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Resilience estimation of cyber-physical systems via quantitative metrics

Michel Barbeau, Frédéric Cuppens, Nora Boulahia Cuppens, Romain Dagnas et Joaquin Garcia-Alfaro

Article de revue (2021)

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Abstract

This paper is about the estimation of the cyber-resilience of CPS. We define two new resilience estimation metrics: k-steerability and l -monitorability. They aim at assisting designers to evaluate and increase the cyber-resilience of CPS when facing stealthy attacks. The k-steerability metric reflects the ability of a controller to act on individual plant state variables when, at least, k different groups of functionally diverse input signals may be processed. The l -monitorability metric indicates the ability of a controller to monitor individual plant state variables with l different groups of functionally diverse outputs. Paired together, the metrics lead to CPS reaching (k, l )-resilience. When k and l are both greater than one, a CPS can absorb and adapt to control-theoretic attacks manipulating input and output signals. We also relate the parameters k and l to the recoverability of a system. We define recoverability strategies to mitigate the impact of perpetrated attacks. We show that the values of k and l can be augmented by combining redundancy and diversity in hardware and software, in order to apply the moving target paradigm. We validate the approach via simulation and numeric results.

Mots clés

Cyber-physical systems ; control theory ; cyber-resilience ; covert attacks ; security metrics ; attack remediation ; recoverability ; resilience estimation

Sujet(s): 2500 Génie électrique et électronique > 2500 Génie électrique et électronique
2500 Génie électrique et électronique > 2507 Systèmes de télécommunications
2500 Génie électrique et électronique > 2508 Réseaux de télécommunications
Département: Département de génie informatique et génie logiciel
URL de PolyPublie: https://publications.polymtl.ca/9324/
Titre de la revue: IEEE Access (vol. 9)
Maison d'édition: IEEE
DOI: 10.1109/access.2021.3066108
URL officielle: https://doi.org/10.1109/access.2021.3066108
Date du dépôt: 27 févr. 2023 10:33
Dernière modification: 05 avr. 2024 13:41
Citer en APA 7: Barbeau, M., Cuppens, F., Boulahia Cuppens, N., Dagnas, R., & Garcia-Alfaro, J. (2021). Resilience estimation of cyber-physical systems via quantitative metrics. IEEE Access, 9, 46462-46475. https://doi.org/10.1109/access.2021.3066108

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