Redes de sensores sem fio tem ganhado grande destaque em diferentes aplicações, tais como, domésticas, comercial e industrial, trazendo mais flexibilidade e mais conveniência em nossas vidas. Entretanto, seu desempenho é influenciado por diversos fatores como, por exemplo, características do ambiente de propagação das ondas de rádio e outras tecnologias de comunicação sem fio que podem coexistir em uma mesma área de cobertura. Os recursos utilizados nas comunicações sem fio são limitados e muitas vezes não exclusivos possibilitando interferências provenientes de diferentes tipos de fontes. O presente trabalho busca soluções para o uso mais eficiente dos recursos da rede de comunicação sem fio, são investigados e propostos métodos adaptativos para uma rede sem fio industrial, o protocolo WirelessHART, utilizando mecanismos dinâmicos de sensoriamento de espectro e seleção de canal entre os dispositivos da rede. É apresentado uma arquitetura de gerenciamento do espectro em conformidade com o protocolo, baseado em sensoriamento do espectro distribuído e no monitoramento do desempenho das comunicações. A arquitetura utilizada permite a classificação de um conjunto de canais específicos entre os pares de dispositivos durante a operação da rede de comunicação. O trabalho demonstra o desempenho dos mecanismos desenvolvidos para a detecção de interferências com redes do tipo IEEE 802.11. / Wireless sensor networks have been expanding rapidly in many applications for different areas such as residential, office and industrial. Wireless connections bring many advantages as installation feasibility, scalability, mobility and reduce infrastructure costs. However, wireless network performance is affected by many factors as, for example, environment characteristics and other wireless communication technologies at the same coverage area. The wireless communication resources are limited and many times shared, allowing interferences from different kind of electromagnetic sources. This work presents a solution for an efficient use of the wireless communication network resources, investigate and propose adaptive methods for an industrial wireless network, the WirelessHART protocol, using dynamic mechanisms of spectrum sensing and channel selection between the devices. A protocol spectrum management architecture based on distributed sensing and monitoring of communications performance is presented, in compliance with WirelessHART protocol, allowing the classification of a set of specific channels between peer devices during the communication network’s operation. Also, it is presented the channel selection performance for IEEE 802.11 interference.

Redes de sensores sem fio tem ganhado grande destaque em diferentes aplicações, tais como, domésticas, comercial e industrial, trazendo mais flexibilidade e mais conveniência em nossas vidas. Entretanto, seu desempenho é influenciado por diversos fatores como, por exemplo, características do ambiente de propagação das ondas de rádio e outras tecnologias de comunicação sem fio que podem coexistir em uma mesma área de cobertura. Os recursos utilizados nas comunicações sem fio são limitados e muitas vezes não exclusivos possibilitando interferências provenientes de diferentes tipos de fontes. O presente trabalho busca soluções para o uso mais eficiente dos recursos da rede de comunicação sem fio, são investigados e propostos métodos adaptativos para uma rede sem fio industrial, o protocolo WirelessHART, utilizando mecanismos dinâmicos de sensoriamento de espectro e seleção de canal entre os dispositivos da rede. É apresentado uma arquitetura de gerenciamento do espectro em conformidade com o protocolo, baseado em sensoriamento do espectro distribuído e no monitoramento do desempenho das comunicações. A arquitetura utilizada permite a classificação de um conjunto de canais específicos entre os pares de dispositivos durante a operação da rede de comunicação. O trabalho demonstra o desempenho dos mecanismos desenvolvidos para a detecção de interferências com redes do tipo IEEE 802.11. / Wireless sensor networks have been expanding rapidly in many applications for different areas such as residential, office and industrial. Wireless connections bring many advantages as installation feasibility, scalability, mobility and reduce infrastructure costs. However, wireless network performance is affected by many factors as, for example, environment characteristics and other wireless communication technologies at the same coverage area. The wireless communication resources are limited and many times shared, allowing interferences from different kind of electromagnetic sources. This work presents a solution for an efficient use of the wireless communication network resources, investigate and propose adaptive methods for an industrial wireless network, the WirelessHART protocol, using dynamic mechanisms of spectrum sensing and channel selection between the devices. A protocol spectrum management architecture based on distributed sensing and monitoring of communications performance is presented, in compliance with WirelessHART protocol, allowing the classification of a set of specific channels between peer devices during the communication network’s operation. Also, it is presented the channel selection performance for IEEE 802.11 interference.

Redes de sensores sem fio tem ganhado grande destaque em diferentes aplicações, tais como, domésticas, comercial e industrial, trazendo mais flexibilidade e mais conveniência em nossas vidas. Entretanto, seu desempenho é influenciado por diversos fatores como, por exemplo, características do ambiente de propagação das ondas de rádio e outras tecnologias de comunicação sem fio que podem coexistir em uma mesma área de cobertura. Os recursos utilizados nas comunicações sem fio são limitados e muitas vezes não exclusivos possibilitando interferências provenientes de diferentes tipos de fontes. O presente trabalho busca soluções para o uso mais eficiente dos recursos da rede de comunicação sem fio, são investigados e propostos métodos adaptativos para uma rede sem fio industrial, o protocolo WirelessHART, utilizando mecanismos dinâmicos de sensoriamento de espectro e seleção de canal entre os dispositivos da rede. É apresentado uma arquitetura de gerenciamento do espectro em conformidade com o protocolo, baseado em sensoriamento do espectro distribuído e no monitoramento do desempenho das comunicações. A arquitetura utilizada permite a classificação de um conjunto de canais específicos entre os pares de dispositivos durante a operação da rede de comunicação. O trabalho demonstra o desempenho dos mecanismos desenvolvidos para a detecção de interferências com redes do tipo IEEE 802.11. / Wireless sensor networks have been expanding rapidly in many applications for different areas such as residential, office and industrial. Wireless connections bring many advantages as installation feasibility, scalability, mobility and reduce infrastructure costs. However, wireless network performance is affected by many factors as, for example, environment characteristics and other wireless communication technologies at the same coverage area. The wireless communication resources are limited and many times shared, allowing interferences from different kind of electromagnetic sources. This work presents a solution for an efficient use of the wireless communication network resources, investigate and propose adaptive methods for an industrial wireless network, the WirelessHART protocol, using dynamic mechanisms of spectrum sensing and channel selection between the devices. A protocol spectrum management architecture based on distributed sensing and monitoring of communications performance is presented, in compliance with WirelessHART protocol, allowing the classification of a set of specific channels between peer devices during the communication network’s operation. Also, it is presented the channel selection performance for IEEE 802.11 interference.

Avec l’essor de l'Industrie 4.0, de nombreuses infrastructures ont été contraintes d’ouvrir leurs réseaux à Internet, principalement pour répondre au besoin croissant de supervision et de contrôle à distance. Mais là où ces infrastructures étaient auparavant isolées, épargnées par les menaces extérieures, leur ouverture a provoqué l’émergence de nouveaux risques, en particulier à travers le réseau, potentiellement sérieux et qui ne sont pas couverts.Les solutions de cybersécurité, comme les pare-feux, les systèmes de détection d’intrusion ou les systèmes de protection contre les intrusions, sont couramment utilisés pour répondre aux préoccupations liées à la cybersécurité des infrastructures industrielles. Cependant, la tendance à se fier aux systèmes logiciels pour assurer la protection du réseau a mis en lumière les vulnérabilités de ces systèmes, en raison de leurs implémentations logicielles inhérentes. En outre, l’industrie est liée à ses propres spécificités (faible latence, support de protocoles réseaux spécifiques), qui sont rarement couvertes par les solutions informatiques communes.L’objectif principal de cette thèse est d’étudier l’utilisation de dispositifs FPGA appliqués à la cybersécurité pour les réseaux industriels, soit comme support pour des applications de sécurité logicielle, soit pour effectuer des opérations critiques d’analyse réseau. Ce travail présente d’abord le contexte industriel, avec les systèmes de contrôle, leurs architectures, leurs besoins, les règles de mise en œuvre, les protocoles spécifiques et donne également deux exemples de systèmes de contrôle comme on peut en trouver dans l’industrie. Il met ensuite en lumière les problèmes de sécurité, avec une description des menaces les plus courantes, des études de cas sur leurs applications et leurs impacts dans un système de contrôle, et des discussions sur les contre-mesures de pointe disponibles sur le marché. Suite à l'établissement d'une cible de sécurité, nous mettrons en évidence la vulnérabilité des éléments logiciels et des systèmes d’exploitation. Nous verrons aussi comment l’absence d’analyse de sécurité tenant compte de l’état des processus peut mener à certaines vulnérabilités.Pour pallier à ces problèmes, nous proposons, par une première contribution, de renforcer la sécurité des systèmes logiciels en tirant parti des mécanismes de protection existants du FPGA. Enfin, pour répondre à des menaces applicatives spécifiques, nous proposons la mise en œuvre d’une architecture de reconnaissance de motifs, sur FPGA, prenant en considération le cadre temporel et l'état du procédé industriel. Cette thèse a été réalisée en collaboration avec le Laboratoire d'Informatique, de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM) et la société SECLAB. / With the rise of Industry 4.0, many infrastructures were forced to open their networks to the Internet, mainly to meet the growing need for supervision and remote control. But where these infrastructures were previously isolated, spared from external threats, their opening has caused the emergence of new threats, particularly network ones, which were not addressed and present serious risks.Network cybersecurity solutions, like Firewalls, Intrusion Detection Systems or Intrusion Protection Systems are commonly used to address the concern of industrial infrastructures cybersecurity. However the trend of relying on software-based systems to ensure network protection brought to light the vulnerabilities of these systems, due to their inherent software implementation. Furthermore, the industry is tied to its own specificities (low-latency, support of specific network protocols), which are rarely covered by common IT solutions.The main goal of this thesis is to study the use of FPGA-based devices applied to cybersecurity for industrial networks. Either as support for software-based security applications, or to perform critical network analysis operations. First it presents the industrial context, with control systems, their architectures, needs, implementation rules, specific protocols and also gives two examples of control systems as they can be found in the industry. Then it highlights the security problematic, with a description of the most common threats, cases study about their applications and impact in a control system, and discussions on the state of the art counter-measures available on the market. Through the establishment of a security target, it points the vulnerability of software elements and operating systems as well as the lack of process state aware security analysis.To address these issues, we propose, through a first contribution, to enforce the security of the software system by taking advantage of existing FPGA's protection mechanisms. Finally, to answer specific application threats, we introduce an implementation of a brute force matching architecture with time and operational-process awareness, on FPGA.This thesis was conducted in collaboration between the Montpellier computer science, robotic and microelectronic laboratory (LIRMM) and the SECLAB company.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TiagoHK.pdf: 2636025 bytes, checksum: ce24354f7859d7a6bcea2ea448265402 (MD5) Previous issue date: 2009-06-07 / This work presents a packet manipulation tool developed to realize tests in industrial devices that implements TCP/IP-based communication protocols. The tool was developed in Python programming language, as a Scapy extension. This tool, named IndPM- Industrial Packet Manipulator, can realize vulnerability tests in devices of industrial networks, industrial protocol compliance tests, receive server replies and utilize the Python interpreter to build tests. The Modbus/TCP protocol was implemented as proof-of-concept. The DNP3 over TCP protocol was also implemented but tests could not be realized because of the lack of resources. The IndPM results with Modbus/TCP protocol show some implementation faults in a Programmable Logic Controller communication module frequently utilized in automation companies / Neste trabalho ? apresentada uma ferramenta de manipula??o de pacotes destinada ? realiza??o de testes em dispositivos que implementam protocolos de comunica??o baseados em TCP/IP utilizados em redes industriais. A ferramenta foi desenvolvida em linguagem de programa??o Python, como uma extens?o ao Scapy. Esta ferramenta, denominada IndPM - Industrial Packet Manipulator, permite testar os dispositivos presentes em redes industriais em rela??o a poss?veis vulnerabilidades, realizar testes de conformidade de protocolos, coletar respostas de servidores existentes nas redes e utilizar os recursos do interpretador Python para compor testes. Como prova de conceito, foi implementado o protocolo Modbus/TCP. O protocolo DNP3 sobre TCP tamb?m foi implementado, mas n?o foi testado por indisponibilidade de recursos. Os resultados dos testes obtidos com a manipula??o de pacotes Modbus/TCP mostram falhas de implementa??o em um m?dulo de comunica??o para um Controlador L?gico Program?vel bastante utilizado na ind?stria