Cyber ​​Threats Beyond Earth: Zabezpečení výroby ve vesmíru

Naše globální společnost je silně závislá na vesmírných technologiích. Většina z nás si uvědomuje, že určování polohy ve vesmíru, počasí a komunikační systémy jsou pro naše dopravní aktivity zásadní. Tento článek píšu v letadle, které používá GPS k bezpečnému nasměrování mého letu kolem nepříznivého počasí, které byly identifikovány satelity. Pokud dokončím tento článek za letu, nahraji jej k publikaci na Forbes prostřednictvím geosynchronního komunikačního satelitu.

Přesto by mnoho lidí bylo překvapeno, kdyby se dozvěděli, že moderní továrny jsou také závislé na satelitech. Výrobní automatizační systémy synchronizují operace více robotů na jejich výrobních linkách pomocí časových signálů, které poskytují GPS satelity. Ve skutečnosti je GPS ve skutečnosti sbírka 24 (plus náhradních) atomových hodin na oběžné dráze, z nichž každý nepřetržitě vysílá časové údaje. Váš Uber se řídí malými rozdíly v časovém signálu vycházejícím ze čtyř nebo více satelitů, které jsou způsobeny zpožděním signálu k vaší relativní poloze. Znáte-li rychlost světla (299,792,458 XNUMX XNUMX m/s), váš telefon vypočítává vzdálenosti a lokalizuje vaši polohu pomocí jednoduché trigonometrie… každopádně jednoduché pro chytrý telefon.

Moderní automatizované výrobní linky jsou nejen skvěle načasované, ale jsou také vysoce propojené, dálkově programovatelné, monitorované a řízené. V důsledku toho je kybernetická doména stále důležitější hrozba pro výrobce. Počítačové návrhářské stanice a servery jsou jasným cílem hackerů, ale jakýkoli kompromitovaný digitalizovaný výrobní systém může poskytnout cenná proprietární data. Dokonce i soubory z programovatelných obráběcích strojů tiskáren mohou odhalit mnoho o produktech, které vyrábějí. Ztráta těchto informací může ohrozit duševní vlastnictví výrobce a jeho klientů.

V oblasti letectví a kosmonautiky je mnoho vyráběných produktů klasifikováno nebo spadá do širší kategorie Kontrolované neutajované informace (CUI) a jsou aktivně vyhledávány zahraničními protivníky. Zabezpečení průmyslových robotů, řezaček vodním paprskem a 3D tiskáren před státem sponzorovanými kybernetickými narušiteli je náročným úkolem pro tovární IT oddělení. Zabezpečení programových souborů a souborů dílů pro tyto systémy během jejich přenosu je neméně důležitým úkolem která je často přehlížena.

Zranitelnost je skutečná. Před více než deseti lety počítačový virus Windows, známý jako Stuxnet, byl navržen tak, aby detekoval počítače připojené k systémům programovatelného logického řízení Siemens S7, běžnému řídicímu systému výrobních strojů. Pokud se zdálo, že kontrolor provozuje centrifugu na obohacování uranu, soubory byly přeneseny a operace tohoto výrobního procesu byly nenápadně nakřivo. Stuxnet výrazně přerušil íránskou produkci jaderného materiálu. I když se obecně předpokládá, že Stuxnet byl produktem společného úsilí americko-izraelské vlády, měli bychom předpokládat, že naši protivníci podobné kybernetické zbraně aktivně používají.

Vraťme se do vesmíru a podívejme se na důsledky kybernetické bezpečnosti pro výrobu robotů na oběžné dráze. Ano, vesmírné továrny jsou skutečnou, vznikající doménou. Prostředí mikrogravitace umožňuje výrobu produktů, které na Zemi vyrobit nemůžeme. Patří mezi ně úžasně dokonalé krystaly, jedinečné a superčisté materiály, revoluční léky a dokonce i bio-tištěné orgány. Některé z těchto produktů, jako je ultra-výkonný optický kabel, poskytují dostatečnou hodnotu, že jejich umístění ve vesmíru – i při dnešních relativně vysokých letových nákladech – slibuje velmi zdravý zisk.

NASA uznává vesmírná výroba jako důležitou technologii, která může být přínosem pro vlastní poslání agentury. Spolu s vesmírným turismem je to také kritický podnikatelský sektor v blízké budoucnosti rozvoje vesmírné ekonomiky. Nedávno jsem vedl přehled obchodních modelů pro Johnsonovo vesmírné středisko Výrobní aplikace ve vesmíru (InSPA) program. Pod InSPA, NASA oceněno osm výrobní týmy příležitost letět se svým výrobním projektem do vesmíru. NASA a Národní laboratoř ISS poskytne těmto začínajícím výrobním závodům prostor ve stojanu a čas potřebný pro astronauty pro jejich testovací běhy. Ocenění také obdrží hromadnou přepravu potřebnou k vrácení jejich vyrobených produktů na Zemi. Cílem je poskytnout americkým firmám oporu ve vesmíru, zatímco čekáme na komercializaci Low Earth Orbit (LEO).

Několik společností plánuje nasazení komerční orbitální vesmírné stanice během několika příštích let. Jejich modely příjmů často závisí na vzniku životaschopné vesmírné výroby. Jak si dokážete představit, čas astronautů je drahý. NASA uvádí až 700,000 XNUMX dolarů za hodinu. Přestože komerční provoz tuto hodnotu výrazně sníží, automatizace vesmírných výrobních systémů je požadavkem, nikoli možností.

Konečná aplikace pro mimoplanetární výrobu poskytuje soběstačnost pro zařízení ve vesmíru. Když díly a nástroje rozbití na vesmírné stanici, je mnohem efektivnější tisknout náhrady na místě. To snižuje náklady, eliminuje obrovské dopravní zpoždění a zvyšuje odolnost. Nefunkční díly lze recyklovat do nových vláken 3D tiskárny a znovu vytisknout, což dále snižuje závislost na surovinách na Zemi. The Redwire Regolith projekt učinil slibné kroky k tomu tím, že vyrábí 3D tištěné struktury s regolitem, anorganickou „špínou“ z měsíčního nebo marťanského povrchu. Relativní prostor, jehož 3D vytištěná raketa Terran je příprava ke spuštění na Cape Canaveral plánuje jednoho dne vytisknout celé rakety na Měsíci na Marsu za použití materiálů z místních zdrojů. Hlavní předností automatizované vesmírné výroby je schopnost přenášet návrhy a aktualizace ze Země spíše než materiály. To je také vážný problém v oblasti kybernetické bezpečnosti.

Bezpečné přenosy těchto souborů a další komunikace jsou zásadní, protože vesmírné systémy se ukázaly jako cíle kybernetických útoků. Hodinu před tím, než Rusko napadlo Ukrajinu, spustilo a vesmírný kybernetický útok v síti KA-SAT společnosti Viasat, odpojující uživatele na Ukrajině a jinde v Evropě. Exponenciální šíření malých satelitů, které jsou v současné době vypouštěny na oběžnou dráhu, nabídne nové útočné plochy nepřátelským státům i nestátním subjektům.

Minulý rok jsem měl tu čest pracovat jako externí zkoušející pro DPhil viva (PhD disertační práce) Jamese Pavura, Rhodes Scholar studujícího informatiku na Oxfordu. Práce dr. Pavura o vesmírné kybernetické bezpečnosti odhalila, že vesmírné komunikační technologie jsou pozoruhodně zranitelné vůči zachycení. Protokoly satelitní komunikace upřednostňují vymáčknutí nejlepšího výkonu z připojení s nízkou šířkou pásma a jsou sužovány latencí, zpožděními způsobenými rádiovými signály překračujícími vesmírné vzdálenosti, a to i rychlostí světla. Tyto faktory mohou způsobit, že tradiční bezpečnostní technologie, jako je VPN, jsou nepraktické a mnoho vesmírných komunikací je pouze nešifrovaných. Dr. Pavur a další ukázali, že je dokonce možné vkládat nová data do komunikačních toků z potenciálně hanebných důvodů. Takový útok by mohl poškodit produkt nebo samotný výrobní systém. Mohlo by to dokonce potenciálně sabotovat vesmírné vozidlo nebo stanoviště a ublížit vesmírným plavcům. Vzhledem k vzájemné závislosti moderních systémů by škody způsobené jakýmkoli vesmírným aktivům měly dominový efekt a potenciálně by generovaly těžké finanční ztráty pro firmy a jednotlivce, kteří si zcela neuvědomují, že se spoléhají na zranitelné vesmírné systémy.

Objevují se řešení. Ve své roli hostujícího profesora v Ústav pro bezpečnostní vědu a technologii (ISST) na Imperial College London jsem narazil na britský startup, který se zabýval tímto problémem. DEFEND3D vyvinula protokol Secure Streaming Transfer Protocol, který umožňuje bezpečné digitální dodávání dat dílů na vzdálená místa bez nutnosti přenosu souborů, čímž eliminuje bezpečnostní riziko spojené s přenosem celého 2D nebo 3D aktiva. Toho je dosaženo použitím nepřetržitého, dynamického toku pro širokou škálu výrobních zařízení s šířkou pásma až 3 kbps. Tato technologie by mohla poskytnout základy bezpečné vzdálené výroby v mimozemském prostředí a umožní rychlé navrhování prototypů, iteraci a testování na ISS, budoucích komerčních stanicích a měsíčním povrchu.

Budoucnost výroby ve vesmíru je neuvěřitelně jasná, ale je třeba být ostražití. Kybernetickou bezpečnost musíme zabudovat do vesmírné výroby od samého začátku, než utrpíme „špatný den“, nikoli v reakci na něj.