遠方の嵐から発生する副次チャネル信号や落雷は、いつの日か、ハッカーが電力変電所やその他の重要インフラを妨害するのを防ぐのに役立つ可能性があると、新しい研究が指摘しています。
セキュリティ担当者は、独立した監視システムを用いて変電所の機器から発せられる電磁信号を分析し、ハッカーが遠隔機器を使ってスイッチや変圧器を改ざんしているかどうかを判断できる可能性があります。
数千マイル離れた場所から届く雷の背景信号は、それらの信号を認証し、悪意のある主体がシステムに偽の監視情報を注入することを防ぐことになります。
研究者らは、2つの異なる電力会社の変電所でこの概念を検証し、広範なモデリングとシミュレーションも行いました。彼らは、「技術」と呼ばれる、無線周波数ベースの分散型侵入検知システム（RFDIDS）について、サンディエゴで開催された2019年のネットワーク・分散システムセキュリティシンポジウムで発表しました。
「変電所の機器の周囲の磁場を変化させるあらゆる攻撃を、遠隔から検知できるはずです」と、ジョージア工科大学電気・コンピュータ工学部教授であり、Fortiphyd Logic, Inc.の共同創設者でもあるRaheem Beyah氏は述べています。「変電所で特定の動作が行われたかどうかを判断するために、物理現象を利用しているのです。」
2015年の攻撃
変電所の遮断器を開いて停電を引き起こすことは、電力網攻撃の一つの可能性です。2015年12月、攻撃者はこの手法を用いてウクライナで23万人の電力供給を停止させました。攻撃者は30か所の変電所で遮断器を開き、監視システムに侵入して、電力網の運用者に電力網が正常に稼働していると思い込ませました。さらに、攻撃者はコールセンターも攻撃し、顧客が運用者に状況を伝えられないようにしました。
「電力網は非常に大規模であるため、安全に保護することが困難です」とBeyah氏は述べています。「発電所から家庭の電化製品まで電気的に接続されています。この電気的接続があるため、ハッカーが攻撃を仕込める箇所が数多く存在する可能性があります。だからこそ、電力網システムで何が起きているかを知るための独立した方法が必要なのです。」
この独立したアプローチでは、変電所内または近辺に設置したアンテナを用いて、機器が発する固有の無線周波数による「副次チャネル」の特徴を検出します。この監視は、現在電力網の監視と制御に使用されているシステムとは独立して機能します。
「電力網上のいかなるものも信用せずに、RF受信機を用いて、「開く」動作の形をした衝撃が発生したかどうかを判断できます」とBeyah氏は述べています。「このシステムは60ヘルツで動作し、そこで動作する他のシステムはほとんどないため、監視対象を確実に特定できます。」
雷の残響
ただし、ハッカーは偽の信号を挿入して攻撃を隠蔽する方法を見つけ出す可能性があります。そこで登場するのが、「スフェリックス」として知られる雷の放射です。
「落雷が地面に達すると、数マイルの高さに及ぶ電気的経路が形成され、数十万アンペアもの電流を運ぶ可能性があります。そのため、エネルギーを放射する非常に強力なアンテナとなります」と、電気・コンピュータ工学の准教授であるMorris Cohen氏は述べています。各落雷は、超長波（VLF）帯域の信号を発生させ、上層大気で反射して長距離を伝わることができます。
「雷からの信号は、ジグザグに行き来しながら地球を一周することもあります」とCohen氏は述べています。「例えば、南米で発生した雷は、アトランタでも容易に検出できます。雷が世界中で何度も反響しているのも確認されています。」
遠隔から変電所を監視するセキュリティ担当者は、60Hzの変電所信号の背後にある雷を、米国内の約7万か所のその他の変電所や、世界的な雷データベースなど、他の情報源の雷データと比較できるでしょう。これにより情報の真正性を確認できます。雷は平均して毎日300万回以上発生しているため、認証の機会は十分にあるとCohen氏は指摘しています。
「たとえRF受信機のデータフィードをデジタルで合成できたとしても、現実味のあるものを生成するのは困難です。なぜなら、当社の受信機が検出する落雷のパルスの形状は、落雷からの距離、時刻、緯度などの要素によって変化するからです」とCohen氏は述べています。「雷の信号を合成するには、大量のリアルタイム計算と高度な物理学の知識が必要になるでしょう。」
重要な電力網
2つの異なる電力会社と協力し、研究者らは変電所の保守のために遮断器をオフにした際に発生するRF信号を分析しました。また、コンピュータシミュレーションを用いて、システムに対する潜在的な攻撃も検証しました。
「雷の閃光による信号は非常に特徴的です。持続時間は約1ミリ秒と短く、周波数範囲は非常に広いのです」とCohen氏は述べています。「地球上で同様のものを発生させることが知られている他の現象は核爆発だけです。電力網からの放射はまったく異なり、雷のパルスのようなものは一切見られないため、信号を十分に区別できます。」
研究者らはRFDIDSについて仮特許を出願しており、機器メーカーに依存しない当該セキュリティ戦略をさらに改良したいと考えています。Beyah氏は、他のRF発信機器のリモート監視への応用は電力業界の枠を超える可能性があると考えています。例えば、このシステムは、列車が存在するかどうかを交通事業者に伝えることができます。
「電力網は当社にとって最も重要なインフラです」とBeyah氏は述べています。「電力がなければ、他のすべてが意味をなさないのです。」
