Cybersécurité/IA et son utilisation dans la protection et le contrôle du réseau électrique

La société

Le département de génie électrique et informatique de l'université d'État de l'Iowa est une institution de premier plan dans le domaine de la recherche sur les réseaux électriques. Sous la direction du Dr Manimaran Govindarasu, expert renommé en cybersécurité, Vivek-Kumar Singh, doctorant, mène des travaux de R&D de pointe à la croisée des réseaux électriques, de l'intelligence artificielle et de la sécurité cyber-physique afin de protéger les infrastructures critiques du réseau électrique contre des cybermenaces sophistiquées.

Les défis

• Manque de jeux de données open source en matière de cybersécurité : en raison des risques liés à la sécurité et à la confidentialité des entreprises, les services publics ne peuvent pas partager les données opérationnelles relatives aux attaques, ce qui prive les chercheurs de jeux de données réalistes pour entraîner leurs modèles d'IA et d'apprentissage automatique.
• Détection des menaces complexes : pour distinguer les commandes de contrôle du réseau inoffensives des cyberintrusions malveillantes au sein des systèmes de surveillance, de protection et de contrôle à grande échelle (WAMPAC), il est nécessaire de recourir à une modélisation dynamique de haute fidélité.
• Matériel et interaction dynamique : les relais et les synchrophaseurs (PMU) ne sont pas capables, de par leur nature, de faire la distinction entre les défauts physiques et les cyberattaques, ce qui rend nécessaire l'injection de données dynamiques réalistes.
• Latence des télécommunications multisites : la simulation de centres de contrôle et de sous-stations répartis géographiquement nécessite de prendre en compte les délais de communication et la latence réseau réels sans compromettre la précision du modèle.

La solution OPAL-RT

L'université d'État de l'Iowa a exploité le matériel, les logiciels et les protocoles de communication en temps réel d'OPAL-RT pour créer un banc d'essai cyber-physique complet :

• Mise en place d'attaques et génération d'ensembles de données : utilisation des simulateurs en temps réel OPAL-RT et ePHASORSIM pour injecter des défauts dynamiques et simuler des cyberattaques, générant ainsi des ensembles de données d'entraînement « bons et mauvais », sécurisés sur le plan de la propriété intellectuelle, destinés à l'apprentissage automatique.
• Simulation HIL Intégration (HIL) : connexion directe des relais physiques et des PMU au matériel OPAL-RT, permettant une reproduction réaliste et l'observation de la réponse dynamique en temps réel.
• Prise en charge de la communication multiprotocole : utilisation de pilotes OPAL-RT natifs pour les protocoles GOOSE (IEC 61850), DNP3 (via des pilotes OPC) et PMU (C37.118) afin d'émuler l'architecture réelle des réseaux SCADA et de synchrophaseurs.
• Fédération de co-simulation à distance : mise en relation à distance de deux simulateurs OPAL-RT — l’un situé dans l’Iowa, faisant office de centre de contrôle, et l’autre au Laboratoire de recherche de l’armée américaine (US Army Research Laboratory) dans le Maryland, modélisant des sous-stations IEEE à 39 bus — afin de mesurer un temps de latence de 26,7 ms pour les données de synchrophasors dans des conditions d’attaque.

Les résultats

• Détection d'anomalies par IA : Développement et validation réussis d'algorithmes d'apprentissage automatique capables de détecter en temps réel les anomalies dans les environnements WAMPAC, malgré la latence réelle du réseau.
• Formation à la cybersécurité pour les services publics : nous avons dispensé une formation pratique à la cybersécurité des systèmes SCADA à de grands services publics, notamment Cedar Falls Utilities (CFU), CIPCO, MidAmerican Énergie, Idaho Power Company et Corn Belt Power Cooperative (CBPC).
• Collaboration entre le secteur de la défense et les autorités fédérales : mise en place d'un banc d'essai cyber-fédéré regroupant plusieurs sous-stations, en partenariat avec le Laboratoire de recherche de l'armée américaine, dans le cadre de recherches sur la protection des réseaux électriques à des fins de défense.
• Partage de jeux de données au service du progrès scientifique : projet de mise à disposition de jeux de données non propriétaires sur les signatures d’attaques de type PMU afin d’accélérer la R&D mondiale en matière de cybersécurité des réseaux intelligents.

Lire l'article complet