T E L KO M NIK A In d o n e s i a n  J o u r n a l o f   E le c t r ic a E n g in e e r in g V o l . 1 5 , No .  3 S e p te m b e r  2 0 1 5 , p p . 5 2 6 ~ 5 3 3 DO I: 1 0 . 1 1 5 9 1 /t e l k o m n i k a .v 1 5 i 3 . 8 4 2 3 5 2 6 Re c e i v e d M a y 2 5 2 0 1 5 ; R e v i s e d J u l y 2 8 , 2 0 1 5 A c c e p te d A u g u s t 1 4 , 2 0 1 5 S ecu r e d Co m m u n ica t io n A m o n g HM I a n d  C o n t r o ller u sin g  RC - A l g o r it h m an d Ra s p b er r y  P i A l b e r t   S a g a l a * , De n i L u m b a n t o r u a n , E p e lin  M a n u r u n g , Ir o m a   S it u m o r a n g Ad i G u n a w a n C y b e Se c u ri t y R e s e a rc h   C e n t re   ( C SR C ) - D e l   I n s t i t u t e   o f   T e c h n o l o g y , J l . Si s i m a n g a ra j a   D e s a   Si t o l u a m a   Ke c a m a t a n   L a g u b o t i * C o rre s p o n d i n g   a u t h o r, e - m a i l : a l b e r t @ d e l . a c . i d , t o ru a n @ d e l . a c . i d Ab s t r a c t Su p e rv i s o r y   C o n t ro l   a n d   D a t a   Ac q u i s i t i o n   i s   a   t e c h n o l o g y   a p p l i e d   t o   b e   a b l e   t o   p e rf o rm s u p e r v i s o n ,   c o n t ro l l i n g   a n d   a c q u i s i t i o n   d a t a   r e m o t e l y .   SC AD t e c h n o l o g y   u t i l i z a t i o n   h a d   a   p o s i t i v e   i m p a c t o n   t h e   e f f i c i e n c y   o f   a n   i n d u s t r i a l   p l a n t   t o   p ro d u c e   t h e   d e s i r e d p ro d u c t .   D a i l y   d a t a   c o n t a i n i n g   i n f o rm a t i o n f ro m   t h e   s e n s o rs   a n d   a c t u a t o r s   i n s t a l l e d   o n   t h e   p l a n t   i n   re a l t i m e   a l l o w s   d e c i s i o n s   t o   b e   m a d e   a s   e a rl y   a s p o s s i b l e   i n   o rd e t o   o b t a i n   a   q u a l i t y   p ro d u c t .   I n   t h e   b e g i n n i n g   t h e   i m p l e m e n t a t i o n   o f   a   p l a n t   w i t h   SC AD A t e c h n o l o g y ,   t h e   n e t w o rk   i s   f o rm e d   i s o l a t e d   f ro m   t h e   o u t s i d e   n e t w o rk   ( L AN   o I n t e rn e t ) .   So   i t   c a n   b e a s c e rt a i n e d   t h a t   t h e   c o m m u n i c a t i o n   t h a t   o c c u r s   o n   t h e   SC A D n e t w o rk   i s   s a f e   f ro m   t h e   t h re a t   o f   c ra c k e r s . I n   f a c t ,   SC AD n e t w o rk   a l l o w s   i t   t o   b e   c o n n e c t e d   t o t h e   I n t e rn e t ,   s o   t h a t   t h e   d a t a   o f   t h e   p l a n t   c a n   b e m o n i t o re d   v i a   t h e   I n t e rn e t ,   s o   t h e   i n f o rm a t i o n   a b o u t   t h e   s t a t e   o f   t h e   p l a n t   c a n   b e   m o n i t o re d   i n   re a l t i m e   a n d c a n   b e   t a k e n   q u i c k l y   i f   i t   i s   k n o w n   t h e re   a re   a n o m a l i e s   o n   t h e   c o n t ro l   s y s t e m .   I n   t h e   re s e a r c h   w e   d e s i g n e d a   m e t h o d   o f   e n c ry p t i o n   a n d   d e c r y p t i o n   a g a i n s t   t h e   l i n e s   o f   c o m m u n i c a t i o n   b e t w e e n   t h e   H M I   ( H u m a n M a c h i n e   I n t e rf a c e )   a n d   t h e   C o n t ro l l e o n   a n   i n d u s t ri a l   m i n i p a n t   c o n t a i n e d   i n   L a b   C SR C   I T   D e l .   R a s p b e rry Pi   i s   u s e d   a s   a   g a t e w a y   b e t w e e n   t h e   H M I   a n d   t h e   C o n t r o l l e r.   W h i l e   Al g o r i t h m   R C   4   a re   u s e d   a s   t h e a l g o r i t h m   f o e n c ry p t i n g   d a t a   b e t w e e n   t h e   H M I   a n d   t h e   C o n t r o l l e r.   I n   t h e   r e s u l t s ,   w e   c a n   u s e   t h e   R a p s b e rr y Pi   t o   s e c u re   t h e   c o m m u n i c a t i o n   b e t w e e n   t h e   H M I   a n d   C o n t ro l l e r. K e y w o r d s : s e c u r e d   SC AD A,   e n c r y p t i o n   R C - 4   f o SC AD A, r a p s b e rry   P i   g a t e w a y C o p y r i g h t © 2 0 1 5 I n s ti tu t e   o f   A d v a n c e d   En g i n e e r i n g   a n d   Sc i e n c e .   A l l   r i g h t s   r e s e r v e d . 1 . In t r o d u c t io n S CA DA i s   a   c o m b i n a ti o n   o f a u to m a ti o n te c h n o l o g i e s th a t s u p p o r t h e   s u p e r v i s i o n , c o n tr o l l i n g   a n d m o n i to r i n g s e n s o r s   a n d a c tu a to r s i n   t h e p l a n t . S C A D A w a s   b u i l t u s i n g c l i e n t - s e r v e r   a r c h i te c t u r e , S C A D A c o n tr o l l e r a s   a   c l i e n t a n d Hu m a n   M a c h i n e I n te r f a c e ( HM ) a s   a s e r v e r   [ 1 ] S C A DA   s y s te m s   r e p r e s e n a n   i m p o r ta n t o o l   t h a e n a b l e s   a   q u i c k   a n d   p r e c i s i o n   d a t a a c q u i s i ti o n c e r ta i n l y   th e y   a r e   a   p e r f e c s o u r c e   f o r   B i g   Da t a s i n c e   th e   q u a n t i t y   o f   d a ta   th e y g e n e r a te   i s   m u c h   l a r g e r   t h a n   a n y   o th e r   s y s t e m s   d e a l i n g   wi th   i n f o r m a ti o n l i k e   f o r   c o r p o r a te s y s t e m s . S CA DA   i s   c o n s i d e r e d   to   b e   a   b a c k b o n e   n o o n l y   f o r   th e   p l a n t   ( o r g a n i z a t i o n ) b u f o r   th e c o u n tr y   i ts e l f T h e   i n c r e d i b l y   h i g h   n u m b e r   o f   S CA D A   s y s t e m s   o p e r a ti n g   w o r l d w i d e m o r e   th a n   3 m i l l i o n a n d   th e   f a c th a th e y   a r e   i m p l e m e n te d   i n   m a n y   s e n s i ti v e   a n d   s tr a te g i c   i n d u s tr i e s m a k e s u s   s e r i o u s l y   ta k e   i n to   c o n s i d e r a ti o n   s e c u r i t y   r e q u i r e m e n ts C y b e r   a tt a c k   to   Cr i ti c i a l   In f r a s tr u c tu r e i s  a l s o   i n c r e a s e   w i t h  l e v e l   o f  d e s tr u c ti o n  a l s o   i n c r e a s i n g  [1 , 2 ]. T h e   m i g r a ti o n   t o   T CP /IP   n e t w o r k s   a n d   u s i n g   c o m m o d i t i y   p l a tf o r m   f o r   M o d b u s   c l i e n ts m a k e   th e s e   s y s te m s   p o te n ti a l l y v u l n e r a b l e   to   a tt a c k s   a g a i n ts   th e   o p e r a t i n g   s y s te m   a n d   th e n e t w o r k e v e n   i f   s u c h   a tt a c k s   a r e   n o a g a i n s th e   M o d b u s   p r o to c o l M o d b u s   c l i e n ts   to d a y t y p i c a l l y   r u n   a   v e r s i o n   o f   t h e   W i n d o w s   o p e r a t i n g   s y t e m F o r   s o m e   a p p l i c a t i o n   e n v i r o n m e n ts   i n wh i c h   i i s   e x p e n s i v e   o r   d i f fi c u l t o   s h u t   d o wn   th e   c o n tr o l   s y s t e m o p e r a ti n g   s y s te m   p a th e s   m a y n o t b e  u p  to   d a t e . S o  th e s e  s y s t e m s   m a y  r u n   wi th  k n o wn  v u l n e r a b i l i t i e s . In f o r m a ti o n   w a s   tr a n s m i tte d p l a i n t e x t b e t w e e n   th e HM I a n d S CA D A . S o , d a t a wi l l   b e e a s i l y   s e e n o r   i n t e r p r e t b y   th e c r a c k e r / h a c k e r w h o e n te r e d i n to th e   S CA DA   n e t wo r k th r o u g h th e   s ta g e s   o f e th i c a l h a c k i n g   [3 - 5 ].  S o l u ti o n   th a c a n   b e   a p p l i e d   to   s e c u r e   S CA D A c o m m u n i c a ti o n   l i n e s   c a n   b e   d o n e   s e v e r a l   wa y s f o r   e x a m p l e   b y   V P te c h n o l o g y   i f   th e   d a ta   i s p a s s e d   v i a   t h e   p u b l i c   i n t e r n e c o m m u n i c a ti o n A n o th e r   w a y   i s   b y   a d d i n g   a   g a t e w a y   th a wi l l p e r f o r m  th e  e n c r y p ti o n  a n d   d e c r y p t i o n  o n  d a t a  tr a n s m i tte d  o r  r e c e i v e d . Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 S e c u r e d Co m m u n i c a t i o n  A m o n g  H M I  a n d  Co n tr o l l e r   u s i n g  RC - 4  A l g o r i th m ( A l b e r t S a g a l a ) 5 2 7 In   o u r   r e s e a r c h we   u s e   Ra s p b e r r i   P i   a s   a   g a t e w a y   b e t we e n   th e   c o n tr o l l e r   a n d   HM I.  T h e r a s p b e r r y   wi l l   h a v e   a   f u n c ti o n   to   d e c r y p th e   m e s s a g e   s e n d i n g   f r o m   HM a n d   e n c r y p th e m e s s a g e   w h e n   s e n d   th e   d a ta   f r o m   c o n t r o l l e r   to   HM I.  S o   th a t t h e   d a t a   tr a n s m i tte d   i s   e n c r y p te d a n d  m a k e  d i ff i c u l t to   a tta c k e r  to  g e t th e  m e s s a g e . 1 .1 . M o d b u s  T CP /IP M o d b u s   i s   a   s e r i a l   c o m m u n i c a t i o n s   p r o t o c o l   o r i g i n a l l y   p u b l i s h e d   b y   M o d i c o n   ( n o w S c h n e i d e r   E l e c tr i c )   i n   1 9 7 9   f o r   u s e   w i t h   i ts   p r o g r a m m a b l e   l o g i c   c o n tr o l l e r s   ( P L C s ) S i m p l e   a n d r o b u s t,  i h a s   s i n c e   b e c o m e   a   s ta n d a r d   c o m m u n i c a ti o n   p r o to c o l a n d   i t   i s   n o w   a   c o m m o n l y a v a i l a b l e  m e a n s  o f  c o n n e c t i n g   i n d u s tr i a l  e l e c tr o n i c  d e v i c e s  [6 ]. M o d b u s   T CP /IP   i s   a   v a r i a n t   o f   th e   M o d b u s   f a m i l y   o f   s i m p l e v e n d o r - n e u tr a l c o m m u n i c a ti o n   p r o t o c o l s   i n te n d e d   f o r   s u p e r v i s i o n   a n d   c o n tr o l   o f   a u to m a ti o n   e q u i p m e n t. S p e c i f i c a l l y i c o v e r s   th e   u s e   o f   m o d b u s   m e s s a g i n g   i n   a n   I n tr a n e t’   o r   In te r n e t’   e n v i r o n m e n t u s i n g   th e   T CP /IP   p r o to c o l s T h e   m o s c o m m o n   u s e   o f   th e   p r o to c o l s   a t   th i s   ti m e   i s   f o r   E th e r n e t a tta c h m e n t o f  P L C’ s ,  I/O  m o d u l e s a n d  ‘ g a te wa y s   to   o th e r  s i m p l e  f i e l d  b u s e s  o r  I / O  n e t wo r k s . In M o d b u s d a ta   tr a n s a c t i o n s   a r e   tr a d i t i o n a l l y   s ta te l e s s m a k i n g   th e m   h i g h l y   r e s i s ta n to   d i s r u p ti o n f r o m  n o i s e  a n d   y e t r e q u i r i n g  m i n i m a l  r e c o v e r y   i n f o r m a ti o n  to   b e  m a i n ta i n e d  a t  e i t h e r  e n d . P r o g r a m m i n g   o p e r a t i o n s o n   th e   o t h e r   h a n d e x p e c t   a   c o n n e c ti o n - o r i e n te d   a p p r o a c h . T h i s   w a s   a c h i e v e d   o n   t h e   s i m p l e r   v a r i a n ts   b y   a n   e x c l u s i v e   l o g i n   to k e n   a n d   o n   th e   M o d b u s   P l u s v a r i a n b y   e x p l i c i P r o g r a m   P a th   c a p a b i l i t i e s   w h i c h   m a i n ta i n e d   a   d u p l e x   a s s o c i a ti o n   u n t i l e x p l i c i tl y  b r o k e n  d o w n . M o d b u s   T CP /IP   h a n d l e s   b o th   s i t u a t i o n s A   c o n n e c ti o n   i s   e a s i l y   r e c o g n i z e d   a th e p r o to c o l   l e v e l a n d   a   s i n g l e   c o n n e c ti o n   m a y   c a r r y   m u l ti p l e   i n d e p e n d e n t r a n s a c ti o n s In   a d d i ti o n , T CP /IP   a l l o w s   a   v e r y   l a r g e   n u m b e r   o f   c o n c u r r e n c o n n e c ti o n s s o   i n   m o s c a s e s   i i s   th e   c h o i c e o f  th e  i n i t i a t o r   w h e th e r  t o  r e c o n n e c t a s  r e q u i r e d  o r  r e - u s e  a  l o n g - l i v e d  c o n n e c ti o n . In   p r a c t i c e M o d b u s   T CP   e m b e d s   a   s ta n d a r d   M o d b u s   d a t a   f r a m e   i n to   a   T CP   f r a m e , wi th o u t t h e   M o d b u s  c h e c k s u m , a s  s h o w n   i n  t h e  f o l l o wi n g  d i a g r a m . F i g u r e 1 . S ta n d a r d   M o d b u s  Da ta  F r a m e W e   k n o w   th a th a M o d b u s   o p e r a te s   a c c o r d i n g   to   th e   c o m m o n   c l i e n t/ s e r v e r ( m a s te r /s l a v e )   m o d e l . T h a t   i s t h e   c l i e n t   ( m a s te r )   s e n d s   a   r e q u e s te l e g r a m   ( s e r v i c e   r e q u e s t )   to th e   s e r v e r   ( s l a v e ) a n d   th e   s e r v e r   r e p l i e s   w i t h   a   r e s p o n s e   te l e g r a m If  th e   s e r v e r   c a n n o p r o c e s s a   r e q u e s t,  i w i l l   i n s te a d   r e tu r n   a n   e r r o r   f u n c ti o n   c o d e   ( e x c e p ti o n   r e s p o n s e )   th a t i s   th e   o r i g i n a l f u n c ti o n  c o d e  p l u s  8 0 ( i . e .  wi th  i ts  m o s t s i g n i f i c a n t  b i s e t to  1 ) M o d b u s   d a ta   m o d e l   h a s   a   s i m p l e   s tr u c tu r e   th a o n l y   d i f f e r e n ti a te s   b e t w e e n   f o u r   b a s i c d a ta   t y p e s  a s  s h o w o n  T a b l e  1 . T a b l e 1 . M o d b u s  Da ta   M o d e l i n p u t   d i s c r e t e s s i n g l e   b i t ,   p r o v i d e d   b y   a n   I / O   s y s t e m ,   r e a d - o n l y o u t p u t   d i s c r e t e s s i n g l e   b i t ,   a l t e r a b l e   b y   a n   a p p l i c a t i o n   p r o g r a m ,   r e a d - w r i t e i n p u t   r e g i s t e r s 1 6 - b i t   q u a n t i t y ,   p r o v i d e d   b y   a n   I / O   s y s t e m ,   r e a d - o n l y o u t p u t   r e g i s t e r s 1 6 - b i t   q u a n t i t y , a l t e r a b l e   b y   a n   a p p l i c a t i o n   p r o g r a m ,   r e a d - w r i t e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 T E L KO M NIK A V o l 1 5 , No . 3 S e p t e m b e r  2 0 1 5 : 5 2 6 5 3 3 5 2 8 1 .2 . R a s p b e r r y  P i T h e   Ra s p b e r r y   P i   i s   a   s e r i e s   o f c r e d i c a r d - s i z e d s i n g l e - b o a r d   c o m p u te r s d e v e l o p e d   i n th e UK b y   th e Ra s p b e r r y   P i   F o u n d a t i o n wi th   t h e   i n t e n ti o n   o f   p r o m o ti n g   th e   te a c h i n g   o f   b a s i c c o m p u te r  s c i e n c e i n  s c h o o l s [7 ] . T h e   o r i g i n a l   Ra s p b e r r y   P i   i s   b a s e d   o n   th e B r o a d c o m B CM 2 8 3 5 s y s t e m   o n   a   c h i p ( S o C ) , wh i c h   i n c l u d e s   a n A RM 1 1 7 6 J Z F - S 7 0 0 M H z p r o c e s s o r , V i d e o C o r e I V   G P U,   a n d   wa s   o r i g i n a l l y s h i p p e d   w i t h   2 5 6 m e g a b y t e s   o f RA M l a te r   u p g r a d e d   ( m o d e l s   B   a n d   B + )   to   5 1 2 M B . T h e   s y s te m h a s S e c u r e   Di g i t a l ( S D )   ( m o d e l s   A   a n d   B )   o r   M i c r o S ( m o d e l s   A +   a n d   B + )   s o c k e ts   f o r   b o o t m e d i a  a n d   p e r s i s te n t s to r a g e . F i g u r e 2 . R a p s b e r r y   P i  2 In   th i s   p a p e r   th e   r e s e a r c h   m e th o d   i s f i r s a d d r e s s e d   i n   S e c t i o n   2 T h e n i n   S e c ti o n   3   th e e x p e r i m e n ta l   r e s u l t   a n d   a n a l y s i s   a r e   e x p o s e d a s   w e l l   a s   th e   S C A D A   a n d   HM I   d e v e l o p e d   f o r th i s   p a r t i c u l a r   a p p l i c a ti o n F i n a l l y t h e   c o n c l u s i o n   i s   d e s c r i b e d   i n   S e c ti o n   4 wh i c h   c o n c l u d e s   th e e f f e c ti v e n e s s o f  r e s e a r c h  m e th o d  c o n d u c te d . 2 . Re s e a r c h  M e t h o d F i r s m e th o d   th a we   d o   i n   o u r   r e s e a r c h   i s   s tu d y   o f   t h e   D e l i n e a ti o n   p l a n t   w o r k s . In   th e c u r r e n s y s te m F i g u r e 3 , d a ta w a s s e n o r   r e c e i v e d   i n   p l a i n t e x f o r m . T h e O p e r a to r m a y   s e n d th e   c o m m a n d   to   th e   c o n tr o l l e r   wi th   b u t to n   o n   th e   H M i n te r f a c e T h e   p l a n wi l l   a u t o m a te   th e m i x i n g   o f   tw o   l i q u i d   f r o m   l o we r   c o n ta i n e r   a n d   u p p e r   c o n ta i n e r T h e   p l a n h a s   4   s e n s o r s S 1 S 2 , S 3   a n d   S 4   wh i c h   h a v e   a   f u n c ti o n   t o   d e te c th e   l e v e l   o f   l i q u i d   i n   t h e   c o n ta i n e r .   T h e   s e n s o r   w i l l s e n d   th e   d a ta   to   t h e   c o n t r o l l e r ,   s o   th a t h e   m i x i n g   o f   tw o   l i q u i d   c a n   d o   a u to m a ti c a l l y   u s i n g r e s p o n s e   t o   t h e   a c tu a to r p u m p   a n d   s o l e n o i d   v a l v e W e   a l s o   i n te g r a te   th e   s y s t e m   w i th   A l a r m b u z z e r  t o  a l e r t f o r  th e  a n o m a l y  s y s te m . F i g u r e 3 . C u r r e n S CA DA   Co m u n n i c a ti o n IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 T E L KO M NIK A V o l 1 5 , No . 3 S e p t e m b e r  2 0 1 5 : 5 2 6 5 3 3 5 2 8 1 .2 . R a s p b e r r y  P i T h e   Ra s p b e r r y   P i   i s   a   s e r i e s   o f c r e d i c a r d - s i z e d s i n g l e - b o a r d   c o m p u te r s d e v e l o p e d   i n th e UK b y   th e Ra s p b e r r y   P i   F o u n d a t i o n wi th   t h e   i n t e n ti o n   o f   p r o m o ti n g   th e   te a c h i n g   o f   b a s i c c o m p u te r  s c i e n c e i n  s c h o o l s [7 ] . T h e   o r i g i n a l   Ra s p b e r r y   P i   i s   b a s e d   o n   th e B r o a d c o m B CM 2 8 3 5 s y s t e m   o n   a   c h i p ( S o C ) , wh i c h   i n c l u d e s   a n A RM 1 1 7 6 J Z F - S 7 0 0 M H z p r o c e s s o r , V i d e o C o r e I V   G P U,   a n d   wa s   o r i g i n a l l y s h i p p e d   w i t h   2 5 6 m e g a b y t e s   o f RA M l a te r   u p g r a d e d   ( m o d e l s   B   a n d   B + )   to   5 1 2 M B . T h e   s y s te m h a s S e c u r e   Di g i t a l ( S D )   ( m o d e l s   A   a n d   B )   o r   M i c r o S ( m o d e l s   A +   a n d   B + )   s o c k e ts   f o r   b o o t m e d i a  a n d   p e r s i s te n t s to r a g e . F i g u r e 2 . R a p s b e r r y   P i  2 In   th i s   p a p e r   th e   r e s e a r c h   m e th o d   i s f i r s a d d r e s s e d   i n   S e c t i o n   2 T h e n i n   S e c ti o n   3   th e e x p e r i m e n ta l   r e s u l t   a n d   a n a l y s i s   a r e   e x p o s e d a s   w e l l   a s   th e   S C A D A   a n d   HM I   d e v e l o p e d   f o r th i s   p a r t i c u l a r   a p p l i c a ti o n F i n a l l y t h e   c o n c l u s i o n   i s   d e s c r i b e d   i n   S e c ti o n   4 wh i c h   c o n c l u d e s   th e e f f e c ti v e n e s s o f  r e s e a r c h  m e th o d  c o n d u c te d . 2 . Re s e a r c h  M e t h o d F i r s m e th o d   th a we   d o   i n   o u r   r e s e a r c h   i s   s tu d y   o f   t h e   D e l i n e a ti o n   p l a n t   w o r k s . In   th e c u r r e n s y s te m F i g u r e 3 , d a ta w a s s e n o r   r e c e i v e d   i n   p l a i n t e x f o r m . T h e O p e r a to r m a y   s e n d th e   c o m m a n d   to   th e   c o n tr o l l e r   wi th   b u t to n   o n   th e   H M i n te r f a c e T h e   p l a n wi l l   a u t o m a te   th e m i x i n g   o f   tw o   l i q u i d   f r o m   l o we r   c o n ta i n e r   a n d   u p p e r   c o n ta i n e r T h e   p l a n h a s   4   s e n s o r s S 1 S 2 , S 3   a n d   S 4   wh i c h   h a v e   a   f u n c ti o n   t o   d e te c th e   l e v e l   o f   l i q u i d   i n   t h e   c o n ta i n e r .   T h e   s e n s o r   w i l l s e n d   th e   d a ta   to   t h e   c o n t r o l l e r ,   s o   th a t h e   m i x i n g   o f   tw o   l i q u i d   c a n   d o   a u to m a ti c a l l y   u s i n g r e s p o n s e   t o   t h e   a c tu a to r p u m p   a n d   s o l e n o i d   v a l v e W e   a l s o   i n te g r a te   th e   s y s t e m   w i th   A l a r m b u z z e r  t o  a l e r t f o r  th e  a n o m a l y  s y s te m . F i g u r e 3 . C u r r e n S CA DA   Co m u n n i c a ti o n IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 T E L KO M NIK A V o l 1 5 , No . 3 S e p t e m b e r  2 0 1 5 : 5 2 6 5 3 3 5 2 8 1 .2 . R a s p b e r r y  P i T h e   Ra s p b e r r y   P i   i s   a   s e r i e s   o f c r e d i c a r d - s i z e d s i n g l e - b o a r d   c o m p u te r s d e v e l o p e d   i n th e UK b y   th e Ra s p b e r r y   P i   F o u n d a t i o n wi th   t h e   i n t e n ti o n   o f   p r o m o ti n g   th e   te a c h i n g   o f   b a s i c c o m p u te r  s c i e n c e i n  s c h o o l s [7 ] . T h e   o r i g i n a l   Ra s p b e r r y   P i   i s   b a s e d   o n   th e B r o a d c o m B CM 2 8 3 5 s y s t e m   o n   a   c h i p ( S o C ) , wh i c h   i n c l u d e s   a n A RM 1 1 7 6 J Z F - S 7 0 0 M H z p r o c e s s o r , V i d e o C o r e I V   G P U,   a n d   wa s   o r i g i n a l l y s h i p p e d   w i t h   2 5 6 m e g a b y t e s   o f RA M l a te r   u p g r a d e d   ( m o d e l s   B   a n d   B + )   to   5 1 2 M B . T h e   s y s te m h a s S e c u r e   Di g i t a l ( S D )   ( m o d e l s   A   a n d   B )   o r   M i c r o S ( m o d e l s   A +   a n d   B + )   s o c k e ts   f o r   b o o t m e d i a  a n d   p e r s i s te n t s to r a g e . F i g u r e 2 . R a p s b e r r y   P i  2 In   th i s   p a p e r   th e   r e s e a r c h   m e th o d   i s f i r s a d d r e s s e d   i n   S e c t i o n   2 T h e n i n   S e c ti o n   3   th e e x p e r i m e n ta l   r e s u l t   a n d   a n a l y s i s   a r e   e x p o s e d a s   w e l l   a s   th e   S C A D A   a n d   HM I   d e v e l o p e d   f o r th i s   p a r t i c u l a r   a p p l i c a ti o n F i n a l l y t h e   c o n c l u s i o n   i s   d e s c r i b e d   i n   S e c ti o n   4 wh i c h   c o n c l u d e s   th e e f f e c ti v e n e s s o f  r e s e a r c h  m e th o d  c o n d u c te d . 2 . Re s e a r c h  M e t h o d F i r s m e th o d   th a we   d o   i n   o u r   r e s e a r c h   i s   s tu d y   o f   t h e   D e l i n e a ti o n   p l a n t   w o r k s . In   th e c u r r e n s y s te m F i g u r e 3 , d a ta w a s s e n o r   r e c e i v e d   i n   p l a i n t e x f o r m . T h e O p e r a to r m a y   s e n d th e   c o m m a n d   to   th e   c o n tr o l l e r   wi th   b u t to n   o n   th e   H M i n te r f a c e T h e   p l a n wi l l   a u t o m a te   th e m i x i n g   o f   tw o   l i q u i d   f r o m   l o we r   c o n ta i n e r   a n d   u p p e r   c o n ta i n e r T h e   p l a n h a s   4   s e n s o r s S 1 S 2 , S 3   a n d   S 4   wh i c h   h a v e   a   f u n c ti o n   t o   d e te c th e   l e v e l   o f   l i q u i d   i n   t h e   c o n ta i n e r .   T h e   s e n s o r   w i l l s e n d   th e   d a ta   to   t h e   c o n t r o l l e r ,   s o   th a t h e   m i x i n g   o f   tw o   l i q u i d   c a n   d o   a u to m a ti c a l l y   u s i n g r e s p o n s e   t o   t h e   a c tu a to r p u m p   a n d   s o l e n o i d   v a l v e W e   a l s o   i n te g r a te   th e   s y s t e m   w i th   A l a r m b u z z e r  t o  a l e r t f o r  th e  a n o m a l y  s y s te m . F i g u r e 3 . C u r r e n S CA DA   Co m u n n i c a ti o n Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 S e c u r e d Co m m u n i c a t i o n  A m o n g  H M I  a n d  Co n tr o l l e r   u s i n g  RC - 4  A l g o r i th m ( A l b e r t S a g a l a ) 5 2 9 In   o u r   c u r r e n s y s te m i i s   a l r e a d y   p r o v i d e d   th e   H M ( Hu m a n   M a c h i n e   I n te r f a c e ) F i g u r e 4 s o   th a O p e r a to r   c a n   c o m m u n i c a te   w i t h   th e   c o n tr o l l e r   to   s ta r th e   p r o c e s s P u m p   w i th   r e d c o l o r   s ta tu s   i n d i c a t e   th a th e   p u m p   i s   r u n n i n g . Co n v e r s e l y g r e e n   c o l o r   i n d i c a te   t h a th e   p u m p   i s s to p . F i g u r e 4 . V i e w o l d  H M I T h e  s y s te m th a we  p r o p o s e  i n  o u r   e x p e r i m e n t i s t o  b u i l a n   a p p l i c a ti o n  t h a t c a n  b e  u s e d to e n c r y p t a n d d e c r y p th e   d a ta   c o m m u n i c a ti o n   b e t we e n   S CA DA   H M a n d   S CA D A   s e r v e r . B e c a u s e   w e   d i d   n o t   h a v e   a c c e s s   to   t h e   c o n tr o l l e r we   i m p l e m e n th e   e th i c a l   h a c k i n g m e th o d o l o g y   [ 8 to   g e th e   d a ta   tr a n s m i tte d In   o u r   r e s e a r c h w e   m a k e   a   n e w   HM u s i n g   P y th o n a n d   J a v a   P r o g r a m m i n g D e s i g n   o f   n e w   a p p l i c a t i o n   i s   s e c u r e d w e   i m p l e m e n te d   RC - 4   a l g o r i th m o n   r a p s b e r r y . A n e w   H M I wi l l   i n t e g r a t e d   wi th   R a s p b e r r y   p i   a s   a   g a t e w a y f o r   e n c r y p ti o n   a n d d e c r y p t i o n . T h e  d e s i g n  t o p o l o g i  t o  b e  a p p l i e d  a r e   a s F i g u r e   5 . F i g u r e 5 . S e c u r e d  S C A D A   Co m m u n i c a ti o n  u s i n g  RC - 4  A l g o r i t h m 2 .1 . D e s ig n   a n d   I m p le m e n t a t io n   o f   S C A D A   S e c u r e d   Co m m u n i c a t io n   u s in g   RC - 4 A l g o r it h m E n c r y p ti o n   i s   t h e   p r o c e s s   o f   tr a n s f o r m i n g   p l a i n te x t   d a ta   i n t o   c i p h e r te x i n   o r d e r   to c o n c e a l   i ts   m e a n i n g   a n d   s o   p r e v e n ti n g   a n y   u n a u th o r i z e d   r e c i p i e n f r o m   r e tr i e v i n g   th e   o r i g i n a l d a ta .   He n c e e n c r y p t i o n   i s   m a i n l y   u s e d   t o   e n s u r e   s e c r e c y C o m p a n i e s   u s u a l l y   e n c r y p th e i r   d a ta b e f o r e   tr a n s m i s s i o n   to   e n s u r e   th a t h e   d a ta   i s   s e c u r e   d u r i n g   tr a n s i t T h e   e n c r y p t e d   d a t a   i s   s e n t o v e r   t h e   p u b l i c   n e t wo r k   a n d   i s   d e c r y p te d   b y   t h e   i n t e n d e d   r e c i p i e n t.   E n c r y p t i o n   w o r k s   b y   r u n n i n g Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 T E L KO M NIK A V o l 1 5 , No . 3 S e p t e m b e r  2 0 1 5 : 5 2 6 5 3 3 5 3 0 th e   d a t a   ( r e p r e s e n te d   a s   n u m b e r s )   th r o u g h   a   s p e c i a l   e n c r y p t i o n   f o r m u l a   ( c a l l e d   a   k e y ) .   B o th   th e s e n d e r   a n d   th e   r e c e i v e r   k n o w   th i s   k e y   w h i c h   m a y   b e   u s e d   to   e n c r y p a n d   d e c r y p th e   d a t a   a s s h o w n   i n  F i g u r e 6 . F i g u r e 6 . S tr e a m  Ci p h e r  Di a g r a m A   t y p i c a l   s tr e a m   c i p h e r e n c r y p ts   p l a i n te x o n e   b y te   a a   ti m e a l th o u g h   a   s tr e a m   c i p h e r m a y   b e   d e s i g n e d   to   o p e r a t e   o n   o n e   b i a t   a   ti m e   o r   o n   u n i ts   l a r g e r   th a n   a   b y t e   a t   a   ti m e F i g u r e 6 i s   a   r e p r e s e n ta t i v e   d i a g r a m   o f   s tr e a m   c i p h e r   s tr u c tu r e In   th i s   s tr u c tu r e   a   k e y   i s   i n p u t o P s e u d o r a n d o m   b y te   g e n e r a to r   ( k e y   s tr e a m   g e n e r a to r )   th a t   p r o d u c e s   a   s tr e a m   o f   8 - b i t   n u m b e r s th a a r e   a p p a r e n t l y   r a n d o m A   p s e u d o r a n d o m   s tr e a m   i s   o n e   t h a t   i s   g e n e r a te d   b y   a n   a l g o r i th m b u i s   u n p r e d i c ta b l e   w i th o u k n o w l e d g e   o f   th e   i n p u k e y T h e   o u tp u o f   th e g e n e r a to r c a l l e d   a k e y s tr e a m i s   c o m b i n e d   o n e   b y t e   a a   t i m e   w i t h   th e   p l a i n t e x s tr e a m   u s i n g   th e   b i t wi s e   e x c l u s i v e - O ( X O R )  o p e r a ti o n . T h e   s y s te m   to   b e   c o n s tr u c te d   i n c l u d e   e n c r y p ti o n - d e c r y p ti o n   p r o g r a m   th a s e r v e s   t o c h a n g e   th e   t y p e   o f   m e s s a g e   p l a i n t e x t i n to   c i p h e r te x t.  T h e   d e s i g n   o f   th e   p r o c e s s   to   b e c o n d u c te d  e n c r y p t i o n - d e c r y p t i o n  p r o g r a m  d e s c r i b e d  b y   th e  f l o w c h a r i n  F i g u r e 7 . F i g u r e 7 . F l o w c h a r E n c r y p t i o n   a n d  De c r y p ti o n Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 S e c u r e d Co m m u n i c a t i o n  A m o n g  H M I  a n d  Co n tr o l l e r   u s i n g  RC - 4  A l g o r i th m ( A l b e r t S a g a l a ) 5 3 1 In   a c c o r d a n c e   wi th   t h e   a b o v e   f l o w c h a r t,  p s e u d o c o d e   i s   d e s i g n e d   t o   b u i l d   th e   s y s t e m . P s e u d o c o d e   i s   c r e a te d c o n s i s ti n g   o f   p r o g r a m s   s o c k e t   to   s o c k e f o r   s e r v e r   a n d   c l i e n p r o g r a m s . T h e  f o l l o w i n g i s p s e u d o c o d e  f o r  a  s e r v e r  s o c k e t p r o g r a m : # S e r v e r   S o c k e t   P r o g r a m D e c l a r a t i o n : s e r v e r S o c k e t :   S e r v e r S o c k e t r e q u e s t S o c k e t ,   c o n n e c t i o n :   S o c k e t o u t , o u t 2 :   O b j e c t O u t p u t S t r e a m i n , i n 2 :   O b j e c t I n p u t S t r e a m m e s s a g e , p e s a n , k e y , t a n g k a p :   S t r i n g t e m p :   i n t e g e r s [ ] ,   k [ ] :   a r r a y   o f   i n t e g e r s t a r t ,   e n d :   l o n g   i n t e g e r C l a s s :   S e r v e r ,   R C 4 F u n c t i o n :   m a i n r u n s e n d M e s s a g e s e n d R e a l M e s s a g e e n c r y p t d e c r y p t i n i t S B o x s e t K e y s w a p w h i l e   t r u e   d o c r e a t e   a   s e r v e r   s o c k e t   o n   p o r t   2 0 0 4 w a i t   f o r   a   c o n n e c t i o n   f r o m   a   c l i e n t g e t   I n p u t   a n d   O u t p u t   s t r e a m s s e n t   e n c r y p t e d m e s s a g e   t o   c l i e n t r e c e i v e   a n d   d e c r y p t   m e s s a g e   f r o m   c l i e n t i f   m e s s a g e   e q u a l   t u r n   o n   c o m m a n d   t h e n s e n d   c o m m a n d   t o   p l a n t p l a n t   o n e l s e   m e s s a g e   e q u a l   t u r n   o f f   c o m m a n d   t h e n s e n d   c o m m a n d   t o   p l a n t p l a n t   o f f s e n d   r e s p o n s e   t o   c l i e n t c l o s e   s o c k e t e n d W h i l e T h e  f o l l o w i n g i s p s e u d o c o d e f o r  a c l i e n t s o c k e t p r o g r a m : # C l i e n t   S o c k e t   P r o g r a m D e c l a r a t i o n : r e q u e s t S o c k e t :   S o c k e t o u t , o u t 2 :   O b j e c t O u t p u t S t r e a m i n , i n 2 :   O b j e c t I n p u t S t r e a m m e s s a g e , p e s a n , k e y , t a n g k a p , i p , r e p   :   S t r i n g t e m p :   i n t e g e r s [ ] ,   k [ ] :   a r r a y   o f   i n t e g e r s t a r t ,   e n d :   l o n g   i n t e g e r C l a s s :   S e r v e r ,   R C 4 F u n c t i o n : m a i n r u n s e n d M e s s a g e e n c r y p t d e c r y p t i n i t S B o x s e t K e y s w a p w h i l e   t r u e   d o c r e a t e   a   s o c k e t   c o n n e c t   t o   s e r v e r g e t   I n p u t   a n d   O u t p u t   s t r e a m s r e c e i v e   a n d d e c r y p t   m e s s a g e   f r o m   s e r v e r s e n d   e n c r y p t e d   m e s s a g e   t o   s e r v e r r e c e i v e   a n d   d e c r y p t   r e s p o n s e   f r o m   s e r v e r c l o s e   s o c k e t e n d   W h i l e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 T E L KO M NIK A V o l 1 5 , No . 3 S e p t e m b e r  2 0 1 5 : 5 2 6 5 3 3 5 3 2 3 . Re s u lt s a n d   A n a l y s is S te p s   b e i n g   ta k e n   o n   i m p l e m e n ta ti o n   a r e   i n   th e   f o r m   o f   i n s ta l l a t i o n c o n f i g u r a t i o n a n d c r e a ti o n   o f   p r o g r a m   c o d e T h e   p r o g r a m   c o d e   i s   i n te g r a te d   wi t h   J a v a   P r o g r a m m i n g   t o   c r e a t e   a n e w   H M I.   In s ta l l a ti o n   a n d   c o n f i g u r a t i o n   p e r f o r m e d   o n   th e   e n c r y p t i o n   a n d   d e c r y p t i o n   o f   d a t a c o m m u n i c a ti o n   l i n e s   wi th   HM S CA D A   wi th   R a p p s b e r r y   P i   a s   i ts   g a te wa y In s ta l l a ti o n   a n d c o n f i g u r a t i o n   i s  d o n e   wi th  t h e  u s e   o f  a  P wi l l   b e  c a r r i e d  o u wi th  t h e  C e n tO S  o p e r a ti n g  s y s te m . 3 . 1 . T e s t in g  Us in g  HM I w i t h  Ra p s b e r r y   P i a s  a  G a t e w a y G a te w a y   i s   a   d e v i c e   u s e d   to   c o n n e c o n e   c o m p u te r   to   a n o th e r   c o m p u te r   o n   d i f f e r e n t n e t w o r k s   u s i n g   d i f f e r e n p r o to c o l s   o r   th e   s a m e   c o m m u n i c a ti o n   b e t we e n   c o m p u te r s   s o   th a t i n f o r m a ti o n   c a n   b e   tr a n s m i tte d In   t h e   e x p e r i m e n ts   c o n d u c te d ,   f i r s tl y   a   P i s   u s e d   a s   a   g a te wa y to   c o n n e c ts   b e t we e n   th e   H M a n d   t h e   C o n tr o l l e r A t h e   g a te wa y ,   i t   i s   i m p l a n te d   a   p r o g r a m   to p e r f o r m   th e   e n c r y p ti o n   a n d   d e c r y p t i o n   o f   i n c o m i n g   d a ta In   t h e   e x p e r i m e n w e   c o n d u c t,  u s i n g P a s   a   g a t e w a y   wa s   s u c c e s s f u l l y   i m p l e m e n te d t h e   HM c a n   g i v e   a   c o m m a n d   t o   c o n tr o l l e r   a n d g e t t h e  f a s t r e s p o n s e   to  t h e  HM I. T h e   n e x s te p   s h o u l d   b e   d o n e   i s   to   c o n d u c t e s ti n g   o n   t h e   d e s i g n   p r o p o s e d T h i s   t e s ti n g a i m s   to   e n s u r e   th a t h e   e n c r y p ti o n   a n d   d e c r y p t i o n   p r o c e s s   w i th   th e   u s e   o f   Ra s p b e r r y   P i   a s   a g a te wa y  s u c c e s s f u l l y  p e r f o r m e d . He r e  i s  t h e   n e w   HM d i s p l a y   o b t a i n e d : F i g u r e 8 . A  n e w HM I u s i n g   Ra p s b e r r y   a s  a   g a te wa y T h e   r e s p o n s e   t i m e   b e f o r e   a n d   a f te r   e n c r y p t i o n   i s i m p l e m e n te d   i s   s h o w   o n   F i g u r e 9 I t c a n   b e   s e e n   t h a th e   a v e r a g e   r e s p o n s e   ti m e   b e f o r e   e n c r y p t i o n   a n d   a f te r   e n c r y p ti o n   i s   s l i g h t l y d i f f r e n t.  W e  s ti l l  c a n  c o n tr o l  th e p l a n i n  a  g o o d  r e s p o n s e  ti m e . F i g u r e 9 . R e s p o n s e  T i m e  HM I - Co n tr o l l e r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 S e c u r e d Co m m u n i c a t i o n  A m o n g  H M I  a n d  Co n tr o l l e r   u s i n g  RC - 4  A l g o r i th m ( A l b e r t S a g a l a ) 5 3 3 In   th e n e w   H M I,  w e   p r o v i d e S ta r a n d   S t o p   b u t to n s s o   we   c a n   g i v e   a   c o m m a n d   to   th e p l a n t. S t a r t - S to p   c o m m a n d   h a s   b e e n   e n c r y p te d s o   th a c o m m u n i c a ti o n b e t we e n   th e   HM a n d th e  c o n tr o l l e r   wi l l  b e  m o r e  s e c u r e . F i g u r e 1 0   b e l o w   i s   d a ta   tr a n s m i tte d   w h i l e   n o   e n c r y p t i o n   i s   u s e F i g u r e 1 1   i s   th e   d a t a tr a n s m i tte d   a f te r   th e   a l g o r i t h m   o f   e n c r y p t i o n   i s   a p p l i e d F r o m   F i g u r e 1 1 ,   w e   m a y   s e e   th a t h e d a ta  c a n  n o t b e  e a s i l y  i n te r p r e te d . F i g u r e 1 0 . O n - O ff  B u tto n : D a ta  T r a n s m i tte d   i s  p l a i n te x t F i g u r e 1 1 . Da ta  T r a n s m i tte d  A f te r  RC - 4   A l g o r i th m  A p p l i e d 4 . Co n c lu s io n T h e   s tu d y   wa s   c o n d u c te d o n a p l a n t S C A D A wi th M o d b u s T CP c o m m u n i c a ti o n . T h e p l a n t a l l o w s   th e m o n i t o r i n g   o f   th e p r o c e s s e s   th a o c c u r f o r m i x i n g t w o   l i q u i d s i n L o we r   Co n t a i n e r a n d U p p e r   C o n t a i n e r . In   a   s tu d y p r o d u c e d a c o m m u n i c a ti o n s e c u r i t y o f   d a t a   s e n t a n d r e c e i v e d i s   p a s s e d t h r o u g h   th e   d e v i c e Ra p s b e r r i P i b y   u s i n g   t h e RC4 a l g o r i t h m . S o   th a th e tr a n s m i tte d d a ta wi l l   b e e n c r y p te d f r o m th e   m a c h i n e o p e r a t o r   ( m a s te r ) , i s   p a s s e d   t h r o u g h a g a te wa y . Ra p s b e r r i G a te wa y wi l l d o d e c r y p t i o n to   t h e   d a ta   r e c e i v e d , a n d   t h e n   th e   d a t a i s   s e n to th e c o n tr o l l e r . O n   th e   e x p e r i m e n t,  w e   g o a   g o o d   r e s p o n s e   ti m e   f r o m   HM to   Co n tr o l l e r W e   m a y c o n c l u d e   th a t h e   g a te wa y   u s i n g Ra p s b e r r i P i c a n   b e te s te d   o n a   l a r g e r S C A D A p l a n t , s o   t h e c o m m u n i c a ti o n  i s  s e c u r e . Re f e r e n c e s [ 1 ] Eri c   D Kn a p . I n d u s t ri a l   N e t w o rk   Se c u r i t y :   Se c u ri n g   C ri t i c a l I n f ra s t r u c t u re   N e t w o rk s   f o Sm a rt   G ri d . SC AD A,   a n d   O t h e I n d u s t r i a l   C o n t ro l   S y s t e m s , S y n g re s s   El s e v i e r . 2 0 1 1 . [ 2 ] H a h n A, As h o k A, S ri d h a S. C y b e r - Ph y s i c a l   Se c u ri t y   Sa n d b o x s : Arc h i t e c t u re ,   Ap p l i c a t i o n ,   a n d Ev a l u a t i o n   f o r   Sm a rt   G ri d . I EE T r a n s a c t i o n   o n   Sm a rt G ri d . 2 0 1 3 ; 4 . [ 3 ] I SA. Se c u ri t y   f o I n d u s t ri a l   Au t o m a t i o n   a n d   C o n t ro l   Sy s t e m s   Pa rt   1 :   T e r m i n o l o g y ,   C o n c e p t s ,   a n d M o d e l s . I n t e r n a t i o n a l   So c i e t y   o f   Au t o m a t i o n   ( I SA ) . 2 0 0 7 . [ 4 ] J   F a l c o ,   J   G i l s i n n   K ,   S t o u f f e r . I T   Se c u ri t y   f o I n d u s t ri a l   C o n t ro l   S y s t e m s : R e q u i re m e n t s   S p e c i f i c a t i o n a n d   Pe rf o rm a n c e   T e s t i n g . 2 0 0 4   N D I H o m e l a n d Se c u ri t y   Sy m p o s i u m   &   Ex h i b i t i o n . C ry s t a l   C i t y ,   VA. 2 0 0 4 . [ 5 ] R R R Ba rb o s a ,   R   Sa d r e ,   A P ra s . F i rs t   L o o k   i n t o   SC AD N e t w o rk   T r a f f i c . I n   I EEE/ I F I N e t w o rk O p e ra t i o n s   a n d   M a n a g e m e n t   Sy m p o s i u m ( N O M 2 0 1 2 ) . Sp ri n g e r. 2 0 1 2 ; 1 7 : 6 . [ 6 ] M o d b u s   I D A .   M o d b u s   m e s s a g i n g   o n   T C P/ I i m p l e m e n t a t i o n .   G u i d e   v 1 . 0 a . 2 0 0 4 . [ 7 ] G a re t h   H a l f a c re e . R a s p b e r ry   Pi   u s e r   g u i d e . D o w n l o a d   f ro m h t t p : / / w w w . c s . u n c a . e d u / ~ b r u c e / F a l l 1 4 / 3 6 0 / R Pi U s e r s G u i d e . p d f . 2 0 1 5 . [ 8 ] Al b e rt   Sa g a l a , e t   a l . St u d y   o f   H a c k i n g   M e t h o d o l o g y   f o G a i n i n g   A c c e s s   t o   SC AD D e l i n e a t i o n   Pl a n t N e t w o rk   o n   M o d b u s   T C C o m m u n i c a t i o n . U n d e R e v i e w e d   o n   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   i c e e i   2 0 1 5 I T B. 2 0 1 5 . [ 9 ] Al l a m   M o u s a , e t   a l . Ev a l u a t i o n   o f   t h e   R C 4   Al g o ri t h m   f o D a t a   En c ry p t i o n . I n t e rn a t i o n a l   J o u rn a l   o f C O m p u t e Sc i e n c e   Ap p l i c a t i o n s . 2 0 0 6 ; 3 ( 2 ) . T E L KO M NIK A IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 S e c u r e d Co m m u n i c a t i o n  A m o n g  H M I  a n d  Co n tr o l l e r   u s i n g  RC - 4  A l g o r i th m ( A l b e r t S a g a l a ) 5 3 3 In   th e n e w   H M I,  w e   p r o v i d e S ta r a n d   S t o p   b u t to n s s o   we   c a n   g i v e   a   c o m m a n d   to   th e p l a n t. S t a r t - S to p   c o m m a n d   h a s   b e e n   e n c r y p te d s o   th a c o m m u n i c a ti o n b e t we e n   th e   HM a n d th e  c o n tr o l l e r   wi l l  b e  m o r e  s e c u r e . F i g u r e 1 0   b e l o w   i s   d a ta   tr a n s m i tte d   w h i l e   n o   e n c r y p t i o n   i s   u s e F i g u r e 1 1   i s   th e   d a t a tr a n s m i tte d   a f te r   th e   a l g o r i t h m   o f   e n c r y p t i o n   i s   a p p l i e d F r o m   F i g u r e 1 1 ,   w e   m a y   s e e   th a t h e d a ta  c a n  n o t b e  e a s i l y  i n te r p r e te d . F i g u r e 1 0 . O n - O ff  B u tto n : D a ta  T r a n s m i tte d   i s  p l a i n te x t F i g u r e 1 1 . Da ta  T r a n s m i tte d  A f te r  RC - 4   A l g o r i th m  A p p l i e d 4 . Co n c lu s io n T h e   s tu d y   wa s   c o n d u c te d o n a p l a n t S C A D A wi th M o d b u s T CP c o m m u n i c a ti o n . T h e p l a n t a l l o w s   th e m o n i t o r i n g   o f   th e p r o c e s s e s   th a o c c u r f o r m i x i n g t w o   l i q u i d s i n L o we r   Co n t a i n e r a n d U p p e r   C o n t a i n e r . In   a   s tu d y p r o d u c e d a c o m m u n i c a ti o n s e c u r i t y o f   d a t a   s e n t a n d r e c e i v e d i s   p a s s e d t h r o u g h   th e   d e v i c e Ra p s b e r r i P i b y   u s i n g   t h e RC4 a l g o r i t h m . S o   th a th e tr a n s m i tte d d a ta wi l l   b e e n c r y p te d f r o m th e   m a c h i n e o p e r a t o r   ( m a s te r ) , i s   p a s s e d   t h r o u g h a g a te wa y . Ra p s b e r r i G a te wa y wi l l d o d e c r y p t i o n to   t h e   d a ta   r e c e i v e d , a n d   t h e n   th e   d a t a i s   s e n to th e c o n tr o l l e r . O n   th e   e x p e r i m e n t,  w e   g o a   g o o d   r e s p o n s e   ti m e   f r o m   HM to   Co n tr o l l e r W e   m a y c o n c l u d e   th a t h e   g a te wa y   u s i n g Ra p s b e r r i P i c a n   b e te s te d   o n a   l a r g e r S C A D A p l a n t , s o   t h e c o m m u n i c a ti o n  i s  s e c u r e . Re f e r e n c e s [ 1 ] Eri c   D Kn a p . I n d u s t ri a l   N e t w o rk   Se c u r i t y :   Se c u ri n g   C ri t i c a l I n f ra s t r u c t u re   N e t w o rk s   f o Sm a rt   G ri d . SC AD A,   a n d   O t h e I n d u s t r i a l   C o n t ro l   S y s t e m s , S y n g re s s   El s e v i e r . 2 0 1 1 . [ 2 ] H a h n A, As h o k A, S ri d h a S. C y b e r - Ph y s i c a l   Se c u ri t y   Sa n d b o x s : Arc h i t e c t u re ,   Ap p l i c a t i o n ,   a n d Ev a l u a t i o n   f o r   Sm a rt   G ri d . I EE T r a n s a c t i o n   o n   Sm a rt G ri d . 2 0 1 3 ; 4 . [ 3 ] I SA. Se c u ri t y   f o I n d u s t ri a l   Au t o m a t i o n   a n d   C o n t ro l   Sy s t e m s   Pa rt   1 :   T e r m i n o l o g y ,   C o n c e p t s ,   a n d M o d e l s . I n t e r n a t i o n a l   So c i e t y   o f   Au t o m a t i o n   ( I SA ) . 2 0 0 7 . [ 4 ] J   F a l c o ,   J   G i l s i n n   K ,   S t o u f f e r . I T   Se c u ri t y   f o I n d u s t ri a l   C o n t ro l   S y s t e m s : R e q u i re m e n t s   S p e c i f i c a t i o n a n d   Pe rf o rm a n c e   T e s t i n g . 2 0 0 4   N D I H o m e l a n d Se c u ri t y   Sy m p o s i u m   &   Ex h i b i t i o n . C ry s t a l   C i t y ,   VA. 2 0 0 4 . [ 5 ] R R R Ba rb o s a ,   R   Sa d r e ,   A P ra s . F i rs t   L o o k   i n t o   SC AD N e t w o rk   T r a f f i c . I n   I EEE/ I F I N e t w o rk O p e ra t i o n s   a n d   M a n a g e m e n t   Sy m p o s i u m ( N O M 2 0 1 2 ) . Sp ri n g e r. 2 0 1 2 ; 1 7 : 6 . [ 6 ] M o d b u s   I D A .   M o d b u s   m e s s a g i n g   o n   T C P/ I i m p l e m e n t a t i o n .   G u i d e   v 1 . 0 a . 2 0 0 4 . [ 7 ] G a re t h   H a l f a c re e . R a s p b e r ry   Pi   u s e r   g u i d e . D o w n l o a d   f ro m h t t p : / / w w w . c s . u n c a . e d u / ~ b r u c e / F a l l 1 4 / 3 6 0 / R Pi U s e r s G u i d e . p d f . 2 0 1 5 . [ 8 ] Al b e rt   Sa g a l a , e t   a l . St u d y   o f   H a c k i n g   M e t h o d o l o g y   f o G a i n i n g   A c c e s s   t o   SC AD D e l i n e a t i o n   Pl a n t N e t w o rk   o n   M o d b u s   T C C o m m u n i c a t i o n . U n d e R e v i e w e d   o n   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   i c e e i   2 0 1 5 I T B. 2 0 1 5 . [ 9 ] Al l a m   M o u s a , e t   a l . Ev a l u a t i o n   o f   t h e   R C 4   Al g o ri t h m   f o D a t a   En c ry p t i o n . I n t e rn a t i o n a l   J o u rn a l   o f C O m p u t e Sc i e n c e   Ap p l i c a t i o n s . 2 0 0 6 ; 3 ( 2 ) . T E L KO M NIK A IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 S e c u r e d Co m m u n i c a t i o n  A m o n g  H M I  a n d  Co n tr o l l e r   u s i n g  RC - 4  A l g o r i th m ( A l b e r t S a g a l a ) 5 3 3 In   th e n e w   H M I,  w e   p r o v i d e S ta r a n d   S t o p   b u t to n s s o   we   c a n   g i v e   a   c o m m a n d   to   th e p l a n t. S t a r t - S to p   c o m m a n d   h a s   b e e n   e n c r y p te d s o   th a c o m m u n i c a ti o n b e t we e n   th e   HM a n d th e  c o n tr o l l e r   wi l l  b e  m o r e  s e c u r e . F i g u r e 1 0   b e l o w   i s   d a ta   tr a n s m i tte d   w h i l e   n o   e n c r y p t i o n   i s   u s e F i g u r e 1 1   i s   th e   d a t a tr a n s m i tte d   a f te r   th e   a l g o r i t h m   o f   e n c r y p t i o n   i s   a p p l i e d F r o m   F i g u r e 1 1 ,   w e   m a y   s e e   th a t h e d a ta  c a n  n o t b e  e a s i l y  i n te r p r e te d . F i g u r e 1 0 . O n - O ff  B u tto n : D a ta  T r a n s m i tte d   i s  p l a i n te x t F i g u r e 1 1 . Da ta  T r a n s m i tte d  A f te r  RC - 4   A l g o r i th m  A p p l i e d 4 . Co n c lu s io n T h e   s tu d y   wa s   c o n d u c te d o n a p l a n t S C A D A wi th M o d b u s T CP c o m m u n i c a ti o n . T h e p l a n t a l l o w s   th e m o n i t o r i n g   o f   th e p r o c e s s e s   th a o c c u r f o r m i x i n g t w o   l i q u i d s i n L o we r   Co n t a i n e r a n d U p p e r   C o n t a i n e r . In   a   s tu d y p r o d u c e d a c o m m u n i c a ti o n s e c u r i t y o f   d a t a   s e n t a n d r e c e i v e d i s   p a s s e d t h r o u g h   th e   d e v i c e Ra p s b e r r i P i b y   u s i n g   t h e RC4 a l g o r i t h m . S o   th a th e tr a n s m i tte d d a ta wi l l   b e e n c r y p te d f r o m th e   m a c h i n e o p e r a t o r   ( m a s te r ) , i s   p a s s e d   t h r o u g h a g a te wa y . Ra p s b e r r i G a te wa y wi l l d o d e c r y p t i o n to   t h e   d a ta   r e c e i v e d , a n d   t h e n   th e   d a t a i s   s e n to th e c o n tr o l l e r . O n   th e   e x p e r i m e n t,  w e   g o a   g o o d   r e s p o n s e   ti m e   f r o m   HM to   Co n tr o l l e r W e   m a y c o n c l u d e   th a t h e   g a te wa y   u s i n g Ra p s b e r r i P i c a n   b e te s te d   o n a   l a r g e r S C A D A p l a n t , s o   t h e c o m m u n i c a ti o n  i s  s e c u r e . Re f e r e n c e s [ 1 ] Eri c   D Kn a p . I n d u s t ri a l   N e t w o rk   Se c u r i t y :   Se c u ri n g   C ri t i c a l I n f ra s t r u c t u re   N e t w o rk s   f o Sm a rt   G ri d . SC AD A,   a n d   O t h e I n d u s t r i a l   C o n t ro l   S y s t e m s , S y n g re s s   El s e v i e r . 2 0 1 1 . [ 2 ] H a h n A, As h o k A, S ri d h a S. C y b e r - Ph y s i c a l   Se c u ri t y   Sa n d b o x s : Arc h i t e c t u re ,   Ap p l i c a t i o n ,   a n d Ev a l u a t i o n   f o r   Sm a rt   G ri d . I EE T r a n s a c t i o n   o n   Sm a rt G ri d . 2 0 1 3 ; 4 . [ 3 ] I SA. Se c u ri t y   f o I n d u s t ri a l   Au t o m a t i o n   a n d   C o n t ro l   Sy s t e m s   Pa rt   1 :   T e r m i n o l o g y ,   C o n c e p t s ,   a n d M o d e l s . I n t e r n a t i o n a l   So c i e t y   o f   Au t o m a t i o n   ( I SA ) . 2 0 0 7 . [ 4 ] J   F a l c o ,   J   G i l s i n n   K ,   S t o u f f e r . I T   Se c u ri t y   f o I n d u s t ri a l   C o n t ro l   S y s t e m s : R e q u i re m e n t s   S p e c i f i c a t i o n a n d   Pe rf o rm a n c e   T e s t i n g . 2 0 0 4   N D I H o m e l a n d Se c u ri t y   Sy m p o s i u m   &   Ex h i b i t i o n . C ry s t a l   C i t y ,   VA. 2 0 0 4 . [ 5 ] R R R Ba rb o s a ,   R   Sa d r e ,   A P ra s . F i rs t   L o o k   i n t o   SC AD N e t w o rk   T r a f f i c . I n   I EEE/ I F I N e t w o rk O p e ra t i o n s   a n d   M a n a g e m e n t   Sy m p o s i u m ( N O M 2 0 1 2 ) . Sp ri n g e r. 2 0 1 2 ; 1 7 : 6 . [ 6 ] M o d b u s   I D A .   M o d b u s   m e s s a g i n g   o n   T C P/ I i m p l e m e n t a t i o n .   G u i d e   v 1 . 0 a . 2 0 0 4 . [ 7 ] G a re t h   H a l f a c re e . R a s p b e r ry   Pi   u s e r   g u i d e . D o w n l o a d   f ro m h t t p : / / w w w . c s . u n c a . e d u / ~ b r u c e / F a l l 1 4 / 3 6 0 / R Pi U s e r s G u i d e . p d f . 2 0 1 5 . [ 8 ] Al b e rt   Sa g a l a , e t   a l . St u d y   o f   H a c k i n g   M e t h o d o l o g y   f o G a i n i n g   A c c e s s   t o   SC AD D e l i n e a t i o n   Pl a n t N e t w o rk   o n   M o d b u s   T C C o m m u n i c a t i o n . U n d e R e v i e w e d   o n   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   i c e e i   2 0 1 5 I T B. 2 0 1 5 . [ 9 ] Al l a m   M o u s a , e t   a l . Ev a l u a t i o n   o f   t h e   R C 4   Al g o ri t h m   f o D a t a   En c ry p t i o n . I n t e rn a t i o n a l   J o u rn a l   o f C O m p u t e Sc i e n c e   Ap p l i c a t i o n s . 2 0 0 6 ; 3 ( 2 ) . Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.