Quarantine-mode based live patching for zero downtime safety-critical systems

Abstract

En esta tesis se presenta una arquitectura y diseño de software, llamado Cetratus, que permite las actualizaciones en caliente en sistemas críticos, donde se efectúan actualizaciones dinámicas de los componentes de la aplicación. La característica principal es la ejecución y monitorización en modo cuarentena, donde la nueva versión del software es ejecutada y monitorizada hasta que se compruebe la confiabilidad de esta nueva versión. Esta característica también ofrece protección contra posibles fallos de software y actualización, así como la propagación de esos fallos a través del sistema. Para este propósito, se emplean técnicas de particionamiento. Aunque la actualización del software es iniciada por el usuario Updater, se necesita la ratificación del auditor para poder proceder y realizar la actualización dinámica. Estos usuarios son autenticados y registrados antes de continuar con la actualización. También se verifica la autenticidad e integridad del parche dinámico. Cetratus está alineado con las normativas de seguridad funcional y de ciber-seguridad industriales respecto a las actualizaciones de software.Se proporcionan dos casos de estudio. Por una parte, en el caso de uso de energía inteligente, se analiza una aplicación de gestión de energía eléctrica, compuesta por un sistema de gestión de energía (BEMS por sus siglas en ingles) y un servicio de optimización de energía en la nube (BEOS por sus siglas en ingles). El BEMS monitoriza y controla las instalaciones de energía eléctrica en un edificio residencial. Toda la información relacionada con la generación, consumo y ahorro es enviada al BEOS, que estima y optimiza el consumo general del edificio para reducir los costes y aumentar la eficiencia energética. En este caso de estudio se incorpora una nueva capa de ciberseguridad para aumentar la ciber-seguridad y privacidad de los datos de los clientes. Específicamente, se utiliza la criptografía homomorfica. Después de la actualización, todos los datos son enviados encriptados al BEOS.Por otro lado, se presenta un caso de estudio ferroviario. En este ejemplo se actualiza el componente Euroradio, que es la que habilita las comunicaciones entre el tren y el equipamiento instalado en las vías en el sistema de gestión de tráfico ferroviario en Europa (ERTMS por sus siglas en ingles). En el ejemplo se actualiza el algoritmo utilizado para el código de autenticación del mensaje (MAC por sus siglas en inglés) basado en el algoritmo de encriptación AES, debido a los fallos de seguridad del algoritmo actual.