ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОГО ОБМЕНА ДАННЫМИ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СЕТЯХ НА ОСНОВЕ ПРОТОКОЛОВ ЗАЩИЩЕННОЙ СВЯЗИ

АННОТАЦИЯ

В условиях стремительной цифровизации производства обеспечение безопасности обмена данными приобретает критическую значимость. Настоящая работа посвящена анализу протоколов защищенной связи, актуальных для использования в производственных сетях. Рассмотрены их ключевые особенности, преимущества, а также предложены подходы к интеграции данных решений в промышленную инфраструктуру. Полученные результаты демонстрируют, что современные протоколы, такие как TLS и IPsec, существенно повышают устойчивость производственных систем к кибератакам и минимизируют риски утраты конфиденциальности данных. Работа также рассматривает потенциальные ограничения внедрения этих технологий и пути их преодоления.

ABSTRACT

In the context of rapid digitalization of production, ensuring the security of data exchange is of critical importance. This paper is devoted to the analysis of secure communication protocols relevant for use in industrial networks. Their key features and advantages are considered, and approaches to integrating these solutions into industrial infrastructure are proposed. The results demonstrate that modern protocols such as TLS and IPsec significantly increase the resilience of production systems to cyberattacks and minimize the risks of losing data confidentiality. The work also considers potential limitations of the implementation of these technologies and ways to overcome them.

Ключевые слова: кибербезопасность, производственные сети, протоколы защищенной связи, TLS, IPsec, IIoT, DTLS, MQTT, шифрование, аудит безопасности.

Keywords: cybersecurity, industrial networks, secure communication protocols, TLS, IPsec, IIoT, DTLS, MQTT, encryption, security audit.

Введение. Современные производственные процессы все чаще опираются на цифровые технологии, включая автоматизацию, использование промышленных роботов и интеграцию с системами управления на основе искусственного интеллекта. Это приводит к значительному росту объемов данных, передаваемых через производственные сети. Эти данные включают как информацию о состоянии оборудования, так и команды управления, что делает их критически важными для стабильной работы предприятия. В этой связи защита обмена данными становится ключевым аспектом обеспечения кибербезопасности. Производственные сети сталкиваются с уникальными вызовами, включая наличие устаревшего оборудования, ограниченные вычислительные ресурсы в периферийных устройствах и высокие требования к надежности передачи данных. Учитывая эти особенности, выбор подходящих протоколов защищенной связи требует тщательного анализа.

Цель статьи — изучить современные протоколы защищенной связи, такие как TLS, IPsec, DTLS и MQTT, оценить их применимость в условиях производственных сетей и предложить эффективные подходы к их интеграции в промышленную инфраструктуру. Авторы стремятся выявить, какие решения обеспечивают наилучший баланс между безопасностью, производительностью и адаптируемостью к специфике промышленных систем. Настоящая статья направлена на изучение таких протоколов, их адаптацию к специфике производственных сетей и оценку их эффективности в различных сценариях, включая системы IIoT и CPS.

Методы: Для достижения целей исследования была использована многоэтапная методология, включающая:

• Анализ литературы и существующих стандартов. Рассмотрены протоколы, такие как TLS, IPsec, DTLS и MQTT, а также их модификации для использования в промышленных условиях.
• Моделирование производственных сетей. Созданы тестовые сценарии, имитирующие обмен данными между устройствами с использованием различных протоколов. Оценивались параметры, такие как задержки передачи, уровень шифрования, устойчивость к атакам и вычислительные затраты.
• Сравнительный анализ. Проведен анализ эффективности протоколов с учетом специфики промышленного оборудования и требований к масштабируемости.

Дополнительно был проведен аудит существующих производственных систем для выявления наиболее распространенных уязвимостей, связанных с обменом данными.

Таблица 1.

Значения

Результаты: Результаты исследования подтвердили, что современные протоколы защищенной связи способны значительно повысить уровень безопасности производственных сетей:

1. TLS (Transport Layer Security). Данный протокол обеспечивает надежное шифрование и аутентификацию сторон, что делает его подходящим для защиты клиент-серверных взаимодействий. TLS также широко поддерживается современными устройствами и программным обеспечением.
2. IPsec (Internet Protocol Security). Протокол эффективен для защиты данных на уровне сети и может использоваться в крупных распределенных системах. Его гибкость позволяет адаптировать решения под различные архитектуры.
3. DTLS (Datagram Transport Layer Security). Это расширение TLS для использования в системах на основе UDP. DTLS показал высокую эффективность в приложениях реального времени, таких как мониторинг производственного оборудования.
4. MQTT с расширенной безопасностью. MQTT, дополненный TLS или DTLS, предоставляет возможность защиты данных в устройствах IIoT с ограниченными ресурсами. Такое решение минимизирует нагрузку на оборудование при сохранении высокого уровня безопасности.

Кроме того, было выявлено, что сочетание различных протоколов может обеспечить оптимальный баланс между производительностью и безопасностью в многослойных производственных системах.

Обзуждение: Применение защищенных протоколов в производственных сетях существенно снижает риски утечки данных, атак типа "человек посередине" и других угроз. Однако внедрение данных технологий сопровождается рядом сложностей:

• Совместимость с устаревшим оборудованием. Многие устройства в производственных системах не поддерживают современные стандарты, что требует доработки или замены оборудования.
• Повышенные вычислительные затраты. Шифрование данных и аутентификация увеличивают нагрузку на устройства, что особенно критично для периферийных систем с ограниченными ресурсами.
• Интеграция в существующую инфраструктуру. Необходимо учитывать архитектурные особенности каждой системы для минимизации простоев и затрат.

Для преодоления этих трудностей рекомендуется:

1. Разработка гибридных решений. Комбинация протоколов, таких как IPsec и DTLS, может обеспечить оптимальное соотношение безопасности и производительности.
2. Обучение персонала. Инженеры и специалисты по кибербезопасности должны быть обучены работе с современными протоколами и инструментами.
3. Создание политики управления ключами. Эффективное управление криптографическими ключами и сертификатами является основой надежной защиты.
4. Аудит и тестирование. Регулярный мониторинг состояния сети и тестирование на проникновение помогут выявить и устранить уязвимости до их эксплуатации злоумышленниками.

Заключение: Обеспечение защищенного обмена данными является ключевым элементом устойчивости и безопасности современных производственных систем. Использование таких протоколов, как TLS, IPsec, DTLS и MQTT с механизмами защиты, позволяет минимизировать риски утечки данных и атак. Тем не менее, успешное внедрение этих технологий требует комплексного подхода, включающего техническую модернизацию, образовательные инициативы и разработку новых политик безопасности. Будущие исследования должны быть сосредоточены на оптимизации производительности данных протоколов и их адаптации к высоконагруженным системам реального времени.

Список литературы:

1. Muhammadjonov A., TURLARI T. S. Y. T. ICHKI VA TASHQI YARIMO ‘TKAZGICHLAR //Research and implementation.–2023.
2. Mukhtarov F. et al. Analysis of automation through sensors through gas sensors in different directions //E3S Web of Conferences. – EDP Sciences, 2024. – Т. 508. – С. 06004.
3. Asrayev M. MODERN NETWORKS FOR INFORMATION EXCHANGE IN SOFTWARE PRODUCTS.(TOPOLOGIES) //Journal of technical research and development. – 2023. – Т. 1. – №. 2.
4. Asrayev M. RESEARCH ON HANDWRITING INPUT OF TWO-DIMENSIONAL TEXT //Engineering problems and innovations. – 2024. – Т. 2. – №. Spes. 2 DI.
5. Абдукадиров Б.А., Хашимов А.А., Нуриллоев И.Ф. Тожибоева Ш.Х., Маматов А.А. Шахсни юз тасвири бўйича индентификaция қилиш тизимларида сохта киришни аниқлашга бўлган ёндашув // Информатика ва энергетика муаммолари Ўзбекистон журнали. – 2020. – №3. –Б. 73-82.
6. Зайнабидинов Рахматуло Мадаминджан оглы - Психология социальной инженерии, почему люди становятся жертвами кибератак: Tadqiq va tatbiq ilmiy-uslubiy jurnal Tom 02. | Son. 11 | 2024
7. Modelling algorithms for learner interaction with training courses Gorovik, A., Lazareva, M., Khasanova, M., Yuldosheva, D. E3S Web of Conferences, 2024, 508, 03013
8. Kayumov A., Meliqo‘ziyev M. JAVA DASTURLASH TILI TALABALARI UCHUN DASTURIY TA’MINOTNI ISHLAB CHIQISHNING YANGI METODOLOGIYASI //Research and implementation. – 2023.
9. R. Zulunov, B. Soliyev, A. Kayumov, M. Asraev, Kh. Musayev, D. Abdurasulova. Detecting mobile objects with ai using edge detection and background subtraction techniques. E3S Web of Conferences, 508, 03004 (2024).
10. Садикова М. А., Гоффаралиев А. Информационная платформа для абитуриентов Социальные сети //Miasto Przyszłości. – 2024. – Т. 48. – С. 1056-1058.
11. Kholmatov, A. (2023). TECHNOLOGIES STUDENTS ABOUT WEB PROGRAMMING. Journal of technical research and development, 1(2).
12. Abdurasulova D. B., Irmatova D. B. USE OF DIFFERENT ALGORITHMS AND APPLICATION OF SOFTWARE PRODUCT CREATION SEQUENCES IN ORGANIZING COMPLEX STRUCTURED PROJECTS //Educational Research in Universal Sciences. – 2023. – Т. 2. – №. 11. – С. 170-173.