Search

Traditional availability, reliability, and safety models face the dimension problem due to a huge number of components in modern systems, motivating further research in this field. This paper focuses on multi-fragmental and multiphase models for availability and functional safety assessment of the information and control (I&C) systems with two-cascade redundancy considering design faults manifestation during operation. The methodology of the research is based on Markov and semi-Markov chains with the utilization of multi-phase modeling. Several multi-phase models are developed and investigated considering different conditions of operation and failures caused by version faults. The case study of the research is based on the analysis of safety-critical nuclear power plant I&C systems such as the reactor trip systems developed using the programmable platform RadICS.

У сучасному світі питання кібербезпеки є одним із найважливіших, особливо в контексті динамічного розвитку веборієнтованих індустріальних систем Інтернету речей (IoT). Предметом дослідження є забезпечення кібербезпеки веборієнтованих індустріальних IoT-систем. Мета статті – аналіз наявних методів аналізу кібербезпеки, виявлення обмежень і формування вимог до нової концепції оцінювання, що передбачає шляхи усунення виявлених обмежень. Завдання, що розв’язуються: аналіз методів, засобів і технологій організації веборієнтованих індустріальних IoT-систем і питань забезпечення їх кібербезпеки. Застосовані методи: аналіз джерел, системний аналіз. Результати дослідження. Аналіз джерел показав, що проблема забезпечення кібербезпеки індустріальних IoT-систем є актуальною завдяки використанню в одній системі новітніх інформаційних технологій (ІТ) і традиційних операційних технологій (ОТ), таких як індустріальні протоколи тощо. Крім того, постійне зростання кількості та різновидів атак, спрямованих саме на індустріальні IoT-системи, є додатковими рушіями подальшого розвитку методів оцінювання та забезпечення кібербезпеки. Пропонується узагальнена концепція оцінювання та забезпечення кібербезпеки веборієнтованих індустріальних IoT-систем, яка містить етапи ідентифікації, аналізу, підвищення захищеності, виявлення та захисту. Висновки. Питання забезпечення кібербезпеки веборієнтованих індустріальних IoT-систем є надзвичайно актуальним, а наявні методи аналізу й засоби забезпечення не повністю задовольняють вимоги до таких систем. Саме тому розроблення та застосування запропонованої концепції оцінювання та забезпечення кібербезпеки дасть змогу суттєво вплинути на підвищення кібербезпеки індустріальних IoT-систем.

The paper presents a mapping study of safety and cybersecurity assessment techniques used in critical industries such as nuclear power plants, the oil and gas sector, autonomous vehicles, railways, etc., with particular emphasis on instrumentation and control systems (I&C). Modern I&Cs are complex electronic systems comprising thousands of components, therefore their reliability and safety when employed in critical application domains are challenging. With the development and integration of Industry 4.0 technologies such systems become more open for communication and flexible usage due to gradual interconnection with public networks and the Internet, but new cybersecurity and safety challenges are introduced. This paper states research questions and provides analysis results of recent relevant sources. Initially, 320 records (acquired between 2018 and 2022 inclusive) were identified. Later on, 187 studies were processed to check eligibility criteria. Overall, this mapping study includes 49 papers, after examining the pre-defined criteria and guidelines. The results of the analysis performed allow to systemize techniques being utilized in practice right now, as well as to identify trends of further techniques development. In fact, although the techniques used are not novel and most of them have been used for decades, our study shows that there are still some new trends in this field. In particular, the unified safety and cybersecurity assessment technique is a promising research direction, worth further investigation.

The entropy-oriented approach called security- or cybersecurity-informed safety (SIS or CSIS, respectively) is discussed and developed in order to analyse and evaluate the safety and dependability of autonomous transport systems (ATSs) such as unmanned aerial vehicles (UAVs), unmanned maritime vehicles (UMVs), and satellites. This approach allows for extending and integrating the known techniques FMECA (Failure Modes, Effects, and Criticality Analysis) and IMECA (Intrusion MECA), as well as developing the new SISMECA (SIS-based Intrusion Modes, Effects, and Criticality Analysis) technique. The ontology model and templates for SISMECA implementation are suggested. The methodology of safety assessment is based on (i) the application and enhancement of SISMECA considering the particularities of various ATSs and roles of actors (regulators, developers, operators, customers); (ii) the development of a set of scenarios describing the operation of ATS in conditions of cyberattacks and physical influences; (iii) AI contribution to system protection for the analysed domains; (iv) scenario-based development and analysis of user stories related to different cyber-attacks, as well as ways to protect ATSs from them via AI means/platforms; (v) profiling of AI platform requirements by use of characteristics based on AI quality model, risk-based assessment of cyberattack criticality, and efficiency of countermeasures which actors can implement. Examples of the application of SISMECA assessment are presented and discussed.

Safety assessment of modern critical instrumentation and control systems is a complicated process considerably dependent on expert techniques, single/multiple faults consideration scope, other assumptions, invoked limitations, and support tools used during the assessment process. Ignoring these assumptions, as well as the significance of expert and tool influence, could lead to such effects as functional safety underestimation or overestimation in such a manner that functional safety assessment correctness and accuracy are affected. This paper introduces XMECA (x modes, effects, and criticality analysis, where x could be from different known techniques and domains—failures in functional safety, vulnerabilities and intrusions regarding cybersecurity, etc.) as a key technique of safety assessment. To verify the results obtained as XMECA deliverables, expert and uncertainty modes, effects, and criticality analysis (EUMECA) is performed, in particular focusing on decisions and judgments made by experts. Scenarios for processing verbal and quantitative information of XMECA tables from experts are offered. A case study of a possible functional safety assessment approach that considers the above-mentioned techniques and a supporting tool is provided. To assess the trustworthiness of safety analysis and estimation using XMECA, a set of the metrics is suggested. Features of adapting the suggested method for security assessment considering intrusions, vulnerabilities, and effects analysis (IMECA technique) are discussed.

Предметом досліджень статті є резервовані структури складних систем (РСС), зокрема, керуючих систем безпеки АЕС, енергомереж, аерокосмічних систем, інших комплексів критичного застосування (ККЗ). Метою є розроблення і дослідження моделей надійності (безвідмовності) таких РСС з урахуванням засобів оброблення інформації та комунікацій ККЗ. Завдання: 1) сформувати множину РСС, які базуються на мажоритарному резервуванні за принципом «2-з-3» і дублюванні за принципом «1-з-2» засобів оброблення інформації та комунікацій при послідовно-паралельних і місткових з’єднаннях елементів; 2) розробити структурні схеми надійності (ССН), математичні (аналітичні) моделі безвідмовності РСС з каскадним резервуванням «2-з-3» і «1-з-2»; 3) дослідити ці моделі і визначити залежності ймовірностей безвідмовної роботи різних РСС від часу, інтенсивностей відмов засобів оброблення інформації та комунікацій, мажоритарних елементів, елементів «1-з-2»; 4) сформулювати рекомендації щодо вибору типів РСС залежно від значень вхідних параметрів та вимог до систем. Для цього використовувались методи теорії множин, теорії ймовірностей, комбінаторного аналізу. Отримано такі результати. Запропоновано множину РСС з різними варіантами резервування і з’єднання ярусів «2-з-3», розроблено і досліджено відповідні ССН і математичні моделі безвідмовності та сформульовано рекомендації щодо їх використання залежно від вхідних параметрів. Висновки. Наукова новизна отриманих моделей полягає в наступному: вони надають аналітичну оцінку для РСС з різними варіантами каскадів «2-з-3» і «1-з-2 з урахуванням засобів оброблення інформації та комунікацій ККЗ.