La Security nei sistemi di controllo industriale e di telecontrollo nelle infrastrutture. Prof. Stefano Panzieri

Transcript

1 La Security nei sistemi di controllo industriale e di telecontrollo nelle infrastrutture Prof. Stefano Panzieri Dipartimento di Informatica e Automazione

2 Outline Struttura dei sistemi di controllo industriali I rischi informatici Origine delle vulnerabilità Perché la sicurezza è differente Safety o Security? Standard della sicurezza industriale Dipartimento di Informatica e Automazione

3 Il comparto industriale Stefano Panzieri 3

4 Controllo di Processo Impianto (sensori e attuatori) Impianto (sensori e attuatori) fasci di cavi fasci di cavi Sala di controllo Stefano Panzieri 4

5 Segnali dal campo in un DCS Segnali analogici modulati in ampiezza Range solitamente del tipo 4-20 ma,corrispondente a 0-100% della grandezza che il sensore deve misurare. Segnali ibridi, cioè con un segnale digitali sovrapposto In questo modo mentre un loop è controllato analogicamente, si possono fare, contemporaneamente operazioni di configurazione e diagnostica (comunicazione HART). Segnali digitali, che sono inviati dai bus di campo; Esistono 8 tipi diversi di protocollo standardizzati per la comunicazione digitale (secondo lo standard IEC 61158), fra loro non operabili Stefano Panzieri 5

6 Struttura di una Control Room CONTROL ROOM SCADA ESD/F&G DCS - ESD/F&G DCS/PSD TECHNICAL ROOM FIELD EQUIPMENT ELECTRICAL SUBSTATION MOTORS INSTRUMENTATION CONTROL VALVES CONTROL CENTER PACKAGE PANELS Stefano Panzieri SOLENOID VALVES 6

7 Controllo di impianti Manifatturieri Computer Integrated Manufacturing Stefano Panzieri 7

8 Ogni livello si occupa di Modello CIM Acquisire, manipolare e trasferire informazioni Elaborare ed attuare strategie Dimensioni Determinismo Frequenza Comandi Informazioni Stefano Panzieri 8

9 Level 4 Modello Funzionale ISA Business Logistics Plant Production Scheduling, Shipping, Receiving, Inventory, etc ISA-95 (2000) Livello 4: business planning and logistics. Qui si trovano attività come la schdulazione della produzione Level 3 Level 2 Level 1 Level 0 Manufacturing Operations Management Dispatching, Detailed Production Scheduling, Production Tracking,... Batch Production Control Continuous Production Control The production processes Discrete Production Control Level 3 è il livello del manufacturing operations and control del production dispatching, del detailed production scheduling, e del reliability assurance I Livelli 4 e 3 sono gli stessi indipendentemente dal tipo di industria I Livelli 2, 1, e 0 differiscono a secondo del tipo di industria (batch, continuo, e discreto) Stefano Panzieri 9

10 Topologia IT Level 4 ERP, APO, Logistics Systems Gestione Stabilimento Business Process Information Network Level 3 MES, LIMS, WMS, CMM Systems Supervisione integrata Operations Information Network Level 2 HMI, SCADA, Batch Systems Level 1 Automation Network Discrete & Process Device Communication Networks PLC, DCS, Packaged Systems I/O, Devices, Sensors Supervisione cella Sistemi di controllo Stefano Panzieri 10

11 SIMATIC controllers Stefano Panzieri 11

12 Bus di Campo Stefano Panzieri 12

13 Profibus Factory level Bus Cycle Time < 1000 ms Ethernet/TCP/IP CNC Area Controller TCP/IP/Ethernet PC/VME Cell Level Bus Cycle Time < 100 ms VME/PC PLC PROFIBUS-FMS RS-485/FO DCS Field Level PROFIBUS-DP RS-485/FO PROFIBUS-PA IEC Bus Cycle- Time < 10 ms Stefano Panzieri

14 Protocollo Profibus Differenti protocolli (profili di comunicazione) in base alle applicazioni a alle tecnologie trasmissive (profili fisici) FMS DP PA User Layer FMS Device Profiles DP-Profiles PA-Profiles DP-Extensions DP Basic Functions Application (7) Fieldbus Message Specification (3)-(6) Data Link (2) Physical (1) not used Fieldbus Data Link (FDL) RS-485 / Fiber Optic IEC Interface IEC EN PROFIBUS guidelines + profiles Stefano Panzieri 14

15 PROFInet Communication Stefano Panzieri 15

16 Architettura OPC HMI Excel 97 Internet OPC Client OPC Client OPC Client Business Management OPC Server OPC Server OPC Server Process Management Fieldbus Measurement -Pressure -Temp -Flow -Level Valves Positioners PID Control DCS System PLC System Field Management Stefano Panzieri 16

17 Distributed Control System CAMPO SCADA Stefano Panzieri 17

18 ISA95.01 Levels Business Logistics Level 4 Plant Production Scheduling, Shipping, Level 3 Receiving, Inventory, etc Management (ERP) Manufacturing Operations Management Manufacturing Dispatching, Detailed Production Scheduling, Production Tracking,... Interfacce specificate nella ISA e nella ISA Area specificata nella ISA Operations Management Level 2 Level 1 (MES, LIMS, AM, ) Batch Production Control Continuous Production Control Discrete Production Control Level 0 The production processes Stefano Panzieri 18

19 Functional Safety (IEC ) Is the part of the overall safety that depends on a system or equipment operating correctly in response to its inputs Esempio di Functional Safety: Un dispositivo di protezione contro il surriscaldamento che usi un sensore termico sulle alette di raffreddamento di un motore il quale riduca la alimentazione del motore. Non è Functional Safety: Un isolamento particolare che protegga dalle alte temperature Stefano Panzieri 19

20 ISA95 and Functional Safety Level 4 Business Logistics Plant Production Scheduling, Shipping, Receiving, Inventory, etc Level 3 Manufacturing Operations Management Dispatching, Detailed Production Scheduling, Production Tracking,... Level 2 Level 1 Level 0 Batch Production Control Continuous Production Control The production processes Discrete Production Control Area specificata nelle e Stefano Panzieri 20

21 Safety Instrumented System I sistemi di sicurezza sono costituiti da tre sottosistemi: S1: Il sottosistema dei trasmettitori costituito dai rilevatori di campo, ossia dai quei componenti che rilevano e convertono le variabili controllate S2: Il sottosistema degli elementi finali costituiti dai dispositivi di blocco veri e propri S3:Il sottosistema logico che gestisce le connessioni e lo scambio di informazioni tra le due precedenti tipologie di componenti; esso può essere l unità PLC. Stefano Panzieri 21

22 Cyber Incidenti: Vulnerabilità Dipartimento di Informatica e Automazione

23 I tre aspetti della Sicurezza Sicurezza Fisica (perimetrale): Guardie, porte e cancelli, filo spinato Sicurezza del personale (org): Selezione accurata, referenze Politiche di formazione Procedure di sicurezza Consapevolezza e Training Cyber-Security (Tecnologia): Perimetro logico Autenticazione Password (o biometria) Segmentazione e segregazione reti Firewalls, AntiVirus, ecc. IDS - IPS (Intrusion Det/Prev Systems) Stefano Panzieri 23

24 Un caso emblematico Maroochy Shire (Australia) Ente di distibuzione delle acque Tra Gennaio 2000 e Aprile 2000 un depuratore subisce 47 incidenti inspiegabili Milioni di litri di liquami invadono la rete di distribuzione acque In molte case di Maroochy Shire dai rubinetti esce acqua nera e maleodorante L ecosistema (laghi, parchi e torrenti di una zona residenziale australiana - Sunshine Coast ) vengono inquinati, con perdite incalcolabili di flora e fauna acquatica (e business turistico) Stefano Panzieri 24

25 Il colpevole Il 23 Aprile 2000 viene arrestato tal Vitek Boden Sulla sua auto la polizia trova apparati radio un PC per programmare PLC un PLC funzionante: tutti risultano rubati dall impianto di depurazione. Vitek viene arrestato tra il materiale recuperato la polizia trova anche il badge per accesso all impianto (ancora funzionante). Stefano Panzieri 25

26 Altri casi di cyber-incidenti in ambiente industriale 1997: Shutdown alla torre di controllo Worchester Regional Airport (MA) USA Slammer blocca un sistema di sicurezza in una centrale nucleare in Ohio Italia: Sasser blocca 40 PC in produzione in primaria azienda farmaceutica multinazionale (lotti da buttare o da rilavorare, week-end di lavoro per ripristinare i computer, riconvalida, ecc.) Molti non li ammettono, molti non ne sono consci, molti li attribuiscono ad altro Unica statistica ufficiale : in California una ventina di casi tracciati tra il 2000 e il 2003 Ora c è anche il Database del BCIT Stefano Panzieri 26

27 Incident Database Dipartimento di Informatica e Automazione

28 BCIT Industrial Security Incident Database (ISID) ISID tracks network cyber incidents that directly impact industrial and SCADA operations. Both malicious and accidental incidents are tracked. Stefano Panzieri 28

29 5 1 Overall Incident Trends Something Changes Here Stefano Panzieri

30 Something Happens in Internal Accidental External Expon. (External) (12 Years) (8 Years) (8 Years) Stefano Panzieri 30

31 The Types of Incidents Shift External 27% Accidental 58% Accidental 25% Internal 2% Audit 4% Internal 15% External 67% Other 2% Stefano Panzieri 31

32 Why? Unlikely to be just a reporting artifact. Three possibilities: Worms/Viruses change in 2001/2002. Widespread industrial adoption of Ethernet and TCP/IP. SCADA enters the public s (and the hacker s) awareness after 9/11. Stefano Panzieri 32

33 Who is Getting Attacked? Transportation 16% Power and Utilities 19% Petroleum 28% Chemical 14% Other 23% Stefano Panzieri 33

34 Where Do Attacks Come From? Local 19% Remote 62% None 13% Other 2% Physical 4% Stefano Panzieri 34

35 Consequences are Not Simply Financial Difficult to define financially: HSE, Reputation, Brand, License to Operate 28% suffered loss of production 37% experienced loss of control or view Loss of Staff Time 14% Loss of Equipment Control 12% Loss of View 25% Equipment Damage or Loss 7% All Other Categories 14% Loss of Production 28% Stefano Panzieri 35

36 A Perimeter Defence is Not Enough The bad guys will eventually get in. We can t just install a firewall and forget about security. Must harden the plant floor. Crunchy on the Outside - Soft in the Middle Stefano Panzieri 36

37 Some key differences between IT and SCADA/Process Control Security Topic Corporate IT Process Control Anti Virus Lifetime Outsourcing Patching Change Time Critical Availability Security Skills & Awareness Security Testing Physical Security Widely used 3-5 years Widely used Frequent (daily?) Frequent Delays OK Outages OK (overnight) Pretty good Widely used Usually secure and manned Often difficult/impossible to deploy 5-20 years Rarely used for Operations Slow (requires vendor approval) Rare Often safety dependent 24/7/365 for years Poor Use with care! Often remote and unmanned However many of the protection measures used in standard IT security frameworks can be adapted and adopted for use in the process control & SCADA environments Stefano Panzieri 37

38 CPNI Center for the Protection on National Infrastructures CPNI is formed from the merger of the National Infrastructure Security Co-ordination Centre (NISCC) and a part of MI5 (the UK's Security Service), the National Security Advice Centre (NSAC) Our advice aims to reduce the vulnerability of the national infrastructure to terrorism and other threats, keeping the UK's essential services safer Stefano Panzieri 38