Protecting an Industrial AC Drive Application against Cyber Sabotage
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
S3016
Degree programme
Language
en
Pages
15+118
Series
Abstract
Vuonna 2010 havaittua, erittäin kehittynyttä tietokonevirusta nimeltä Stuxnet on kuvailtu myös ensimmäiseksi kybersodan aseeksi, koska eri lähteiden mukaan se tuhosi vähintään 1 000 uraania rikastavaa kaasusentrifugia Iranissa. Tämä kybersabotaasi suoritettiin tunkeutumalla teolliseen ohjausjärjestelmään, kytkemällä sentrifugeja ohjaavien taajuusmuuttajien suojatoiminnot pois päältä ja pyörittämällä niitä niin suurilla nopeuksilla, että keskipakoisvoimat aiheuttivat roottoreiden repeämisen. Dekantterit ovat toisenlaisia sentrifugeja, joita käytetään erottamaan kiinteät aineet nestemäisistä useilla eri teollisuudenaloilla, kuten esimerkiksi vedenkäsittelyssä ja kaivostoiminnassa. Dekantterisentrifugit, eli tarkemmin kiinteärumpuiset, ruuvipurkuiset lingot, käyvät usein epätahtikoneilla ja taajuusmuuttajilla. Olettaen, että Stuxnet-tapauksen kaltainen tuho voidaan estää sopivilla turvajärjestelmillä, toimenpiteitä dekantterilingon suojelemiseksi tutkittiin käyttäen kirjallisuutta ja nykyistä tietoturva- ja henkilöturvaominaisuustarjontaa seuraavilta uudenaikaisilta taajuusmuuttajilta, joissa on Ethernet-pohjainen kenttäväyläyhteys: ABB ACS880-01, Rockwell Allen-Bradley PowerFlex 755 ja Siemens SINAMICS S110. Rajoitetun arvioinnin tuloksena taajuusmuuttajien pahin kyberturvallisuuteen liittyvä haavoittuvuus on tyypillinen monille kenttäväyliä käyttäville automaatiolaitteille: täysivaltainen asetusten muutos on mahdollista oletusarvoisesti ilman minkäänlaista käyttäjähallintaa. Kuitenkin toiminnallisen turvallisuuden asetukset voidaan suojata salasanalla, joten standardoitu turvafunktio nimeltä turvallisesti rajoitettu nopeus on toteuttamiskelpoinen ratkaisu dekantterilingon suojelemiseksi kybersabotaasilta. Liitteenä olevaa tarkistuslistaa seuraamalla dekanttereissa käytettävät taajuusmuuttajat voidaan konfiguroida mahdollisimman hyvin kyberturvallisuuden kannalta.Discovered in 2010, the highly advanced computer virus called Stuxnet, also described as the first weapon of cyber warfare, reportedly destroyed at least 1,000 gas centrifuges enriching uranium in Iran. This kind of act of cyber sabotage was conducted by compromising the industrial control system, disabling protection functions of AC drives running the centrifuges, and making them spin at such high speeds that centrifugal forces caused their rotors to rupture. Decanters are another type of centrifuges used to separate solids from liquids in many industries including water treatment and mining for example. Also known as solid-bowl, scroll-discharge centrifuges, decanters are commonly powered by induction motors and AC drives. Assuming havoc similar to the Stuxnet case can be prevented with suitable safety systems, a review was conducted on the protection methods for decanter centrifuges based on literature and the current security and safety features of the following modern AC drives with Ethernet-based fieldbus connectivity: ABB ACS880-01, Rockwell Allen-Bradley PowerFlex 755, and Siemens SINAMICS S110. As a result of the limited assessment, the worst vulnerability related to cybersecurity of the AC drives is typical to many automation devices using fieldbuses: total configuration is possible remotely without any authentication by default. However, the functional safety configuration can be protected by means of a password, therefore allowing a standardized safety function called safely-limited speed (SLS) to become a viable solution for protecting the decanter centrifuge against cyber sabotage. By following the supplied checklist, it is possible to configure AC drives used with decanters optimally in terms of cybersecurity.Description
Supervisor
Hinkkanen, MarkoThesis advisor
Kärnä, Mika J.Keywords
industrial, AC drive, cyber, sabotage, Stuxnet, decanter, centrifuge, Ethernet, safety, security, cybersecurity, ICS, SCADA, automation, fieldbus, functional safety, frequency converter, induction motor, protection, teollinen, taajuusmuuttaja, kyber, sabotaasi, kybersabotaasi, dekantteri, sentrifugi, linko, turvallisuus, tietoturva, kyberturvallisuus, automaatio, kenttäväylä, toiminnallinen turvallisuus