The increasing interaction of industrial control systems (ICSs) with public networks and digital devices introduces new cyber threats to power systems and other critical infrastructure. Recent cyber-physical attacks such as Stuxnet and Irongate revealed unexpected ICS vulnerabilities and a need for improved security measures. Intrusion detection systems constitute a key security technology, which typically monitors cyber network data for detecting malicious activities. However, a central characteristic of modern ICSs is the increasing interdependency of physical and cyber network processes. Thus, the integration of network and physical process data is seen as a promising approach to improve predictability in real-time intrusion detection for ICSs by accounting for physical constraints and underlying process patterns. This work systematically assesses machine learning-based cyber-physical intrusion detection and multi-class classification through a comparison to its purely network data-based counterpart and evaluation of misclassifications and detection delay. Multiple supervised detection and classification pipelines are applied on a recent cyber-physical dataset, which describes various cyber attacks and physical faults on a generic ICS. A key finding is that the integration of physical process data improves detection and classification of all considered attack types. In addition, it enables simultaneous processing of attacks and faults, paving the way for holistic cross-domain root cause identification.


翻译:工业控制系统(ICS)与公共网络和数字装置之间日益增强的相互作用,给电力系统和其他关键基础设施带来了新的网络威胁。最近的网络物理攻击,例如Stuxnet和Irongate,揭示了ICS出乎意料的弱点,需要改进安全措施。入侵探测系统是一种关键的安全技术,通常监测网络数据以发现恶意活动。然而,现代ICS的一个中心特征是物理和网络网络网络程序日益相互依存。因此,将网络和物理过程数据结合起来被视为一种很有希望的方法,通过计算物理限制和基本过程模式,提高ICS实时入侵探测的可预测性。这项工作系统地评估了基于机械学习的网络-物理入侵探测和多级分类,将其与纯粹基于网络的数据的对应系统进行比较,并对错误分类和检测延误进行评估。多种受监督的检测和分类管道被用于最近的网络物理数据集,该数据集描述了各种网络袭击和一般ICS的物理缺陷。一项关键发现是,物理过程数据的整合改进了所有考虑的攻击类型的探测和分类。此外,它能够同时处理袭击和断层识别。

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