ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ НЕПОМІТНИХ КІБЕРАТАК НА СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ОБ

Oleksii Novikov; Mykola Ilin; Iryna Stopochkina; Mykola Ovcharuk

doi:10.20535/kpisn.2025.1.322905

Т. 138 · № 1 · 2025 кві 24, 2025 статті

ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ НЕПОМІТНИХ КІБЕРАТАК НА СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ОБ

Oleksii Novikov Відповідальний Education and scientific institute of physics and technology , Ukraine Україна

Mykola Ilin Education and scientific institute of physics and technology , Ukraine Україна

Iryna Stopochkina Education and scientific institute of physics and technology , Ukraine Україна

Mykola Ovcharuk Education and scientific institute of physics and technology , Ukraine Україна

Опублікованокві 24, 2025

PDF

НВКПІ 1 ТОМ 138 · 1

ТОМ 138 · № 1 · 2025 Переглянути випуск

Анотація

Background. The integration of industrial control systems with modern network technologies has led to a significant increase in cyber attacks targeting critical infrastructure. Detection and mitigation methods for such attacks remain underdeveloped, necessitating the advancement of mathematical frameworks capable of identifying attack parameters in such systems. Objective. The objective of this study is to develop and investigate the parameters of a stealthy attack on a critical infrastructure control system. The attack serves as a testing tool for cybersecurity systems by evading standard fault detection mechanisms. Methods. The industrial control system model is represented as a differential equation. Parameters of an additive attack on the control system are introduced. A fault detection criterion is defined. The problem of determining attack parameters is addressed using optimal state control methods, employing the Lagrangе functional and the gradient descent method. Results. A new method and corresponding algorithm for identifying malicious control distortions using variational optimization and the fast gradient descent method are proposed. A computational experiment confirms the effectiveness of the proposed algorithm. Conclusions. A stealthy attack aimed at modifying control signals in critical infrastructure management systems, capable of bypassing standard fault detectors, is examined. The proposed method and algorithm can be utilized in penetration testing to assess the security of automated control systems in industrial critical infrastructure. The algorithm’s functionality has been validated through computational experiments.

Ключові слова

#Control Theory #Cybersecurity #Stealthy Attacks #Parameter Identification

Посилання

Y. Hu, H. Li, H. Yang, Y. Sun, L. Sun, and Z. Wang, "Detecting stealthy attacks against industrial control systems based on residual skewness analysis," EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, vol. 74, pp. 1–14, 2019, doi: https://doi.org/10.1186/s13638-019-1389-1
Y. Wang, M. C. Vuran, and S. Goddard, "Cyber-physical systems in industrial process control," ACM Sigbed Review, vol. 5, no. 1, pp. 1–2, 2008, doi: https://doi.org/10.1145/1366283.1366295 .
A. M. Mohan, N. Meskin, and H. Mehrjerdi, "A comprehensive review of the cyber-attacks and cyber-security on load frequency control of power systems," MDPI Energies, vol. 13, no. 3860, pp. 1–33, 2020. [Online]. Available: https://www.mdpi.com/1996-1073/13/15/3860 .
H. S. Sánchez, D. Rotondo, T. Escobet, V. Puig, and J. Quevedo, "Bibliographical review on cyber attacks from a control oriented perspective," Annual Reviews in Control, vol. 48, pp. 103–128, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.arcontrol.2019.08.002 .
O. Novikov, M. Shreider, I. Stopochkina, M. Ilin, “Cyber Attacks Simulation for Modern Energy Facilities”, CEUR Workshop Proceedings. Selected Papers of the XXIII International Scientific and Practical Conference "Information Technologies and Security" (ITS 2023), vol.3887, pp. 35-49. [Online]. Available: https://ceur-ws.org/Vol-3887/ .
L. Alekseichuk, O. Novikov, A. Rodionov, and D. Yakobchuk, "Cyber security logical and probabilistic model of a critical infrastructure facility in the electric energy industry," Theoretical and Applied Cybersecurity, vol. 5, no. 1, pp. 61–66, 2023, doi: https://doi.org/10.20535/tacs.2664-29132023.1.287365 .
M. Syfert, A. Ordys, J. Maciej Koscielny, P. Wnuk, J. Mozaryn, and K. Kukielka, "Integrated approach to diagnostics of failures and cyber-attacks in industrial control systems," MDPI Energies, vol. 15, no. 17, pp. 1–24, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/en15176212 .
A. A. Cardenas, S. Amin, B. Sinopoli, A. Giani, A. Perrig, and S. Sastry, "Challenges for securing cyber physical systems," DHS, July 2009. [Online]. Available: https://ptolemy.berkeley.edu/projects/chess/pubs/601.html .
Y. Mo and B. Sinopoli, "Secure control against replay attacks," in 47th Annual Allerton Conference on Communication, Control, and Computing, Monticello, IL, USA, Sept. 30 – Oct. 2, 2009, pp. 911–918, doi: https://doi.org/10.1109/Allerton16076.2009 .
A. Cooper, A. Bretas, and S. Meyn, "Anomaly detection in power system state estimation: Review and new directions," MDPI Energies, vol. 16, no. 18, pp. 1–15, 2023. [Online]. Available: https://www.mdpi.com/1996-1073/16/18/6678 .
A. Sztyber-Betley, M. Syfert, J. Maciej Koscielny, and Z. Gorecka, "Controller cyber-attack detection and isolation," MDPI Sensors, vol. 23, no. 5, pp. 1–27, 2023, doi: https://doi.org/10.3390/s23052778 .
D. E. Kirk, Optimal Control Theory: An Introduction. Mineola, NY, USA: Dover Publications, Inc., 2004, p. 443. [Online]. Available: https://books.google.com.ua/books?id=fCh2SAtWIdwC&printsec=copyright&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false .
W. H. Ray, Advanced Process Control. New York, NY, USA: McGraw-Hill Book Company, 1981, p. 376. [Online]. Available: https://books.google.com.ua/books/about/Advanced_Process_Control.html?id=-7tTAAAAMAAJ&redir_esc=y .
A. P. Sage and C. C. White III, Optimum Systems Control. New Jersey, USA: Prentice-Hall, 1977, p. 413. [Online]. Available: https://www.semanticscholar.org/paper/Optimum-systems-control%3A-by-A.-P.-Sage-and-C.-C.-Eslami/83d44a3e6cd41f834a99209a671a248dfef12634#citing-papers .

Попередня у випуску Метод захисту цифрових активів від незворотної втрати у випадку втрати приватного ключа

§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.

Усі випуски

МОДИФІКАЦІЯ НЕЙРОМЕРЕЖЕВОГО МЕТОДУ SPINN ДЛЯ НАБЛИЖЕНОГО РОЗВ'ЯЗАННЯ МІШАНОЇ ЗАДАЧІ ДЛЯ РІВНЯННЯ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ В ЕЛІПТИЧНІЙ ОБЛАСТІ

Валерій Лось, Олександр Ряхін

Проблематика. Параболічні диференціальні рівняння є математичними моделями інженерії, призначеними для дослідження широкого кола прикладних задач. Це приводить до…

#рівняння теплопровідності #мішана параболічна задача #еліптична область #фізико-інформативна нейронна мережа

10.20535/kpisn.2026.3.367316

ДВОЕТАПНИЙ ПІДХІД ДО СЕГМЕНТАЦІЇ СУПУТНИКОВИХ ЗНІМКІВ ДЛЯ ОЦІНЮВАННЯ ПЛОЩІ АСФАЛЬТОВАНОГО ПОКРИТТЯ ПАРКОВОК

Олександр Гончарук, Надія Недашківська

Проблематика. Точна оцінка площі асфальтованих парковок є важливою для містобудування та екологічного моніторингу. Однак спектральна подібність асфальту паркувальних…

#семантична сегментація #супутникові знімки #паркінг #нейронна мережа

10.20535/kpisn.2026.3.367540

ФОРМАЛІЗАЦІЯ РОЗРІДЖЕНОГО ANP З БІНАРНИМИ ПОРІВНЯННЯМИ НА ОСНОВІ ДАНИХ У КОЛІ ОДНОРІДНИХ КОМПОНЕНТІВ ДЛЯ ПРІОРИТИЗАЦІЇ РОЗПОДІЛУ РЕСУРСІВ

Вадим Романюк

Проблематика. Задачі розподілу обмежених ресурсів між взаємозалежними однорідними об’єктами виникають у багатьох прикладних сферах — зокрема, під час конкурсного…

#розподіл ресурсів #однорідні компоненти #взаємозалежності #аналітичний мережевий процес

10.20535/kpisn.2026.3.368158

Схожі статті

Костянтин Бровко, Павло Буданов, Олег Великогорський, Юлія Олійник, Наталія Винокурова, Сергій Войтенко, ІМІТАЦІЙНА МОДЕЛЬ ЦИФРОВОГО ДВІЙНИКА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ЕНЕРГОБЛОКУ АЕС , Наукові вісті КПІ: Том 143 № 2 (2026)
Павло Кость, Лариса Гліненко, МЕТОДИКА ВИБОРУ СТРУКТУРИ ПЕРЕДАВАЛЬНОГО ТРАКТУ ДЛЯ ТЕРМОЯДЕРНИХ УСТАНОВОК , Наукові вісті КПІ: Том 143 № 2 (2026)
Дмитро Петренко, Анатолій Протасов, АЛГОРИТМ БЕЗКАРТОГРАФІЧНОЇ НАВІГАЦІЇ РОБОТА HUSKY НА ОСНОВІ МОДЕЛЕЙ ГЛИБОКОГО НАВЧАННЯ З ПІДКРІПЛЕННЯМ ТА АДАПТИВНОГО НАВЧАЛЬНОГО ПЛАНУ , Наукові вісті КПІ: Том 143 № 2 (2026)
Mykyta S. Kolobrodov, ОПТИЧНИЙ МЕТОД КОНТРОЛЮ ЯКОСТІ ПРОЗОРИХ ТКАНИН , Наукові вісті КПІ: № 5-6 (2019)
Volodymyr M. Turick, ЕФЕКТИВНІСТЬ ВИХРОВОГО ТА СТРУМИННОГО КЕРУВАННЯ СТРУКТУРОЮ ТЕЧІЇ В ОБМЕЖЕНИХ ЗАКРУЧЕНИХ ПОТОКАХ , Наукові вісті КПІ: № 5-6 (2019)
Yuriy M. Kovrygo, Pavlo V. Novikov, АЛГОРИТМ РОБОТИ ДВОКАНАЛЬНОГО НЕЧІТКОГО КОНТРОЛЕРА ДЛЯ КЕРУВАННЯ ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНИМИ ОБ’ЄКТАМИ , Наукові вісті КПІ: № 3 (2019)
Taras G. Bahan, Mykhajlo Yu. Kuzin, FUZZY-LOGIC КОНТРОЛЕР ДЛЯ КЕРУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ОБ’ЄКТАМИ , Наукові вісті КПІ: № 2 (2019)
Vadim V. Romanuke, ПРОГРАМА КОНТРОЛЮ ПОТУЖНОСТІ У ВИСХІДНОМУ НАПРЯМКУ ДЛЯ ВИРІВНЮВАННЯ ЯКОСТІ СЕРВІСУ В БЕЗПРОВОДОВИХ МЕРЕЖАХ ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ З ОБМЕЖЕННЯМ ДО РІВНОВІДДАЛЕНИХ РІВНІВ ПОТУЖНОСТІ , Наукові вісті КПІ: № 2 (2019)
Valentyn V. Tsapenko, Mykola F. Tereshchenko, Grygorii S. Tymchik, МОДЕЛІ ОЦІНЮВАННЯ БІОМЕХАНІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ НИЖНІХ КІНЦІВОК У ДІТЕЙ , Наукові вісті КПІ: № 1 (2019)
Ярослав Стешенко, Анатолій Протасов, ІНТЕЛЕКТУАЛЬНА СИСТЕМА АДАПТИВНОГО КЕРУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИМ ПРОЦЕСОМ УКЛАДАННЯ АСФАЛЬТОБЕТОНУ НА ОСНОВІ НЕЙРОМЕРЕЖЕВИХ МОДЕЛЕЙ , Наукові вісті КПІ: Том 142 № 1 (2026)

1-10 з 21 Наступне

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.

[1] Y. Hu, H. Li, H. Yang, Y. Sun, L. Sun, and Z. Wang, "Detecting stealthy attacks against industrial control systems based on residual skewness analysis," EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, vol. 74, pp. 1–14, 2019, doi: https://doi.org/10.1186/s13638-019-1389-1

[2] Y. Wang, M. C. Vuran, and S. Goddard, "Cyber-physical systems in industrial process control," ACM Sigbed Review, vol. 5, no. 1, pp. 1–2, 2008, doi: https://doi.org/10.1145/1366283.1366295 .

[3] A. M. Mohan, N. Meskin, and H. Mehrjerdi, "A comprehensive review of the cyber-attacks and cyber-security on load frequency control of power systems," MDPI Energies, vol. 13, no. 3860, pp. 1–33, 2020. [Online]. Available: https://www.mdpi.com/1996-1073/13/15/3860 .

[4] H. S. Sánchez, D. Rotondo, T. Escobet, V. Puig, and J. Quevedo, "Bibliographical review on cyber attacks from a control oriented perspective," Annual Reviews in Control, vol. 48, pp. 103–128, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.arcontrol.2019.08.002 .

[5] O. Novikov, M. Shreider, I. Stopochkina, M. Ilin, “Cyber Attacks Simulation for Modern Energy Facilities”, CEUR Workshop Proceedings. Selected Papers of the XXIII International Scientific and Practical Conference "Information Technologies and Security" (ITS 2023), vol.3887, pp. 35-49. [Online]. Available: https://ceur-ws.org/Vol-3887/ .

[6] L. Alekseichuk, O. Novikov, A. Rodionov, and D. Yakobchuk, "Cyber security logical and probabilistic model of a critical infrastructure facility in the electric energy industry," Theoretical and Applied Cybersecurity, vol. 5, no. 1, pp. 61–66, 2023, doi: https://doi.org/10.20535/tacs.2664-29132023.1.287365 .

[7] M. Syfert, A. Ordys, J. Maciej Koscielny, P. Wnuk, J. Mozaryn, and K. Kukielka, "Integrated approach to diagnostics of failures and cyber-attacks in industrial control systems," MDPI Energies, vol. 15, no. 17, pp. 1–24, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/en15176212 .

[8] A. A. Cardenas, S. Amin, B. Sinopoli, A. Giani, A. Perrig, and S. Sastry, "Challenges for securing cyber physical systems," DHS, July 2009. [Online]. Available: https://ptolemy.berkeley.edu/projects/chess/pubs/601.html .

[9] Y. Mo and B. Sinopoli, "Secure control against replay attacks," in 47th Annual Allerton Conference on Communication, Control, and Computing, Monticello, IL, USA, Sept. 30 – Oct. 2, 2009, pp. 911–918, doi: https://doi.org/10.1109/Allerton16076.2009 .

[10] A. Cooper, A. Bretas, and S. Meyn, "Anomaly detection in power system state estimation: Review and new directions," MDPI Energies, vol. 16, no. 18, pp. 1–15, 2023. [Online]. Available: https://www.mdpi.com/1996-1073/16/18/6678 .

[11] A. Sztyber-Betley, M. Syfert, J. Maciej Koscielny, and Z. Gorecka, "Controller cyber-attack detection and isolation," MDPI Sensors, vol. 23, no. 5, pp. 1–27, 2023, doi: https://doi.org/10.3390/s23052778 .

[12] D. E. Kirk, Optimal Control Theory: An Introduction. Mineola, NY, USA: Dover Publications, Inc., 2004, p. 443. [Online]. Available: https://books.google.com.ua/books?id=fCh2SAtWIdwC&printsec=copyright&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false .

[13] W. H. Ray, Advanced Process Control. New York, NY, USA: McGraw-Hill Book Company, 1981, p. 376. [Online]. Available: https://books.google.com.ua/books/about/Advanced_Process_Control.html?id=-7tTAAAAMAAJ&redir_esc=y .

[14] A. P. Sage and C. C. White III, Optimum Systems Control. New Jersey, USA: Prentice-Hall, 1977, p. 413. [Online]. Available: https://www.semanticscholar.org/paper/Optimum-systems-control%3A-by-A.-P.-Sage-and-C.-C.-Eslami/83d44a3e6cd41f834a99209a671a248dfef12634#citing-papers .