Cyberhot Beyond Earth: Säkra tillverkning i rymden

Vårt globala samhälle är starkt beroende av rymdbaserad teknik. De flesta av oss är medvetna om att rymdpositionering, väder och kommunikationssystem är avgörande för våra transportaktiviteter. Jag skriver den här artikeln på ett plan som använder GPS för att dirigera mitt flyg på ett säkert sätt runt svåra vädermönster som har identifierats av satelliter. Om jag avslutar den här artikeln under flygning, laddar jag upp den för publicering på Forbes via en geosynkron kommunikationssatellit.

Ändå skulle många bli förvånade över att lära sig det moderna fabriker är också beroende av satelliter. Tillverkningsautomationssystem synkroniserar driften av flera robotar på deras produktionslinjer med hjälp av tidssignalerna från GPS -satelliter. Faktum är att GPS verkligen är en samling av 24 (plus reservdelar) kretsande atomklockor, som var och en kontinuerligt sänder tidsdata. Din Uber styrs av små skillnader i tidssignalen som kommer från fyra eller fler satelliter, inducerade av signalfördröjningen till din relativa position. Genom att känna till ljusets hastighet (299,792,458 XNUMX XNUMX m/s) beräknar din telefon avstånden och lokaliserar din position med enkel trigonometri … enkelt för en smartphone ändå.

Moderna automatiserade tillverkningslinjer är inte bara utsökt tidsinställda, de är också mycket sammanlänkade, fjärrprogrammerbara, övervakade och kontrollerade. Följaktligen blir cyberdomänen en allt viktigare hotutrymme för tillverkare. Datordesignstationer och servrar är uppenbara mål för hackare, men alla komprometterade digitaliserade tillverkningssystem kan ge värdefull egen data. Även filer från skrivarens programmerbara maskinverktyg kan avslöja mycket om de produkter de producerar. Förlusten av denna information kan äventyra tillverkarens och deras kunders immateriella rättigheter.

Inom flyg- och rymdområdet är många av de produkter som produceras klassificerade eller faller in i den bredare kategorin Kontrollerad oklassificerad information (CUI) och eftersöks aktivt av utländska motståndare. Att säkra industrirobotar, vattenskärare och 3D-skrivare från statligt sponsrade cyberinkräktare är en utmanande uppgift för fabrikens IT-avdelningar. Att säkra programmerings- och reservdelsfilerna för dessa system under överföringen är en lika viktig uppgift som ofta förbises.

Sårbarheten är verklig. För mer än ett decennium sedan ett Windows-datorvirus, känt som Stuxnet, konstruerades för att upptäcka datorer anslutna till Siemens S7 programmerbara logiska styrsystem, en vanlig styrenhet för tillverkningsmaskiner. Om styrenheten verkade driva en urananrikningscentrifug överfördes filer och tillverkningsprocessen gick subtilt skevt. Stuxnet avbröt avsevärt Irans produktion av kärnmaterial. Även om Stuxnet i stora drag antas ha varit produkten av en gemensam amerikansk-israelisk regeringsansträngning, bör vi anta att våra motståndare aktivt använder liknande cybervapen.

På väg tillbaka till rymden, låt oss överväga cybersäkerhetsimplikationerna för tillverkning av robotar i omloppsbana. Ja, rymdbaserade fabriker är en verklig, framväxande domän. Mikrogravitationsmiljön möjliggör produktion av produkter som vi inte kan tillverka på jorden. Dessa inkluderar fantastiskt perfekta kristaller, unika och superrena material, revolutionerande mediciner och till och med biotryckta organ. Vissa av dessa produkter, såsom ultrahögpresterande fiberoptisk kabel, levererar tillräckligt mycket värde för att göra dem i rymden – även med dagens relativt höga flygkostnader – lovar en mycket god vinst.

NASA känner igen rymdtillverkning som en viktig teknik som kan gynna myndighetens egna uppdrag. Det är också en kritisk affärssektor, tillsammans med rymdturism, i den korta utvecklingen av en rymdekonomi. Jag ledde nyligen granskningen av affärsmodeller för Johnson Space Center In-space Production Applications (InSPA) program. Under InSPA, NASA tilldelas åtta tillverkningsteam möjlighet att flyga sitt tillverkningsprojekt till rymden. NASA och ISS National Laboratory kommer att ge dessa nystartade tillverkningsföretag det rackutrymme och den astronauttid som krävs för deras testkörningar. Pristagarna kommer också att få den masstransport som krävs för att returnera sina tillverkade produkter till jorden. Målet är att ge amerikanska företag fotfäste i rymden medan vi väntar på kommersialiseringen av Low Earth Orbit (LEO).

Flera företag planerar att installera kommersiella orbitala rymdstationer inom de närmaste åren. Deras intäktsmodeller beror ofta på framväxten av livskraftig rymdtillverkning. Som du kanske föreställer dig är astronauttiden dyr. NASA citerar upp till $700,000 XNUMX per timme. Även om kommersiell verksamhet kommer att sänka det med MYCKET, är automatisering av rymdtillverkningssystem ett krav, inte ett alternativ.

Den ultimata applikationen för off-planet-tillverkning tillhandahåller självförsörjning för anläggningar i rymden. När delar och verktyg paus på en rymdstation är det mycket effektivare att skriva ut ersättningar på plats. Detta minskar kostnaderna, eliminerar enorma transportförseningar och ökar motståndskraften. Misslyckade delar kan återvinnas till nya 3D-skrivarfilament och skrivas ut igen, vilket ytterligare minskar beroendet av jorden för råvaror. De Redwire Regolith Projektet har tagit lovande steg mot detta genom att producera 3D-utskrivna strukturer med regolit, oorganisk "smuts" från månens eller marsytan. Relativitetsutrymme, vars 3D-printade Terran-raket är förbereder för lansering vid Cape Canaveral planerar en dag att skriva ut hela raketer på månen på Mars, med hjälp av lokalt framställt material. En stor styrka med automatiserad tillverkning i rymden är förmågan att överföra design och uppdateringar från jorden snarare än material. Detta är också ett allvarligt cybersäkerhetsproblem.

Säkra överföringar av dessa filer och annan kommunikation är avgörande eftersom rymdsystem har visat sig vara mål för cyberattacker. En timme innan den invaderade Ukraina, lanserade Ryssland en cyberangrepp i rymden på Viasats KA-SAT-nätverk, kopplar bort användare i Ukraina och på andra håll i Europa. Den exponentiella spridningen av små satelliter som för närvarande skjuts upp i omloppsbana kommer att erbjuda nya attackytor till både fiendestater och icke-statliga aktörer.

Förra året hade jag äran att fungera som extern examinator för DPhil viva (PhD-avhandling) av James Pavur, en Rhodes Scholar som studerar datavetenskap vid Oxford. Dr Pavurs arbete om rymdcybersäkerhet avslöjade att rymdkommunikationsteknik är anmärkningsvärt sårbar för avlyssning. Satellitkommunikationsprotokoll prioriterar att pressa ut den bästa prestandan ur anslutningar med låg bandbredd och plågas av latens, fördröjningar inducerade av radiosignaler som korsar avstånd i rymden, även med ljusets hastighet. Dessa faktorer kan göra traditionell säkerhetsteknik, som VPN, opraktisk och mycket rymdkommunikation är helt okrypterad. Dr. Pavur och andra har visat att det till och med är möjligt att infoga ny data i kommunikationsströmmar av potentiellt skändliga skäl. En sådan attack kan skada produkten eller själva tillverkningssystemet. Det kan till och med potentiellt sabotera ett rymdfarkost eller livsmiljö och försätta rymdfarare i fara. Med tanke på det ömsesidiga beroendet av moderna system skulle skador som tillfogas alla rymdtillgångar få en ringeffekt, vilket potentiellt kan generera stora ekonomiska förluster för företag och individer helt omedvetna om deras beroende av sårbara rymdbaserade system.

Lösningar dyker upp. I min roll som gästprofessor i Institutet för säkerhetsvetenskap och teknik (ISST) på Imperial College London stötte jag på en brittisk startup som åtgärdade detta problem. FÖRSVAR3D har utvecklat ett Secure Streaming Transfer Protocol som möjliggör en säker digital återförsörjning av deldata till avlägsna platser utan behov av filöverföring, vilket eliminerar säkerhetsrisken förknippad med överföring av hela 2D- eller 3D-tillgången. Detta uppnås genom att använda en kontinuerlig, dynamisk ström till en mängd olika tillverkningsenheter med bandbredder så låga som 3 kbps. Denna möjliggörande teknik skulle kunna utgöra grunden för säker fjärrtillverkning i utomjordiska miljöer och kommer att möjliggöra snabb design av prototyper, iteration och testning på ISS, framtida kommersiella stationer och månens yta.

Framtiden för tillverkning i rymden är otroligt ljus, men vaksamhet krävs. Vi måste bygga in cybersäkerhet i tillverkning i rymden från början, innan vi drabbas av en "dålig dag", inte som reaktion på en.