Construcción de un Firewall para redes industriales con NetFPGA

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1 Construcción de un Firewall para redes industriales con NetFPGA Jhon Jairo Padilla Aguilar, PhD. Sergio Garcia Richard Ardila Universidad Pontificia Bolivariana-Bucaramanga

2 Las redes de producción industrial están compuestas por Controladores, sensores, actuadores, sistemas de supervisión y control, etc. Todos estos elementos están interconectados mediante redes de datos entre ellos y también con la red corporativa. Introducción

3 El problema: Acceso No autorizado Se partió de que las redes SCADA estarían aisladas físicamente del resto de la red de la empresa. Por tanto, los atacantes no podrían tener acceso físico. Sin embargo, ahora la planta de producción se encuentra interconectada a una red compleja compuesta por diferentes departamentos de la empresa. SE PUEDE ACCEDER DESDE INTERNET!!!

4 Posibles ataques: Confidencialidad: Las redes industriales no soportan cifrado (Encripción) de los datos Con programas gratuitos pueden escucharse los mensajes y hacer espionaje sobre la producción

5 Posibles ataques Disponibilidad: El atacante puede cambiar señales de control y causar malos funcionamientos de los dispositivos, incluso sacarlos de operación. El atacante puede hacerse pasar por otro para lograr esto (Clonación)

6 Ataques a la Integridad Integridad: También basado en la Clonación de equipos Pueden cambiarse las condiciones de operación y condiciones de alarma: Podría hacer que se dispare una alarma cuando no debe Podría hacer que se apague una alarma en rangos de señal que son peligrosos y que el operador humano no se entere. Esto haría que se retrasen las acciones de control para las alarmas en una emergencia

7 Consecuencias: Pérdidas en la capacidad de producción Pérdidas financieras Pérdida de vidas Pérdidas ambientales

8 Una de las posibles estrategias para dar solución a estos problemas es utilizar Firewalls Soluciones

9 ANALISIS DE VULNERABILIDADES DE LA RED INDUSTRIAL Software Tipo de ataque Ataques Wireshark Pasivo Sniffing (captura de paquetes) Scapy Pasivo y activo Sniffing Envió de paquetes con suplantación Denegación de servicios DHCP Nmap Pasivo Escaneo de puertos y exploración de la red NetDiscover Pasivo Reconocimiento de direcciones IP presentes en la red Zenmap Pasivo Escaneo de puertos y exploración de la red Metasploit Activo Acceso remoto a dispositivos Denegación de servicios Explotación de vulnerabilidades de los dispositivos Macchanger Activo Suplantación de identidad Ettercap Activo Man in the middle Adicionalmente, se pudieron hacer 2 ataques: - Dar órdenes al PLC desde el computador atacante - Reprogramación del PLC desde el computador atacante

10 Desarrollamos un Firewall para redes Ethernet Industriales Utilizamos una tecnología para desarrollo de Equipos Activos de red conocida como NETFPGA Nuestra Solución

11 Se desarrolló un prototipo Probado en una red Industrial del laboratorio de redes industriales de la UPB ATACANTE FIREWALL RED INDUSTRIAL RED Ethernet Industrial PLC

12 Alternativa 1: Firewall con Linux Es efectivo Opera por software Es más lento Tiene las vulnerabilidades de un sistema Linux

13 Alternativa 2: Firewall por Hardware con Marcador y filtrado de paquetes Utiliza la NetFPGA Las decisiones de filtrado son tomadas por el hardware Los ataques son repelidos a nivel hardware. No entran los paquetes al Linux. Es mucho más rápido No se tienen las vulnerabilidades del Linux

14 Alternativa 3: Uso de algoritmo Token Bucket Uno de las hipótesis que se tenían era que el algoritmo Token bucket podría servir para repeler ataques. Se probaron ataques con NMAP Se probó un Token bucket recortador y otro rechazador El recortador bloqueaba el Firewall por que se sobrecarga el buffer El rechazador elimina ciertos paquetes y limita el ancho de banda

15 Uso del Token Bucket rechazador Neutralización del ataque con NMAP con el Token Bucket Rechazador

16 Conclusiones Un Firewall no puede proteger de ataques en sectores de la red donde no se aplique. El Firewall no puede proteger de las amenazas a las que está sometida la red por parte de usuarios permitidos en el uso interno. El Firewall no protege de los fallos de seguridad de los servicios y protocolos cuyo tráfico esté permitido. Hay que configurar correctamente y cuidar la seguridad de los servicios que se publiquen en Internet.

17 Conclusiones Suponiendo un correcto uso del Firewall desarrollado, se encontró que protege de los ataques descritos en la Tabla I. Por otro lado, se hicieron pruebas usando tanto Firewall por Software (usando el comando iptables de Linux), como usando el hardware de la NetFPGA con el algoritmo del Token Bucket y el algoritmo marcador. En ambos casos se obtuvo la protección adecuada de la red. Sin embargo, es importante aclarar que al usar el Firewall por hardware, este no es vulnerable a los ataques típicos que se le pueden hacer a un sistema operativo tradicional, tal como Windows o Linux, lo cual agrega un nivel más alto de protección de la red industrial.

18 Reconocimientos Los autores desean expresar sus agradecimientos al Laboratorio de Automatización Industrial de la Escuela de Ingenierías de la Universidad Pontificia Bolivariana, en especial a la Ingeniera Leidy Olarte por su colaboración y disposición para facilitar la red de pruebas. También expresamos nuestro agradecimiento a la Facultad de Ingeniería Electrónica y su Laboratorio de redes de Telecomunicaciones, quienes facilitaron los sistemas NetFPGA y computadores de prueba.

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