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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Industrial Internet of Things (IIoT) plays a central role for the Fourth Industrial Revolution.
In the scope of Industry 4.0 many specialists of the field are working together
towards implementing large scalable, reliable and secure Industrial environments. However,
existing environments are lacking security standards and have limited resources per
component which results in various security britches such as trust in between the components,
partner factories or remote control units with the system. Due to the resilience
and it’s security properties, combining blochchain-based solutions with IIoT environments
is gaining popularity. Despite that, chain-structured classic blockchain solutions are extremely
resource-intensive and are not suitable for power-constrained IoT devices. To
mitigate the security challenges presented above a secure architecture is proposed by using
a DAG-structured asynchronous blockchain which can provide system security and
transactions efficiency at the same time. Use-cases and sequence diagrams were created to
model the solution and a security threat analysis of the architecture is made. Threat analysis
is performed based on STRIDE methodology and provides us in depth understanding
how our security architecture mitigates the threats and reveals also open challenges. The
results are robust, supported by extensive security evaluation, which foster future development
over the proposed architecture. Therefore, the contributions made are valid, and
as the architecture is generic, will be possible to deploy it in diverse custom industrial environments.
The flexibility of the architecture will allow incorporation of future hardware
and software development in the field.
A Internet das Coisas Industriais (IIoT) tem um papel central na quarta revolução industrial. Na área da Indústria 4.0 muitos especialistas colaboram com o objetivo de criar ambientes industriais escaláveis, confiáveis e seguros. No entanto, os cenários existentes carecem de normas de segurança, os recursos dos componentes são limitados, que levam a várias falhas de segurança que impedem a confiança entre dos diversos componentes, entre fábricas parceiras e entre unidades de controlo remoto de sistemas. Soluções suportadas por blockchain em ambientes IIoT estão a ganhar popularidade, principalmente devido à resiliência e propriedades de segurança da blockchain. No entanto, as soluções baseadas em blockchain clássicas estruturadas em cadeia fazem uso intensivo dos recursos, o que as torna não adequadas pra dispositivos IoT com restrição de energia. Para mitigar os desafios apresentados, propõe-se uma arquitetura segura que recorre a uma blockchain assíncrona com uma estrutura DAG, que procura fornecer segurança e eficiência nas transações. Casos de uso e diagramas sequência foram criados para modelar a solução e é realizada uma análise de ameaças de segurança à arquitetura. A análise recorre à metodologia STRIDE e fornece informação de como a nossa proposta mitiga as ameaças e revela também os desafios em aberto. Os resultados da avaliação demonstram que esta abordagem é robusta permitindo o desenvolvimento futuro da arquitetura proposta. As contribuições deste trabalho são validas, e como a arquitetura é genérica, será possível a implantar em diversas ambientes indústrias específicos. A flexibilidade da arquitetura permitirá a incorporar os futuros desenvolvimentos na área sejam hardware e/ou software.
A Internet das Coisas Industriais (IIoT) tem um papel central na quarta revolução industrial. Na área da Indústria 4.0 muitos especialistas colaboram com o objetivo de criar ambientes industriais escaláveis, confiáveis e seguros. No entanto, os cenários existentes carecem de normas de segurança, os recursos dos componentes são limitados, que levam a várias falhas de segurança que impedem a confiança entre dos diversos componentes, entre fábricas parceiras e entre unidades de controlo remoto de sistemas. Soluções suportadas por blockchain em ambientes IIoT estão a ganhar popularidade, principalmente devido à resiliência e propriedades de segurança da blockchain. No entanto, as soluções baseadas em blockchain clássicas estruturadas em cadeia fazem uso intensivo dos recursos, o que as torna não adequadas pra dispositivos IoT com restrição de energia. Para mitigar os desafios apresentados, propõe-se uma arquitetura segura que recorre a uma blockchain assíncrona com uma estrutura DAG, que procura fornecer segurança e eficiência nas transações. Casos de uso e diagramas sequência foram criados para modelar a solução e é realizada uma análise de ameaças de segurança à arquitetura. A análise recorre à metodologia STRIDE e fornece informação de como a nossa proposta mitiga as ameaças e revela também os desafios em aberto. Os resultados da avaliação demonstram que esta abordagem é robusta permitindo o desenvolvimento futuro da arquitetura proposta. As contribuições deste trabalho são validas, e como a arquitetura é genérica, será possível a implantar em diversas ambientes indústrias específicos. A flexibilidade da arquitetura permitirá a incorporar os futuros desenvolvimentos na área sejam hardware e/ou software.
Description
Dupla diplomação com a National Polytechnic University of Armenia
Keywords
IIoT Industry 4.0 Trust Blockchain Cybersecurity