Ameaças cibernéticas além da Terra: protegendo a fabricação no espaço

Nossa sociedade global é fortemente dependente de tecnologias baseadas no espaço. A maioria de nós está ciente de que o posicionamento espacial, o clima e os sistemas de comunicação são críticos para nossas atividades de transporte. Estou escrevendo este artigo em um avião que está usando GPS para rotear meu voo com segurança em torno de padrões climáticos severos que foram identificados por satélites. Se eu terminar este artigo durante o voo, farei o upload para publicação na Forbes por meio de um satélite de comunicações geossíncrono.

Ainda assim, muitas pessoas ficariam surpresas ao saber que fábricas também dependem de satélites. Os sistemas de automação de fabricação sincronizam as operações de vários robôs em suas linhas de produção usando os sinais de tempo fornecidos por Satélites GPS. Na verdade, o GPS é realmente uma coleção de 24 (mais sobressalentes) relógios atômicos em órbita, cada um transmitindo continuamente dados de tempo. Seu Uber é guiado por pequenas diferenças no sinal de tempo que emana de quatro ou mais satélites, induzidas pelo atraso do sinal em sua posição relativa. Conhecendo a velocidade da luz (299,792,458 m/s), seu telefone calcula as distâncias e localiza sua posição com trigonometria simples... simples para um smartphone.

As modernas linhas de fabricação automatizadas não são apenas cronometradas, mas também altamente interconectadas, programáveis ​​remotamente, monitoradas e controladas. Consequentemente, o domínio cibernético é cada vez mais importante espaço de ameaça para fabricantes. Estações e servidores de design de computador são alvos óbvios para hackers, mas qualquer sistema de fabricação digital comprometido pode gerar dados proprietários valiosos. Mesmo arquivos de máquinas-ferramentas programáveis ​​de impressoras podem revelar muito sobre os produtos que estão produzindo. A perda dessas informações pode comprometer a propriedade intelectual do fabricante e de seus clientes.

No domínio aeroespacial, muitos dos produtos produzidos são classificados ou se enquadram na categoria mais ampla de Informações não classificadas controladas (CUI) e são ativamente procurados por adversários estrangeiros. Proteger robôs industriais, cortadores de jato de água e impressoras 3D de ciberintrusos patrocinados pelo Estado é uma tarefa desafiadora para os departamentos de TI da fábrica. Proteger os arquivos de programação e peças para esses sistemas durante sua transmissão é uma tarefa igualmente importante que muitas vezes passa despercebido.

A vulnerabilidade é real. Há mais de uma década, um vírus de computador Windows, conhecido como Stuxnet, foi projetado para detectar computadores conectados a sistemas de controle lógico programável Siemens S7, um controlador de máquina de fabricação comum. Se o controlador parecia estar operando uma centrífuga de enriquecimento de urânio, os arquivos eram transferidos e as operações desse processo de fabricação ficavam sutilmente distorcidas. Stuxnet interrompeu significativamente a produção de material nuclear do Irã. Embora o Stuxnet seja amplamente considerado o produto de um esforço governamental conjunto dos EUA e Israel, devemos assumir que nossos adversários estão usando ativamente armas cibernéticas semelhantes.

Voltando ao espaço, vamos considerar as implicações de segurança cibernética para a fabricação de robôs em órbita. Sim, fábricas espaciais são um domínio real e emergente. O ambiente de microgravidade permite a produção de produtos que não podemos fabricar na Terra. Estes incluem cristais incrivelmente perfeitos, materiais únicos e super puros, medicamentos revolucionários e até órgãos bio-impressos. Alguns desses produtos, como cabos de fibra óptica de desempenho ultra-alto, agregam valor suficiente para que fazê-los no espaço – mesmo com os custos de voo relativamente altos de hoje – promete um lucro muito saudável.

NASA reconhece fabricação espacial como uma importante tecnologia que pode beneficiar as próprias missões da agência. É também um setor de negócios crítico, juntamente com o turismo espacial, no desenvolvimento de curto prazo de uma economia espacial. Recentemente, liderei a revisão de modelos de negócios para o Centro Espacial Johnson Aplicativos de produção no espaço (InSPA) programa. Sob InSPA, NASA premiado com oito equipes de fabricação a oportunidade de levar seu projeto de fabricação para o espaço. NASA e o Laboratório Nacional da ISS fornecerá a essas startups de fabricação o espaço de rack e o tempo de astronauta necessários para suas execuções de teste. Os premiados também receberão o transporte de massa necessário para devolver seus produtos manufaturados à Terra. O objetivo é dar às empresas norte-americanas uma posição no espaço enquanto aguardamos a comercialização da Low Earth Orbit (LEO).

Várias empresas estão planejando implantar estações espaciais orbitais comerciais nos próximos anos. Seus modelos de receita geralmente dependem do surgimento de uma fabricação espacial viável. Como você pode imaginar, o tempo de astronauta é caro. A NASA cota até US$ 700,000 por hora. Embora as operações comerciais reduzam muito isso, automatizar os sistemas de fabricação de espaço é um requisito, não uma opção.

A aplicação definitiva para a fabricação fora do planeta é fornecer auto-suficiência para instalações no espaço. Quando as peças e ferramentas quebrar em uma estação espacial, é muito mais eficiente imprimir substituições no local. Isso reduz custos, elimina grandes atrasos no transporte e aumenta a resiliência. As peças defeituosas podem ser recicladas em novos filamentos de impressora 3D e reimpressas, reduzindo ainda mais a dependência da Terra para matérias-primas. o Redwire Regolito O projeto deu passos promissores para isso, produzindo estruturas impressas em 3D com regolito, “sujeira” inorgânica da superfície lunar ou marciana. Espaço de relatividade, cujo foguete Terran impresso em 3D é preparando para o lançamento em Cabo Canaveral, planeja um dia imprimir foguetes inteiros na Lua em Marte, usando materiais de origem local. Uma grande força da fabricação automatizada no espaço é a capacidade de transmitir projetos e atualizações da Terra, em vez de materiais. Essa também é uma séria preocupação de segurança cibernética.

As transferências seguras desses arquivos e outras comunicações são críticas, pois os sistemas espaciais são alvos comprovados de ataques cibernéticos. Uma hora antes de invadir a Ucrânia, a Rússia lançou um ciberataque espacial na rede KA-SAT da Viasat, desconectando usuários na Ucrânia e em outros lugares da Europa. A proliferação exponencial de pequenos satélites que estão sendo lançados em órbita oferecerá novas superfícies de ataque a estados inimigos e atores não estatais.

No ano passado, tive a honra de servir como examinador externo para o DPhil viva (dissertação de doutorado) de James Pavur, um Rhodes Scholar estudando ciência da computação em Oxford. O trabalho do Dr. Pavur sobre segurança cibernética espacial revelou que as tecnologias de comunicação espacial são notavelmente vulneráveis ​​à interceptação. Os protocolos de comunicação via satélite priorizam obter o melhor desempenho de conexões de baixa largura de banda e são atormentados pela latência, atrasos induzidos por sinais de rádio que atravessam distâncias do tamanho do espaço, mesmo na velocidade da luz. Esses fatores podem tornar as tecnologias de segurança tradicionais, como VPNs, impraticáveis ​​e muitas comunicações espaciais não são criptografadas. Dr. Pavur e outros mostraram que é possível inserir novos dados em fluxos de comunicação por razões potencialmente nefastas. Tal ataque pode danificar o produto ou o próprio sistema de fabricação. Pode até mesmo sabotar um veículo espacial ou habitat e colocar os viajantes espaciais em perigo. Dada a interdependência dos sistemas modernos, os danos infligidos a qualquer ativo espacial teriam um efeito cascata, potencialmente gerando pesadas perdas financeiras para empresas e indivíduos completamente inconscientes de sua dependência de sistemas baseados no espaço vulneráveis.

As soluções estão surgindo. Na minha função de professor visitante no Instituto de Ciência e Tecnologia de Segurança (ISST) no Imperial College London, encontrei uma startup sediada no Reino Unido abordando esse problema. DEFENDER3D desenvolveu um Secure Streaming Transfer Protocol que permite um reabastecimento digital seguro de dados de peças para locais remotos sem a necessidade de transferência de arquivos, eliminando o risco de segurança associado à transmissão de todo o ativo 2D ou 3D. Isso é feito usando um fluxo contínuo e dinâmico para uma ampla variedade de dispositivos de fabricação com larguras de banda tão baixas quanto 3 kbps. Essa tecnologia de habilitação pode fornecer os fundamentos da fabricação remota segura em ambientes extraterrestres e permitirá a prototipagem, iteração e testes rápidos de design na ISS, futuras estações comerciais e na superfície lunar.

O futuro da fabricação no espaço é incrivelmente brilhante, mas é necessária vigilância. Devemos construir a segurança cibernética na fabricação no espaço desde o início, antes que soframos um “dia ruim”, não em reação a um.