tenue de périodes de maintenance difficile, garantissent qu'il y aura toujours au moins une vulnérabilité potentiellement exploitable par un attaquant. Dans ce contexte, l'objectif de ce projet de recherche est d'aider les opérateurs de réseaux électriques à défendre leur réseau SCADA contre les menaces persistantes avancées. Pour atteindre cet objectif, nous visons à mieux comprendre comment le comportement des menaces persistantes avancées se manifeste dans un réseau SCADA et à développer, en se basant sur des preuves expérimentales, de nouveaux outils et techniques pour se défendre contre les comportements attendus. En analysant les travaux antérieurs, on reconnaît que la vraie nature d'un réseau SCADA est de servir de boucle de contrôle pour le réseau électrique. Une conséquence directe est que tout attaquant qui obtient accès au réseau SCADA peut altérer l'état du réseau électrique à sa guise. Si un APT voudrait poursuivre ce but, la recherche actuelle en sécurité des réseau SCADA ne parviendrait pas à prévenir cette attaque puisqu'elle n'est pas orientée vers stopper les attaquants hautement qualifiés. Ceci rend les réseaux SCADA invitants pour les états engagés dans une compétition agressive. Malgré cela, aucun cyber incident majeur causant des dégâts physiques n'est répertorié à ce jour. En se basant sur cette observation, nous avons développé un modèle d'attaque pour le comportement d'un APT dans un réseau SCADA qui n'implique pas nécessairement des dommages massifs dans le monde physique. Ainsi, nous avons introduit le scénario d'attaque par trou d'aiguilles, notre première contribution majeure, dans lequel un attaquant cause de petits dégâts qui s'accumulent sur une longue période pour éviter d'être détecté. À partir de ce scénario, nous avons développé une stratégie consistant à augmenter la capacité de surveillance, c'est-à-dire de renforcer la puissance de la détection, pour prévenir l'utilisation de ce scénario d'attaque par les APTs. En se basant sur notre intuition que la détection d'intrusion par anomalie sera particulièrement efficace dans le contexte hautement régulier d'un réseau SCADA, l'utilisation de cette technique est favorisée. Pour tester les capacités de notre détecteur, nous devons adresser le problème du manque d'infrastructures expérimentales adaptées à la recherche en sécurité des réseaux SCADA. Une revue de la littérature montre que les approches expérimentales courantes ne sont pas appropriées pour générer des données réseau avec une haute fidélité. Pour résoudre ce problème, nous avons introduit le concept du Carré de sable ICS, notre deuxième contribution majeure, qui utilise une approche hybride combinant la haute fidélité des résultats de l'émulation et le facteur d'échelle et le faible coût de la simulation pour créer un montage expérimental capable de produire des données réseau de haute fidélité, adaptées à l'usage expérimental. Finalement, nous avons été en mesure de tester une implémentation d'un système de détection d'intrusion par anomalies, notre troisième contribution majeure, en utilisant le Carré de sable ICS. En utilisant des caractéristiques simples, il est possible de détecter du trafic de commandement et contrôle dans un réseau SCADA, ce qui force les attaquant à utiliser pour leurs opérations routinières de maintenance de complexes canaux cachés dont la bande passante est limitée. Ceci atteste de la validité de notre intuition selon laquelle la détection par anomalie est particulièrement efficace dans les réseaux SCADA, revitalisant par le fait même une technique de défense qui a longtemps été délaissée à cause de sa piètre performance dans les réseaux corporatifs typiques. La somme de ces contributions représente une amélioration significative de l'état de la défense des réseaux SCADA contre les menaces persistantes avancées, incluant les menaces en provenance des services de renseignement étatiques. Ceci contribue à une augmentation de la fiabilité des infrastructure critiques, et des réseaux électriques en particulier, face à un intérêt grandissant de la part des cyber attaquants.----------ABSTRACT Modern civilization, with its dependency on information technology, require a steady supply of electrical power to prosper. A century of relentless work by power engineers has ensured that the power grid is reliable. One of tools they used to achieve that goal is increased automation and remote control of the electrical grid. This technology allows the controllers supervising the power grid to automatically adjust operational parameters to meet external constraints as they evolve. A new surge in demand from a cold night will trigger an automated increase in supply. Remote control commands will be sent to open sluice gates at the hydroelectric plant to make turbines spin faster and generate more power. This ensures the electric grid always functions at peak efficiency and reliably deliver power no matter what the external conditions are. Paradoxically, the gains provided by the automated systems invited a previously unknown risk to the reliability of power delivery: cyber attacks. In order to achieve automation, utility operators have turned to Supervisory Control and Data Acquisition, or SCADA, technology. In this era, SCADA technology is built on top of commercial off the shelf hardware and software such as TCP/IP over Ethernet networks and Windows operating system. This enables malicious entities to leverage their pre-existing knowledge of offensive techniques known to work on these platform to attack the SCADA networks controlling critical infrastructure. Of those entities, the majority are unfocused attackers searching for commodity assets such as storage capacity to store illegal materials, processing power to send spam or credentials to enable fraud. However, some actors are deliberatively targeting the SCADA networks for their ability to cause damage in the physical realm. These actors aggressively search for vulnerabilities and are stubborn in the face of an increase in defensive measures and are dubbed advanced persistent threats, or APTs. As such, it is more difficult to turn them away. If we want to prevent these advanced persistent threats from preying on the SCADA networks controlling our critical infrastructure, we need to devise a defense that does not rely on completely removing vulnerabilities. A number of operational constraints, such as the need to operate 24/7 precluding the opening of maintenance windows, ensure that there will always be a vulnerability that can be exploited by an attacker. In that light, the goal of this research project is to is to help power grid operators defend their SCADA networks against advanced persistent threats. To achieve that goal we aim to better understand how the behaviour of advanced persistent threats will manifest itself in a SCADA network and to develop, based on evidence derived from experiments, new tools and techniques to defeat the expected behaviour. By analyzing prior work, we recognize that the true nature of SCADA networks is to serve as a basic control loop for the electric grid. A direct consequence is that any attacker gaining access to the SCADA network could send the grid into any state he wishes. We also showed that, should advanced persistent threats attempt to pursue this goal, current research in SCADA security would not provide significant help, not being focused on preventing the exploitation of SCADA network by skilled attackers. This makes SCADA networks attractive to nation states engaged in aggressively competitive behaviour. However, no evidence of major cyber incidents causing physical damage is forthcoming. From that observation, we developed an attacker model for advanced persistent threat behaviour in SCADA networks that did not necessarily involve causing massive physical damage. So, we introduced the pinprick attack scenario, our first major contribution, in which an attacker causes small amounts of damage that accumulate over time in order to stay under the radar. From this scenario, we developed a strategy of increasing the capability of surveillance, or boosting the radar so to speak, in order to prevent advanced persistent threats from using this scenario. The use of anomaly-based intrusion detection was favored based on our intuition that it would prove very effective in the highly regimented context of SCADA networks. To test the capability of our detector, we needed to address the lack of experimental infrastructure suitable for network security. However, a study of the literature shows that current experimental approaches are not appropriate to generate high fidelity network data. To solve this problem, we introduced the ICS sandbox concept, our second major contribution, that used a hybrid approach combining the high fidelity results of emulation and the scalability and cost reduction of simulation to create an experimental setup able to produce high fidelity network data sets for experimentation. Finally, we were able to test an implementation of anomaly-based intrusion detection, our third major contribution, using the ICS sandbox. Using only simple features, it was possible to detect command and control traffic in a SCADA network and push attackers to use complex covert channels with limited bandwidth to perform their routine maintenance operations. This attests to the validity of our intuition that anomaly-based detection is particularly effective in SCADA network, revivifying a defensive technique that suffers from poor performance in typical corporate networks. The sum of these contributions represent a significant improvement in the defense of SCADA networks against advanced persistent threats, including threats from nation state sponsored intelligence agencies. This contributes to the increased reliability of critical infrastructure, and of the electrical grid in particular, in the face of an increasing interest by cyber attackers

Next-Generation Industrial Control System (ICS) Security:Towards ICS Honeypots for Defence-in-Depth Security

The advent of Industry 4.0 and smart manufacturing has led to an increased convergence of traditional manufacturing and production technologies with IP communications. Legacy Industrial Control System (ICS) devices are now exposed to a wide range of previously unconsidered threats, which must be considered to ensure the safe operation of industrial processes. Especially as cyberspace is presenting itself as a popular domain for nation-state operations, including against critical infrastructure. Honeypots are a well-known concept within traditional IT security, and they can enable a more proactive approach to security, unlike traditional systems. More work needs to be done to understand their usefulness within OT and critical infrastructure. This thesis advances beyond current honeypot implementations and furthers the current state-of-the-art by delivering novel ways of deploying ICS honeypots and delivering concrete answers to key research questions within the area. This is done by answering the question previously raised from a multitude of perspectives. We discuss relevant legislation, such as the UK Cyber Assessment Framework, the US NIST Framework for Improving Critical Infrastructure Cybersecurity, and associated industry-based standards and guidelines supporting operator compliance. Standards and guidance are used to frame a discussion on our survey of existing ICS honeypot implementations in the literature and their role in supporting regulatory objectives. However, these deployments are not always correctly configured and might differ from a real ICS. Based on these insights, we propose a novel framework towards the classification and implementation of ICS honeypots. This is underpinned by a study into the passive identification of ICS honeypots using Internet scanner data to identify honeypot characteristics. We also present how honeypots can be leveraged to identify when bespoke ICS vulnerabilities are exploited within the organisational network—further strengthening the case for honeypot usage within critical infrastructure environments. Additionally, we demonstrate a fundamentally different approach to the deployment of honeypots. By deploying it as a deterrent, to reduce the likelihood that an adversary interacts with a real system. This is important as skilled attackers are now adept at fingerprinting and avoiding honeypots. The results presented in this thesis demonstrate that honeypots can provide several benefits to the cyber security of and alignment to regulations within the critical infrastructure environment

An open virtual testbed for industrial control system security research

ICS security has been a topic of scrutiny and research for several years, and many security issues are well known. However, research efforts are impeded by a lack of an open virtual industrial control system testbed for security research. This thesis describes a virtual testbed framework using Python to create discrete testbed components (including virtual devices and process simulators). This testbed is designed such that the testbeds are interoperable with real ICS devices and that the virtual testbeds can provide comparable ICS network behavior to a laboratory testbed. Two testbeds based on laboratory testbeds have been developed and have been shown to be interoperable with real industrial control systemequipment and vulnerable to attacks in the samemanner as a real system. Additionally, these testbeds have been quantitatively shown to produce traffic close to laboratory systems (within 90% similarity on most metrics)

Cyber Security of Critical Infrastructures

Critical infrastructures are vital assets for public safety, economic welfare, and the national security of countries. The vulnerabilities of critical infrastructures have increased with the widespread use of information technologies. As Critical National Infrastructures are becoming more vulnerable to cyber-attacks, their protection becomes a significant issue for organizations as well as nations. The risks to continued operations, from failing to upgrade aging infrastructure or not meeting mandated regulatory regimes, are considered highly significant, given the demonstrable impact of such circumstances. Due to the rapid increase of sophisticated cyber threats targeting critical infrastructures with significant destructive effects, the cybersecurity of critical infrastructures has become an agenda item for academics, practitioners, and policy makers. A holistic view which covers technical, policy, human, and behavioural aspects is essential to handle cyber security of critical infrastructures effectively. Moreover, the ability to attribute crimes to criminals is a vital element of avoiding impunity in cyberspace. In this book, both research and practical aspects of cyber security considerations in critical infrastructures are presented. Aligned with the interdisciplinary nature of cyber security, authors from academia, government, and industry have contributed 13 chapters. The issues that are discussed and analysed include cybersecurity training, maturity assessment frameworks, malware analysis techniques, ransomware attacks, security solutions for industrial control systems, and privacy preservation methods

Modélisation formelle des systèmes de détection d'intrusions

L’écosystème de la cybersécurité évolue en permanence en termes du nombre, de la diversité, et de la complexité des attaques. De ce fait, les outils de détection deviennent inefficaces face à certaines attaques. On distingue généralement trois types de systèmes de détection d’intrusions : détection par anomalies, détection par signatures et détection hybride. La détection par anomalies est fondée sur la caractérisation du comportement habituel du système, typiquement de manière statistique. Elle permet de détecter des attaques connues ou inconnues, mais génère aussi un très grand nombre de faux positifs. La détection par signatures permet de détecter des attaques connues en définissant des règles qui décrivent le comportement connu d’un attaquant. Cela demande une bonne connaissance du comportement de l’attaquant. La détection hybride repose sur plusieurs méthodes de détection incluant celles sus-citées. Elle présente l’avantage d’être plus précise pendant la détection. Des outils tels que Snort et Zeek offrent des langages de bas niveau pour l’expression de règles de reconnaissance d’attaques. Le nombre d’attaques potentielles étant très grand, ces bases de règles deviennent rapidement difficiles à gérer et à maintenir. De plus, l’expression de règles avec état dit stateful est particulièrement ardue pour reconnaître une séquence d’événements. Dans cette thèse, nous proposons une approche stateful basée sur les diagrammes d’état-transition algébriques (ASTDs) afin d’identifier des attaques complexes. Les ASTDs permettent de représenter de façon graphique et modulaire une spécification, ce qui facilite la maintenance et la compréhension des règles. Nous étendons la notation ASTD avec de nouvelles fonctionnalités pour représenter des attaques complexes. Ensuite, nous spécifions plusieurs attaques avec la notation étendue et exécutons les spécifications obtenues sur des flots d’événements à l’aide d’un interpréteur pour identifier des attaques. Nous évaluons aussi les performances de l’interpréteur avec des outils industriels tels que Snort et Zeek. Puis, nous réalisons un compilateur afin de générer du code exécutable à partir d’une spécification ASTD, capable d’identifier de façon efficiente les séquences d’événements.Abstract : The cybersecurity ecosystem continuously evolves with the number, the diversity, and the complexity of cyber attacks. Generally, we have three types of Intrusion Detection System (IDS) : anomaly-based detection, signature-based detection, and hybrid detection. Anomaly detection is based on the usual behavior description of the system, typically in a static manner. It enables detecting known or unknown attacks but also generating a large number of false positives. Signature based detection enables detecting known attacks by defining rules that describe known attacker’s behavior. It needs a good knowledge of attacker behavior. Hybrid detection relies on several detection methods including the previous ones. It has the advantage of being more precise during detection. Tools like Snort and Zeek offer low level languages to represent rules for detecting attacks. The number of potential attacks being large, these rule bases become quickly hard to manage and maintain. Moreover, the representation of stateful rules to recognize a sequence of events is particularly arduous. In this thesis, we propose a stateful approach based on algebraic state-transition diagrams (ASTDs) to identify complex attacks. ASTDs allow a graphical and modular representation of a specification, that facilitates maintenance and understanding of rules. We extend the ASTD notation with new features to represent complex attacks. Next, we specify several attacks with the extended notation and run the resulting specifications on event streams using an interpreter to identify attacks. We also evaluate the performance of the interpreter with industrial tools such as Snort and Zeek. Then, we build a compiler in order to generate executable code from an ASTD specification, able to efficiently identify sequences of events