Cyber-physical systems (CPS) are interconnected architectures that employ analog, digital, and communication resources for their interaction with the physical environment. CPS are the backbone of enterprise, industrial, and critical infrastructure. Thus, their vital importance, makes them prominent targets for malicious attacks aiming to disrupt their operations. Attacks targeting cyber-physical energy systems (CPES), given their mission-critical nature, can have disastrous consequences. The security of CPES can be enhanced leveraging testbed capabilities to replicate power systems operation, discover vulnerabilities, develop security countermeasures, and evaluate grid operation under fault-induced or maliciously constructed scenarios. In this paper, we provide a comprehensive overview of the CPS security landscape with emphasis on CPES. Specifically, we demonstrate a threat modeling methodology to accurately represent the CPS elements, their interdependencies, as well as the possible attack entry points and system vulnerabilities. Leveraging the threat model formulation, we present a CPS framework designed to delineate the hardware, software, and modeling resources required to simulate the CPS and construct high-fidelity models which can be used to evaluate the system's performance under adverse scenarios. The system performance is assessed using scenario-specific metrics, while risk assessment enables the system vulnerability prioritization factoring the impact on the system operation. The overarching framework for modeling, simulating, assessing, and mitigating attacks in a CPS is illustrated using four representative attack scenarios targeting CPES. The key objective of this paper is to demonstrate a step-by-step process that can be used to enact in-depth cybersecurity analyses, thus leading to more resilient and secure CPS.


翻译:网络-物理系统(CPS)是利用模拟、数字和通信资源与物理环境互动的相互关联的结构,CPS是企业、工业和关键基础设施的支柱,因此,这些系统至关重要,成为恶意袭击的显著目标,旨在破坏其运作。攻击网络-物理能源系统(CPS),由于其任务关键性质,可能产生灾难性后果。CPS的安全可以加强CPS的利用测试能力,以复制电力系统运行,发现弱点,制定安全措施,评价故障引发或恶意构筑的假设情景下的电网操作。在本文件中,我们全面概述了CPS的安全状况,重点是CPES。具体而言,我们展示了一种威胁模型方法,以准确反映CPS的元素、其相互依存关系以及可能的攻击切入点和系统的脆弱性。我们利用威胁模型设计了一个CPS框架,旨在界定CPS的硬件、软件和模型所需的模型资源,并构建了高不精确度模型模型,可用于评价系统在不利假设情景下的运行情况,重点是CPS。 系统的业绩评估正在利用C的准确度评估,从而评估了C的精确度风险度评估。

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