Безопасность коммуникационных систем нового поколения в промышленностиSyllabus

Subject code

MS-1418-RU

Credits

6

Student workload

135

Semester

Autumn semester

Academic year

2

Subject type

Elective

Form of education

Full-time

Language of instruction

Russian

In-class hours

30 часов — лекции 15 часов — практические занятия

Out-of-class hours

90 часов — самостоятельная работа 1 час — консультации

Дисциплина «безопасность коммуникационных систем нового поколения в промышленности» направлена на формирование у студентов теоретических знаний и практических навыков в области современных промышленных коммуникационных систем, промышленных сетей и механизмов обеспечения их безопасности. в рамках дисциплины изучаются безопасность промышленных систем управления (ics/scada), промышленных протоколов, технологий iot и iiot, защита сетевых архитектур, анализ киберугроз и векторов атак, механизмы контроля доступа, аутентификации, шифрования, мониторинга и обеспечения безопасности. особое внимание уделяется управлению рисками в промышленных системах, обнаружению инцидентов и реагированию на них, обеспечению целостности и конфиденциальности данных, современным стандартам безопасности и вопросам киберзащиты промышленной инфраструктуры.

• lecture
• interactive discussion
• problem-based learning
• case study
• teamwork

1. 1

   CLO 1: Описывать архитектуру и компоненты коммуникационных систем нового поколения в промышленности (industry 4.0/5.0, iiot, ot/ics, scada, промышленные сети 5g), классифицировать типы угроз, направленных против этих систем, включая уязвимости протоколов, атаки на уровне устройств, нарушения сегментации сети и другие угрозы.

2. 2

   CLO 2: Формулировать исследовательские вопросы, связанные с угрозами промышленной коммуникационной инфраструктуре, выдвигать гипотезы относительно сценариев атак и разрабатывать методологические подходы к оценке рисков в условиях конвергенции OT и it.

3. 3

   CLO 3: Систематически изучать международные стандарты безопасности промышленных коммуникационных систем (iec 62443, NIST SP 800-82, стандарты isa/iec), академическую литературу и отраслевые отчёты, формируя на основе полученных знаний исследовательскую базу.

4. 4

   CLO 4: Применять соответствующие инструменты и методы для мониторинга трафика промышленных протоколов (modbus, profinet, OPC ua, MQTT и др.), обнаружения сигнатур атак и анализа аномалий, а также обрабатывать и визуализировать полученные данные с использованием статистических методов.

5. 5

   CLO 5: Проектировать механизмы защиты промышленных коммуникационных систем, включая сегментацию сети, архитектуру нулевого доверия (zero trust), криптографические протоколы и безопасные решения для удалённого доступа, а также оценивать их эффективность.

6. 6

   CLO 6: Проводить технический и аналитический анализ реальных инцидентов в области промышленной кибербезопасности, включая атаки на критическую инфраструктуру и практические кейсы, структурированно оформлять результаты в виде научных отчётов или проектов и представлять их аудитории в устной и письменной форме.

7. 7

   CLO 7: Самостоятельно или в составе команды проводить исследования, разрабатывать проекты или диссертационные работы в области безопасности промышленных коммуникационных систем, соблюдая этические принципы, методологические стандарты, запрет на несанкционированные испытания критической инфраструктуры и требования к обеспечению операционной безопасности.

1. 1.
   Концепции industry 4.0/5.0 и архитектура коммуникационных систем нового поколения в промышленностиLecture

   Изучаются основные принципы концепций industry 4.0 и industry 5.0, структурные и функциональные компоненты систем iiot, ot/ics и scada, современные архитектуры промышленных коммуникаций и конвергенция it/ot. рассматриваются вопросы выявления поверхностей атак, формирующихся в промышленных системах, и оценки связанных с ними рисков безопасности.

2. 2.
   Систематическая классификация угроз промышленным системам управления (ics/scada)Lecture

   В рамках темы исследуются потенциальные киберугрозы, направленные против основных компонентов систем ics/scada, включая программируемые логические контроллеры (plc), удалённые терминальные устройства (rtu) и человеко-машинные интерфейсы (hmi). изучаются классификация векторов атак, моделирование угроз, выявление уязвимостей и методы оценки возможного воздействия на промышленные системы управления.

3. 3.
   Уязвимости безопасности и векторы атак протокола modbusLecture

   Изучаются принципы работы и особенности безопасности протоколов modbus TCP и modbus rtu. рассматриваются ограничения протоколов в части механизмов аутентификации и конфиденциальности, манипулирование данными, передача несанкционированных команд и моделирование соответствующих сценариев атак.

4. 4.
   Проблемы безопасности систем PROFINET и PROFIBUSLecture

   Тема охватывает архитектуру промышленных коммуникационных протоколов PROFINET и profibus, механизмы обмена данными и особенности коммуникаций в реальном времени. анализируются существующие проблемы безопасности, потенциальные векторы атак и подходы к защите промышленных сетей.

5. 5.
   Архитектура безопасности протокола OPC UA и оценка уязвимостейLecture

   Изучаются архитектура протокола OPC UA и его роль в обеспечении безопасной совместимости и взаимодействия между промышленными системами. рассматриваются механизмы аутентификации, авторизации, шифрования, цифровой подписи и защищённых каналов связи. анализируются потенциальные уязвимости протокола и результаты современных исследований в данной области.

6. 6.
   Проблемы безопасности MQTT и коммуникационных протоколов iiotLecture

   Тема охватывает принципы работы протокола MQTT и особенности его применения в системах iiot. изучаются требования безопасности, связанные с аутентификацией, авторизацией, конфиденциальностью и целостностью данных в устройствах с ограниченными ресурсами, а также методы защиты коммуникационных систем на основе mqtt.

7. 7.
   Риски, возникающие вследствие конвергенции it/ot, и стратегии сегментации сетейLecture

   Исследуются риски безопасности, возникающие в результате интеграции информационных технологий (it) и операционных технологий (ot). изучаются принципы определения границ безопасности между средами IT и ot, сегментации сетей, зонирования и построения защищённой архитектуры промышленных сетей на основе модели purdue.

8. 8.
   Применение архитектуры нулевого доверия (zero trust) в промышленных коммуникационных системахLecture

   Тема охватывает основные принципы модели безопасности zero trust и возможности её применения в промышленных коммуникационных системах. рассматриваются непрерывная аутентификация пользователей и устройств, принцип минимальных привилегий, контроль доступа, микросегментация, а также сравнительный анализ с традиционной моделью безопасности, основанной на сетевом периметре.

9. 9.
   Безопасность удалённого доступа к промышленным сетямLecture

   Изучаются принципы организации безопасного удалённого доступа к промышленным сетям. рассматриваются vpn, промежуточные серверы доступа (jump servers), многофакторная аутентификация и другие механизмы безопасного удалённого управления. анализируются риски удалённого доступа и меры защиты на основе реальных инцидентов, произошедших в промышленных системах.

10. 10.
    Атаки программ-вымогателей (ransomware) и их влияние на критическую инфраструктуруLecture

    Тема охватывает механизмы распространения атак программ-вымогателей в промышленных системах и системах критической инфраструктуры, а также их возможные последствия. изучаются воздействие атак на среды IT и ot, риски остановки производственных процессов, реагирование на инциденты, резервное копирование и стратегии восстановления систем.

11. 11.
    Атаки на цепочки поставок (supply chain attacks) в промышленных коммуникационных системахLecture

    Исследуются риски безопасности цепочек поставок, возникающие в результате взаимодействия промышленных систем с поставщиками программного обеспечения, оборудования, компонентов и услуг. изучаются компрометация поставщиков, внедрение вредоносных компонентов в системы, управление рисками третьих сторон и превентивные меры безопасности.

12. 12.
    Обнаружение аномалий в промышленных коммуникационных системах: подходы машинного обученияLecture

    Тема охватывает применение методов машинного обучения для выявления нормального и аномального поведения трафика в промышленных сетях. рассматриваются сбор и анализ сетевого трафика, выбор признаков, обнаружение аномалий и возможности применения различных алгоритмов в промышленной среде.

13. 13.
    Сравнительный анализ стандартов IEC 62443 и NIST SP 800-82Lecture

    Изучаются серия стандартов IEC 62443 и руководство NIST SP 800-82, посвящённые кибербезопасности промышленных систем автоматизации и управления. проводится сравнительный анализ целей стандартов, принципов обеспечения безопасности, подходов к управлению рисками и особенностей их применения в промышленной среде.

14. 14.
    Промышленные сети 5g и аспекты безопасности решений private 5gLecture

    Тема охватывает архитектуру промышленных сетей 5g и private 5g, области их применения и коммуникационные возможности. рассматриваются вопросы аутентификации, сегментации сети, защиты данных, безопасности устройств и потенциальных киберугроз в специализированной инфраструктуре 5g.

15. 15.
    Сравнительный анализ реальных атак на критическую инфраструктуру: stuxnet, industroyer и другие инцидентыLecture

    Изучаются документально подтверждённые примеры кибератак на критическую инфраструктуру и промышленные системы управления, включая инциденты stuxnet и industroyer. анализируются применявшиеся методы атак, механизмы воздействия и последствия для промышленных систем. на основе полученного опыта определяются превентивные меры кибербезопасности.

1. Cyber security of OT networks: a tutorial and overview. препринт arxiv, 2025. обзор кибербезопасности ot-сетей, включая новую редакцию IEC 62443-2-1:2024.
2. Securing industrial control systems and SCADA networks: protocol weaknesses, standards, emerging defenses, and future research directions. springer, 2025. сравнительный анализ протоколов modbus, dnp3, IEC 60870-5, PROFINET и IEC 61850.
3. Iec 62443-2-1:2024. security program requirements for IACS asset owners. international electrotechnical commission, 2024.
4. Iec 62443-3-3. system security requirements and security levels. iec/isa.
5. Nist SP 800-82 rev. 3. guide to operational technology (ot) security. national institute of standards and technology.
6. Stouffer, k. et al. a survey of industrial control systems security. обзор исторических инцидентов, включая stuxnet и conficker.
7. Development of industrial cyber security standards: IEC 62443 for SCADA and industrial control system security. ieee.
8. What is ICS (industrial control system) security? waterfall security solutions, технический обзор, 2024.