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Security of cyber-physical industrial systems (SECURE)
No full textLa large intégration des technologies de l'information et des communications (TIC) dans les systèmes de contrôle a conduit à l'émergence d'une nouvelle génération de systèmes appelés systèmes cyber-physiques (CPS). Ces derniers pourraient être considérés comme des systèmes de contrôle en réseau qui combinent des éléments physiques du monde réel avec des éléments informatiques du cyberespace. Cependant, alors que l'intégration des technologies de l'information améliore l'efficacité et les performances des systèmes physiques, l'interaction croissante des contrôles avec des réseaux ouverts et des logiciels complexes conduit inévitablement à de nouvelles vulnérabilités. De plus, la nature distribuée et hétérogène de CPS crée une surface d'attaque supplémentaire qui expose CPS à des menaces malveillantes qui peuvent avoir un impact dramatique sur presque tous les aspects de notre vie quotidienne. Cette thèse traite de la sécurité des systèmes industriels cyber-physiques en mettant l'accent sur les infrastructures critiques, telles que les systèmes de contrôle industriels (ICS). Il explorera une nouvelle façon de gérer certains aspects de la cybersécurité liés à l'interaction entre les composantes des systèmes de contrôle industriels. Cette thèse vise à développer un prototype avancé capable de détecter les intrusions et les menaces dans les systèmes cyber-physiques industriels. Nous nous concentrons sur la protection de ces systèmes entre les couches cyber et physique. Dans un premier temps, nous avons évalué la sécurité des Watermarks qui ont été utilisés dans les mécanismes de détection pour les systèmes industriels cyber-physiques. Tenant compte des limites de ces méthodes de détection basées sur les Watermarks, nous proposons un nouveau modèle d'attaque par injection de fausse données capable de les tromper. Pour détecter de telles attaques, nous avons proposé deux schémas de détection. Le premier est un système de détection d'intrusion qui utilise des données physiques pour détecter les FDIA à l'aide de techniques d'exploration de données. Pour une détection précise des FDIA, la deuxième approche utilise à la fois des données physiques et réseaux. Ayant atteint un niveau suffisant de précision de détection, on s'est ensuite concentré sur la conception d'un schéma de récupération pour assurer le bon fonctionnement du système lorsqu'une attaque est détectée. L'efficacité de nos solutions a été validée par la mise en œuvre d'un banc d'essai cyber-physique.The wide incorporation of Information and Communications Technologies (ICT) with control systems has lead to the emergence of a new generation of systems referred to as Cyber-Physical Systems (CPSs). The latter could be seen as Networked Control Systems that combine physical elements in the real world with computing elements in the cyber space. However, while the integration of information technology improves the efficiency and performance of physical systems, the increasing interaction of controls with open networks and complex software inevitably leads to new vulnerabilities. Additionally, the distributed and heterogeneous nature of CPS creates an additional attack surface that exposes CPS to malicious threats that can have a dramatic impact on nearly every aspect of our daily lives.This PhD Thesis deals with the security of Cyber Physics Industrial Systems with an emphasis on critical infrastructures, such as Industrial Control Systems (ICS). Our focus is on the protection of these systems between the cyber and physical layers. Initially, we assessed the security of watermarking that have been used in previous detection mechanisms for cyber-physical industrial systems. Taking into account the limitations of these watermark-based detection methods, we propose a novel False Data Injection Attack model capable of deceiving them. To detect such attacks, we have proposed two detection schemes. The first is a data-driven Intrusion Detection System that uses plant side physical data to detect FDIAs using data mining techniques. For an accurate detection of FDIAs, the second approach uses both physical and network data. Having achieved a sufficient level of detection accuracy, we then focused on designing a recovery scheme to ensure the safety of the system when an attack is detected. The effectiveness of our solutions was validated through implementation of real-world cyber-physical testbed
Contribution to fault detection and estimation for switched linear systems
No full textCe travail de thèse traite de la problématique d’estimation des défauts et de l’étathybride pour une classe de systèmes linéaires à commutations. L’objectif est de développerune méthode afin de synthétiser un observateur et un estimateur dédiésrespectivement à l’estimation de l’état hybride et des défauts. Après la présentationd’un état de l’art sur les techniques d’estimation, de stabilité et de diagnosticpour les systèmes linéaires à commutations, la thèse est scindée en deux parties.La première partie propose une méthode d’estimation de l’état continu et desdéfauts dans le cas où l’état discret du système est connu. En se basant sur unetransformation de coordonnées qui découple un sous-ensemble de l’état du systèmedes défauts, nous avons synthétisé dans un premier temps un observateur hybridepour estimer l’état continu du système, et dans un second temps, un estimateurpermettant la reconstruction des défauts. L’estimateur de défauts proposé dépendde la dérivée de la sortie du système. Pour cette raison, un différenciateur robusteet exact basé sur des techniques des modes glissants est utilisé. Dans la secondepartie de ce mémoire, l’état discret du système est supposé inconnu. Une approchebasée sur des méthodes algébriques est proposée afin d’estimer les instants decommutation entre les différents sous-systèmes. Par la suite, l’estimation de l’étathybride (état continu et état discret) et des défauts est considérée dans le cas oùl’état discret du système est inconnu. Ce dernier est reconstruit en se basant surles instant de commutation estimé et sur une séquence de commutation connue.L’état continu du système est estimé en se basant sur une méthode de placementde pôles permettant d’améliorer les performances de la phase transitoire. Enfin, enexploitant des résultats trouvés dans la première partie, l’estimation des défautsest considérée en estimant la sortie du système avec un différenciateur algébrique.Ce différenciateur donne des résultats plus intéressants vis-à-vis du bruit par rapportau différenciateur basé sur les techniques des modes glissants utilisé dans lapremière partie.This work deals with the problem of estimation of fault and hybrid state for a classof switched linear systems. The objective is to develop a method to synthesize anobserver and an estimator dedicated respectively to the estimation of the hybridstate and the faults. After presenting a state of the art for estimation, stabilityand diagnostic techniques for switched linear systems, the report is divided intotwo parts. The first part proposes a method for estimating the continuous stateand the faults in the case where the discrete state of the system is known. Basedon a coordinate transformation which decouples a subset of the state of the systemof faults, we first synthesized a hybrid observer to estimate the continuous stateof the system and, in a second step, an estimator allowing the reconstructionof faults. The proposed fault estimator depends on the derivative of the systemoutput. For this reason, a robust and accurate differentiator based on sliding modetechniques is used. In the second part of this paper, the discrete state of the systemis assumed unknown. An algebraic approach is proposed to estimate the switchingtimes between the different subsystems. Thereafter, the estimation of the hybridstate (continuous and discrete state) and of the faults is considered in the casewhere the discrete state of the system is unknown. The latter is reconstructedfrom the estimated switching times and on a known switching sequence. Thecontinuous state of the system is estimated using a pole placement method allowingimprove the performances of the transient phase. Finally, by exploiting the resultsfound in the first part, the estimation of the faults is considered by estimatingthe output of the system with an algebraic differentiator. This differentiator givesmore interesting results at the noise compared to the differentiator based on thesliding mode techniques used in the first part
Enhancing Cyber-Physical System Security : Detection and Mitigation Strategies
No full textLes systèmes cyber-physiques (SCP) se situent à l'intersection des opérations physiques, des technologies informatiques et des communications réseau. Ces systèmes sont fondamentaux pour l'infrastructure des environnements de fabrication intelligente, fournissant les moyens d'un contrôle amélioré, d'une optimisation et d'une adaptabilité au sein de divers processus de production. Cette thèse se penche sur les défis associés à la protection des SCP contre une large gamme de menaces cybernétiques qui posent des risques pour la sécurité de ces systèmes. À travers l'application de stratégies de contrôle de pointe telles que l'Observabilité Fonctionnelle et la Théorie des Échelles de Temps, ce travail introduit des méthodes innovantes visant la détection et l'atténuation de l'Injection de Données Fausses (IDF), des Attaques de Dynamique Nulle (ADN), et du Déni de Service (DoS). Ces menaces cybernétiques sont identifiées comme prévalentes et dommageables dans le contexte des SCP industriels. L'incorporation stratégique des textit{observateurs fonctionnels}, l'application du cadre analytique des Échelles de Temps, et l'utilisation du critère de stabilité de Lyapunov se démarquent comme contributions notables au domaine de la sécurité des SCP. Ces approches offrent de nouvelles perspectives et des solutions robustes aux défis multifacettes que rencontrent les systèmes cyber-physiques. De plus, l'efficacité des solutions proposées est testée et validée à travers une combinaison d'études expérimentales et de simulation. Ces efforts de validation soulignent la capacité des améliorations de sécurité proposées à élever les mesures protectrices au sein des environnements de fabrication intelligente. En conséquence, cette travail de thèse repousse non seulement les limites des connaissances actuelles dans le domaine de la sécurité des SCP, mais établit également une base solide pour les recherches en cours et futures visant à renforcer l'infrastructure numérique essentielle au fonctionnement des industries intelligentes. À travers cette étude, la thèse aspire à contribuer de manière significative au développement de systèmes cyber-physiques plus sûrs, fiables et résilients, soutenant ainsi l'évolution continue des technologies de fabrication intelligente.Cyber-physical systems (CPS) stand at the intersection of physical operations, computing technologies, and network communications. These sophisticated systems are fundamental to the infrastructure of smart manufacturing environments, providing the means for improved control, optimization, and adaptability within various production processes. This thesis delves into addressing the significant challenges associated with safeguarding CPS from a wide range of cyber threats that pose risks to the operational integrity and overall safety of these systems. Through the application of cutting-edge control strategies like Functional Observability and Time-Scale Theory, this work introduces innovative methods aimed at the early detection and effective mitigation of False Data Injection (FDI), Zero-Dynamics Attacks (ZDA), and Denial of Service (DoS). These particular cyber threats are identified as especially prevalent and damaging within the context of industrial CPS. The strategic incorporation of textit{functional observers}, the application of the Time-Scale analytical framework, and the use of the Lyapunov stability criterion stand as notable contributions to the domain of CPS security. These approaches provide fresh insights and robust solutions to the multifaceted challenges that cyber-physical systems encounter. Moreover, the efficacy of the proposed solutions is tested and validated through a combination of simulation and hands-on experimental studies. These validation efforts underscore the capability of the proposed security enhancements to elevate the protective measures within smart manufacturing environments. Consequently, this thesis not only pushes the boundaries of current knowledge in the field of CPS security but also establishes a solid foundation for ongoing and future researches aimed at fortifying the digital infrastructure essential to the operation of smart industries. Through this study, the thesis aspires to contribute meaningfully to the development of more secure, reliable, and resilient cyber-physical systems, thereby supporting the continued evolution of smart manufacturing technologies
Diagnosis of a class of switched linear systems : an approach based on robust observer
No full textCe travail de thèse porte, en premier lieu et principalement, sur le diagnostic à base de modèle d’une classe de SLC (Systèmes Linéaires à Commutations). Une problématique récurrente dans ce type de problème concerne la prise en considération de façon explicite les deux aspects, continu et discret, constituant un SLC. Dans ce cadre, nous avons proposé une méthodologie de détection et de localisation de défauts qui combine les outils initialement dédiés au diagnostic des systèmes continus et d’autres spécifiques aux SED (Systèmes à Evénement Discrets). L’approche proposée est conçue autour de trois modules : deux types de générateurs de résidus (issus de l’Automatique continue) et un estimateur en-ligne de l’état discret, appelé diagnostiqueur (issu de l’Automatique événementielle). Notre diagnostiqueur utilise les deux types de résidus, provenant de la partie continue, afin d’identifier le mode de fonctionnement du SLC et d’isoler les défauts de capteurs. Les résidus utilisés pour la localisation des défauts de capteurs sont générés à travers un générateur développé autour d’un schéma DOS (Dedicated Observer Scheme) à base d’observateurs hybrides,à la fois robustes vis-à-vis des entrées inconnues et sensibles aux défauts de capteurs. En second lieu, sur la base des résultats obtenus à l’aide de l’approche de diagnostic développée, nous avons proposé une approche préliminaire de synthèse de lois de commande tolérantes aux défauts de capteurs stabilisante via un retour d’état. Cette approche permet de préserver les performances nominales du système (situation non défaillante)en présence d’un défaut de capteurs. L’idée consiste à reconfigurer le retour d’état en remplaçant le vecteur d’état estimé à partir d’une sortie en défaut par un autre estimé à partir d’une sortie saine. La redondance des estimations est assurée dans cette approche par un banc d’observateurs hybrides robustes qui fournit plusieurs estimations correctes des vecteurs d’état et de sorties.This thesis focuses, in first and foremost, on the model-based diagnosis of a class of SLC (Switched Linear Systems). The basic idea is to consider the continuous and discrete aspects, forming an SLC, explicitly.In this context, we proposed a methodology for detecting and locating faults that combines the tools originally dedicated to the continuous systems and the DES (discrete event systems) diagnosis. The proposed approach is designed around three modules: two types of residual generators (from the continuous Automatic) and anon-line estimator of the discrete state, called diagnoser (from the event Automatic). Our diagnoser uses the residual generators issue from the continuous part to identify the SLC mode and isolate sensor faults.Residues used for fault location sensors are generated through a generator developed around a scheme DOS(Dedicated Observer Scheme) based on hybrid observers. These observers are robust vis-à-vis the unknown input and sensitive to sensor faults. Secondly, based on the obtained results using the previous diagnosis approach, we proposed a preliminary approach for fault-tolerant state-feedback control law synthesis. This approach preserves the nominal performance of the system (as non-defaulting) in the presence of defective sensors. The idea is to reconfigure the state feedback by replacing the state vector estimated from defected output by another estimated from non-defected one. Redundancy estimates is provided in this approach by a bank of robust hybrid observer that provides several accurate estimates of state vectors and outputs
Contribution au diagnostic des systèmes à commutation : vers la sûreté et la sécurité des systèmes coopératifs
No full textContribution au diagnostic des systèmes à commutation : vers la sûreté et la sécurité des systèmes coopératifs
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Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Get PDFWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
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