I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   10 ,   No .   2 A p r il   2 0 2 0 ,   p p .   135 9 ~ 1 3 6 6   I SS N:  2088 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 10 i 2 . pp 1 3 5 9 - 1 3 6 6           1359       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m/in d ex . p h p /I JE C E   Aug m e ntatio n of   a  SCADA  bas ed f irew a ll ag a inst f o reig ha ck ing   dev ices       Abhi s he k   M un g ek a r 1 Ya s hr a j   So la nk i 2 R.   Sw a rna la t ha 3   1, 2 De p a rtm e n o f   El e c tro n ics   a n d   In stru m e n tatio n   E n g in e e rin g ,   Bir l a   In stit u te  o f   T e c h n o lo g y   a n d   S c ien c e ,   P il a n i   Du b a Ca m p u s,  A c a d e m ic Ci t y ,   Du b a i,   U n it e d   A ra b   Em irate s   3 De p a rtme n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   En g i n e e rin g ,   Birl a   I n stit u te o f   T e c h n o l o g y   a n d   S c ien c e ,   P il a n i,   Du b a Ca m p u s,  A c a d e m ic Ci t y ,   Du b a i,   U n it e d   A ra b   Em irate s       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   2 9 ,   2 0 1 9   R ev i s ed   Oct  7 ,   2019   A cc ep ted   Oct  1 5 ,   2 0 1 9       A n   In d u strial  f ire w a ll   is a  s y ste m   u se d   to   su p e rv ise   a n d   re g u late   tra ff ic t o   a n d   f ro m   a   n e t w o rk   f o th e   p u rp o se   o f   s e c u rin g   a p p li a n c e o n   a   n e tw o rk .   It  a n a ly z e th e   d a ta  p a ss in g   th ro u g h   it   t o   a n   a lrea d y   d e f in e d   s u rv e il lan c e   c rit e ria  o p ro to c o ls,  d isc a rd in g   d a ta  th a d o e n o m e e th e   p ro t o c o l’s  re q u irem e n ts.  In   e ff e c t,   it   is   a   f i lt e p re v e n ti n g   u n d e sira b le  n e tw o rk   traff i c   a n d   se lec ti v e l y   li m it in g   th e   t y p e   o f   tran s m issio n   th a o c c u rs   b e twe e n   a   se c u re d   tran sm is sio n   li n e .   I n   t h is  re se a rc h   p a p e a   S CAD A   b a se d   F irew a ll   is  im p le m e n ted   f o p ro tec ti o n   o f   th e   d a ta  tran sm issio n   t o   a   P L C,   a g a in st  e x tern a h a c k in g   d e v ice s.  T h is   f ire w a ll   is  v irt u a ll y   e x p o se d   to   se v e ra e x tern a h a c k e rs   a n d   th e   d e g re e   o f   v u ln e ra b il it y   is   c a r e f u ll y   stu d ied ,   in   o rd e r   to   d e v e lo p   a n   i d e a F i re w a ll .   K ey w o r d s :   Fire w a ll    I n d u s tr ial  co n tr o l s y s te m s     P L C     SC A D A - H MI     Si m u lato r   Co p y rig h ©   2 0 2 0   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   R   S w ar n a lath a   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics  E n g i n ee r in g ,     B ir la  I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y   an d   Scien ce ,   P ilan i,   D u b ai  C a m p u s   Du b ai  I n ter n a tio n al  A ca d e m ic   C it y ,   D u b ai,   Un i ted   A r ab   E m ir ates .   E m ail:  s w ar n alat h a @ d u b ai. b it s - p ila n i.a c. in       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   th y ea r   2 0 0 0 ,   an   u n n a m ed   s e w a g co n tr o s y s te m   i n   Qu ee n s lan d ,   Au s tr alia,   f ac ed   s ev er al   d if f ic u lt ies  f r o m   t h m o m en t   it  w a s   in s talled   b y   t h m a n u f ac tu r er .   Mo s o f   t h ese  p r o b le m s   co n ti n u ed   f o r   s ev er al  o f   t h f o llo w in g   m o n t h s w it h   p u m p s   n o r esp o n d i n g   a n d   r u n n i n g   w h en   r eq u ir ed   to ,   co m p lete  lo s s   o f   tr an s m i s s io n   b et w ee n   t h co n tr o r o o m   a n d   th e   p u m p i n g   s tatio n s   etc.   T h ese  lead   to   s ev er al  m o n th s   o f   f lo o d in g   i n   s e v er al  o f   t h n ea r b y   co m m u n itie s   an d   r iv er   w i th   s e v er al  to n s   o f   s e w a g e.   An   i n s i g h i n to   s e v er al  o f   th e   in d u s tr ial  c y b er - attac k s   is   t h at  th e y   ar v er y   d i f f ic u lt   to   id en ti f y ,   th i s   ca s w a s   n o   d i f f er e n t.  T h attac k er   lin k ed   w it h   th i s   attac k   m an a g ed   to   attac k   t h s y s te m   to tal  o f   4 6   tim e s ,   u n t il  t h u n k n o w n   e n tit y   w a s   ca u g h t.  A th e   o n s e it   w as   c o n s id er ed   th at   lea k a g i n   t h p ip es  m u s h av e   b ee n   t h r o o ca u s o f   al t h p r o b lem s .   On l y   af ter   m o n t h s   o f   d ata  lo g g in g   i w a s   d is co v er ed   th at  s ev er al   o f   th co n tr o ller s   w er h ac k ed ,   an d   w o u ld   ac t iv ate   th e   v a lv e s   r an d o m l y   w it h o u co m m an d   b ein g   in i tiated   at   th r e m o te   co n tr o r o o m s .   L a ter   it  w as   d is co v er ed   t h at,   o n o f   t h e x - e m p lo y ee   o f   th e   c o n tr ac to r   co m p an y   w a s   b eh i n d   all  th e s h ac k i n g   atte m p ts   i n   o r d er   to   b h ir ed   b y   t h co m p a n y   to   r eso l v th ese  i s s u es  [ 1 ] .   T h ab o v ca s s tu d y   is   a n   i n d icato r   o n   w h y   p r o tecti n g   th e s i n d u s tr ial  co n tr o s y s te m s   i s   cr u cial.   Dev elo p m e n t o f   h i g h l y   s o p h i s ticated   in d u s tr ial  f ir e w a lls   ca n   p r ev en t s u ch   h ap h az ar d   [ 2 ,   3 ] .   I n   th e s r ec en ti m e s ,   I n d u s tr i al  co n tr o s y s te m s   h av i n cr e ased   th eir   d ep en d en ce   o n   s ev er al  t y p ical   in ter n e p r o to co ls   s u ch   as  E th er n et,   T C P /I an d   W in d o w s   f o r   t r an s m is s io n   o f   s e n s i ti v o r   n o n - s e n s iti v e   in f o r m atio n .   Util izatio n   o f   t h ese  p r o to co ls   in   lar g s ca le  in d u s tr ial  s y s te m s   h a v b ec o m lo m o r n et w o r k ed   an d   ea s il y   r ea ch ab l f r o m   a n y   p o r tio n   o f   t h w o r ld ,   m a k i n g   th e m   lo m o r v u l n er ab le  to   c y b er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   2 A p r il   2 0 2 0   :   1 3 5 9   -   136 6   1360   th r ea t .   Mo r eo v er ,   th r is i n g   r elian ce   o v er   i n ter n et - co n n ec t ed   d ev ices,  also   k n o w n   a s   I n ter n et  o f   t h in g s   i s   m ak in g   t h d ev ices  m o r s u s c ep tib le  to   C y b er - attac k s .   Kee p in g   all  t h ab o v e   r is k s   i n   m i n d ,   w h e n   Su p er v is o r y   c o n tr o an d   d ata  ac q u is it io n   e n g i n ee r s   o r   ex p er ts   ar q u esti o n ed   o v er   th ac t u al   th r ea t s   to   i n d u s tr i al  co n tr o s y s te m s ,   o f ten   ca s b li n d   e y e   o v er   th e n tire   i s s u b y   clai m i n g   th at   s p ec iall y   d es ig n ed   co m m u n icat io n   p r o to co ls   a n d   ex clu s i v a u to m atio n   s y s te m s   w o u ld   i n co r p o r ate  to   all  t h e x ter n a f ac to r s   a f f ec tin g   t h s y s te m s   [4 - 7 ] .   T h p r o p o s ed   id eo lo g y ,   s u g g e s ts   S C A D b ased   Fi r e w all  w h ic h   i s   i m p le m en ted   f o r   s h ield in g   t h d ata  tr an s m is s io n   to   P L C ,   ag ain s e x tr in s ic  h ac k i n g   g iz m o s .   T h is   f ir e w all  i s   v ir t u all y   ex p o s ed   to   ex tr i n s ic  h ac k er s   tr y i n g   to   o v er r id T C P   in ter f ac p r o to co ls   an d   f u r th er   i m p r o v is at io n s   ar i n co r p o r ated   b ased   o n   th p atter n   o b s er v ed   in   o r d er   to   d ev elo p   g er m an f ir e w all.       2.   G E NE R AL I Z E O VE RVI E O F I R E WA L L S   Fire w a lls   ar cr u cial   ac ce s s o r ies  i n   t h e   f ie ld   o f   c y b er s ec u r it y ,   f o r   p r o tectio n   o f   s e v er al  in d u s tr ia l   b ased   P C s ,   co n tr o l s y s te m s   o r   as in   th ab o v ca s lar g s ca le  I n d u s tr ial  s e w ag s y s te m s .       2 . 1 .   I m po rt a nce  o f   f irew a lls   A   w id r an g o f   f ir e w all s   p er s is i n   to d ay s   m ar k e t,  w i th   u n iq u attr ib u te s   ass o ciate d   w it h   ea ch   o n e   o f   th e m .   T h t w o   m aj o r   ca te g o r ies  o f   d is ti n ctio n   ar Ho s f ir e w all s   an d   Net w o r k ed   Fi r e w all s .   T h Ho s t   f ir e w all s   ar in s talled   o n   P er s o n al  C o m p u ter s   o r   in   s ev er a o p er atin g   s y s te m s ,   w h ich   ar m a in l y   s o f t w ar b ased .   T h ese  w i n d o w s   o p er ati n g   b ased   f ir e w all s   in s talled   in   alm o s ev er y   co m p u ter   o r   PC   ar th ese  d ay s   to   p r o tect  th e m   f r o m   m al icio u s   attac k s   o v er   th i n ter n et  [ 8 - 1 0 ] .   T h later   ty p o f   f ir e w all  is   ca lled   n et w o r k ed   f ir e w al an d   as  th n a m s u g g est s ,   is   t h t y p o f   f ir e w all  w h ic h   p ar o f   n et w o r k ed   s y s te m   u n li k t h h o s b ased   f ir e w all.   Fig u r e1   is   d ep ictio n   o f   s u c h   t y p o f   in d u s tr ial  n e t w o r k ed   f ir e walls.  T h ese  t y p es  o f   n et w o r k s   ca n   u s u all y   b f o u n d   in   lar g s ca le  in d u s tr ies ,   w h ic h   s to r d ata  o n   a   ce n tr al ized   s er v er ,   w h ich   ca n   ea s il y   b ac ce s s ed   b y   s ev er al  a u t h o r ized   p r o f ess io n als   b ased   o n   ac ce s s   co d es.  T h ese  Dis ti n cti v f ir e w alls   ar u til ized   in   v ar io u s   s ites   w i th in   n e t w o r k ed   s y s te m   to   p r o v id d if f er en t y p es  o f   s ec u r it y   a s   p ar o f   s tr ateg y .   T h ey   h elp   in   s a f e g u ar d i n g   th li n k   b et w ee n   co m p a n y s   n et w o r k   a n d   t h i n d u s tr ial  n et w o r k ,   b y   s ec u r i n g   th e m   a g ain s h ac k er s .   L i k e w i s e,   s ev er al   t y p es   o f   f ir e w all s   ar d ev is ed   w it h   s p ec if ic  s et  o f   r u les,  to   li m it  a   s p ec if ic   t y p o f   co m m u n icati o n .   T h co n ce p o f   d ec is iv el y   li m iti n g   co m m u n ic atio n   b et w ee n   m e m b er s   w it h i n   th n et w o r k ,   as  w el as  s ep ar atin g   o f   v ar io u s   n et w o r k   ar ea s   f r o m   ea ch   o t h er ,   is   k n o w n   as  Z o n e s   an d   C o n d u its   [ 1 1 ] .           Fig u r 1 .   Gen er alize d   I n d u s tr i al  Fire w a ll  w o r k i n g   d ia g r a m       2 . 2 .     T he  diff er ence s   bet w ee I T   a nd   ind u s t ria l f irew a lls   2 . 2 . 1 .   Securi t y   prio rit y   T h f ir s a n d   f o r e m o s t   d if f er en ce   b et w ee n   t h I n d u s tr ial   a n d   I . T   f ir e w al ls   i s   i n   ter m s   o f   s ec u r it y   p r io r ity .   I n   th e   ca s o f   I n d u s tr ial  C o n tr o S y s te m   ( I C S),   f o cu s   is   s h if ted   to   th e   av aila b ilit y ,   v is ib il it y   in   v ar io u s   p r o ce s s es  a n d   th o p er atio n s   in v o lv ed ,   in teg r it y   a n d   at  last   th co n f id en t ialit y   asp ec t.  On   th o th er   h an d ,   I T   h as  k ep its   f ir s p r io r ity   o n   co n f id en tial it y   f o llo w ed   b y   i n te g r it y   a n d   at   th e n d   to w ar d s   av ailab ilit y   [ 1 2 ] .     2 . 2 . 2 .   Serv ice  pro v idi ng   a nd   la t ency   I n   ter m s   o f   late n c y   I C S   is   al wa y s   b ased   o n   th r ea l - ti m r eq u ir e m e n t s   w h ic h   is   o f   v an ta g p o in as   f o r   I T   th r esp o n s ti m es  ten d   to   b e   v ar y i n g   in   n at u r e.   I C i s   f u n ctio n al  2 4   h o u r s   b y   7   d ay s   b y   3 6 5   d ay s   p er   y ea r   w h er ea s   a s   I T   n ee d s   to   b e   r estar ted   w h e n   it i s   n ee d ed   to   d o   s o .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       A u g men ta tio n   o f a   S C A DA   b a s ed   fir ewa ll a g a in s t fo r eig n   h a ck in g   d ev ices   ( A b h is h ek   Mu n g ek a r )   1361   2 . 2 . 3 .   So f t w a re   r o bu s t nes s   Fo r   I C S,  ap ar f r o m   t h ca s o f   b en i g n   e n v ir o n m en p r o t o co ls   ten d   to   f ail  o n l y   w h e n   c h alle n g ed .   Fo r   I T ,   th er ar i m p le m en ta t io n s   w h ic h   ar p u u n d er   co n t in u o u s   h ac k er   s cr u ti n y   a n d   th en   t h w ea k n es s es   ar eli m i n ated .     2 . 2 . 4 .   T e chnica l a nd   ec o no mic  s pa n   On k e y   d i f f er e n ce   b et w ee n   I C an d   I T   is   th tec h n ica an d   ec o n o m ic  l if e s p an .   T h p er io d s   t y p icall y   u s ed   f o r   w r iti n g - o f f   I C S a r v er y   lo n g   w h en   co m p ar ed   to   th p er io d s   in   w h ic h   o r g an izatio n s   w r ite  o f f   I T .   T y p ical  I C t h er ef o r e   h av e   an   in s talled   b ase  o f   a g in g   tec h n o lo g y ,   th e   s o - ca lle d   leg ac y   I C S,  w h ic h   o f ten   i n cl u d es  s u p p lier - s p ec i f ic  ap p licatio n s   an d   h ar d w ar e,   an d   d ec ad es - o ld   co m m u n ica tio n   p r o to co ls   an d   h ar d w ar [ 1 3 ] .     2 . 2 . 5 .   Depre cia t io n   I C r ec o r d s   ab o u t   1 0   to   2 5   y ea r s   o f   th e   d ep r ec iatio n   v al u w h er ea s   I T   o n l y   r ec o r d s   3   to   5   y ea r s   w h ic h   f ar   les s   i n   co m p ar is o n   t o   th I C S.     2 . 2 . 6 .   Sa f et y   ins t ru m ent ed  s y s t e m s   P lan s a f et y   is   cr u cial  p ar o f   p lan o p er atio n ,   an d   I C S.  T h er ef o r e,   th I C S   o f te n   i n clu d i n teg r ated ,   y et  d is ti n cti v e,   s af e t y   i n s tr u m en ted   s y s te m s   ( SISs).   T h SIS  is   r esp o n s ib le  f o r   en s u r i n g   a n d   m ai n tai n in g   th s a f o p er atio n s   o f   th p r o ce s s   b y   p laci n g   t h p r o ce s s   in to   s af s tate  w h e n   p r o c ess   co n d itio n s   th a t   th r ea ten   s af e t y   ar d etec ted .   I T   s y s te m s   h a v n o   s y s te m s   an alo g o u s   to   t h SIS  [ 1 4 - 1 5 ] .       3.   I NDUS T R I AL   F I RE WAL L   CO NF I G URA T I O N   T o f in o   is   m o d er n ized   I n d u s tr ial  C o n tr o S y s te m   f ir e w all,   w h ic h   u n lik it’s  I . T   f ir e w all   co u n ter p ar ts   al s o   ac ce p ts   S C A D p r o to co ls .   T h is   p ar ticu l ar   p r o j ec in v o l v es  u til izatio n   o f   t w o   u s er - d ef i n ed   ass ets   as   s u g g es ted   in   Fi g u r e   2 .   SC A D A - HM I   a n d   P L C   ar e   th t w o   d ef i n ed   a s s et s .   T h ese   ass et s   f u n ct io n   o n   th b asis   o f   t w o   p r i m ar ies  an d   o n s ec o n d ar y   p r o to co l.   T h tw o   p r i m ar y   p r o to co ls   ar m a n d ato r y   f o r   th s o f t w ar e,   w h ile  t h s ec o n d ar y   p r o to co ls   c an   b d ef in ed   t o   en ab le  s ev er al  o th er   f o r m   o f   co m m u n icatio n   as   p er   u s er   r eq u ir e m en t.           Fig u r 2 .   User - d ef i n ed   ass e t d esig n atio n       3 . 1 .   Addres s   re s o lutio n pro t o co l   T h First  an d   f o r e m o s p r o to co b ein g   th A d d r ess   r eso l u tio n   p r o to co ( A R P ) ,   w h ic h   is   s et  b y   d ef au lt  b y   t h f ir e w a ll  i n   o r d er   to   r ec o g n ize  th Ma A d d r e s s ,   as s o ciate d   w ith   g i v e n   in t er n et  la y er   ad d r ess ,   lik a n   I P v 4   ad d r ess   as  u ti lize d   in   t h is   ca s e,   w h ic h   is   i m p o r t an f o r   th f u n ctio n i n g   o f   in te r n et  p r o to co s u ite.   T h is   is   d is tin cti v el y   b ett er   f o r m   o f   en co d i n g   as  co m p ar ed       t o   co n s id er in g   o n l y   a n   I P   a d d r ess   o f   th d ev ice.   T h is   m ap p in g   p r o ce s s   r ed u ce s   v u l n er ab ilit y   to w ar d s   h ac k i n g   b y   s i g n i f ica n m ar g in .   I is   v ital  to   k ee p   th f lo w   o f   d ata  b i - d ir ec tio n al  f o r   an y   g i v en   a s s et.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   2 A p r il   2 0 2 0   :   1 3 5 9   -   136 6   1362   3 . 2 .   T ra ns f er   co ntr o P ro t o co l   T h s ec o n d   p r im ar y   p r o to co is   th M ODB US/T C P   p r o to c o l.T h is   is   r esp o n s ib le  f o r   tr an s m is s io n   o f   d ata  f r o m   o n u s er   to   o th er ,   b y   d ef i n i n g   d is t in ct   s et   o f   r u l es.  T h p er m itted   co m m u n ic atio n   li n es   f o r   th is   p r o to co ar en f o r ce d .   T h is   m ea n s   th at   o n l y   u n i - d ir ec tio n al  f lo w   o f   d ata  i s   p er m it ted   alo n g   w it h   th i s   p r o to co l.  T h p er m i s s io n   is   en f o r ce d   f r o m   th e   S C A D A - HM I   to   t h e   P L C .   T h is   is   d ev elo p ed   o n   t h b asi s   o f   ce r tai n   t y p es  o f   f u n ctio n   co d es  as  s u g g e s ted   i n   Fi g u r 3 ,   th ese   f u n ctio n   co d es  en ab le  th f ir e w al to   r ea d   an d   w r ite   co ils ,   d is cr ete  i n p u ts ,   h o ld i n g   an d   in p u r eg is ter   i n   ad d itio n   r ep o r tin g   th e   Sla v I D.   W h i le   d ef in in g   t h a s s et s   f o r   th SC AD A - HM I   an d   th P L C   in   t h ab o v p r o to co l,  it  is   cr itical  to   d ef in t h eir   r esp ec tiv M AC   an d   I P   ad d r ess e s.           Fig u r 3 .   Fu n c tio n   co d es set - up       4.   M AST E AND  S L AV E   SI M UL AT O CO NF I G URA T I O NS   A   t y p ical  m a s ter   an d   s la v id eo lo g y   is   i m p le m e n ted   i n   th i s   s ec tio n ,   w h er i n f o r m atio n   g en er ated   at  th s la v en d   o f   t h s y s te m   w i ll b ex tr ac ted   b y   t h m a s ter .     4 . 1 .   M o db us   s i m ula t o ( s la v e )   T h is   p ar ticu lar   s i m u lato r   as  s u g g es ted   in   Fig u r 4   w ill  v ir t u all y   r ep r esen th P r o g r am m ab le  L o g i c   C o n tr o ller .   T h P L C   w ill   m i m ic  a s   s la v to   t h SC A D A   HM I .   Mo d Si m 6 4   co n n ec tio n   in cl u d es  co n n ec tin g   to   th e   Mo d b u s /T C P   s er v er .   T h f o llo w i n g   w i n d o w   in c lu d e s   t h ad d r ess   o f   t h e   o f f s et   p r o v id ed ,   L e n g t h   o f   th ar r a y ,   De v ice  id   a n d   t h t y p e   o f   MO DB US   p o in t y p i n tr o d u ce d .   Di f f er e n p o i n t y p es  ca n   b a s s i g n ed   b ased   o n   t h u s er - r eq u ir e m e n t;  th e s i n cl u d Ho ld in g   r e g is ter s ,   I n p u t   r eg i s ter s ,   C o il  s tat u s   a n d   I n p u s tat u s .   Fo r   th in te n t o f   t h i s   p r o j ec t,   I n p u R eg i s ter s   h av b ee n   co n s id er ed .           Fig u r 4 .   Mo d b u s   P L C   s i m u la to r   co n f ig u r atio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       A u g men ta tio n   o f a   S C A DA   b a s ed   fir ewa ll a g a in s t fo r eig n   h a ck in g   d ev ices   ( A b h is h ek   Mu n g ek a r )   1363   4 . 2 .   I nte ra ct iv g ra ph ica SCADA  s y s t e m   ( I G SS )   I n ter ac tiv e   Gr ap h ical   S C A D s y s te m   is   an   au to m atio n   b ased   s o f t w ar e   d ev elo p ed   b y   Sch n eid er   elec tr ic.   I n   th e   f o llo w i n g   s ec t io n s ,   t h e   s o f t w ar h as  b ee n   u tili ze d   to   d ev elo p   t h e   h u m an   u s er   i n ter f ac e   f o r   ac ce s s i n g   d ata  f r o m   th P L C   s i m u lato r   [ 1 6 ] .     4 . 2 . 1 .   SCADA - H M I   ( m a s t er )   T h s y s te m   co n f i g u r atio n   o f   th i s   s o f t w ar e,   i n v o lv e s   s etti n g   u p   r e m o te   an d   lo ca I P .   T h is   is   f o llo w ed   b y   s elec tin g   t h p r o to co o v er   w h ic h   t h tr an s m i s s io n   o f   d ata  o cc u r s .   T h p r o to c o u s ed   is   MO DB US/T C P .   T h o f f s et  i s   d ef i n ed   h er e,   s u c h   t h at  it   p o in ts   to   t h p o s itio n   o f   th d ata  ac q u ir ed   f r o m   th s la v e.   Af ter   th HM I   is   co n f ig u r ed ,   th d esig n   m o d is   s elec ted   f o r   d ef in in g   ta g   n a m e,   t y p an d   attr ib u tes.   On ce   th ta g   i s   d ef i n ed ,   th s i m u latio n   i s   r ea d y   to   u s [ 1 7 ]   T h is   p r o j ec u tili ze s   f lo w   d ef i n ed   p ar a m eter ,   w h ic h   ca n   b e   cr ea ted   b y   u s i n g   t h d ef i n it io n   f u n ctio n   in   th I G SS   s o f t w ar e.   T h ar ea   p r o p er ties   em p lo y ed   in   t h is   s ec tio n   co n s is o f   d ef i n in g   d ef au l d r iv er ,   s u itab le  f o r   th co m m u n ica tio n   b et w ee n   t h Sla v an d   th m aster .   T h d ef au l d r iv er   u s e d   is   De m o - s tatio n   f o r   7 T MO DT C P . T h f lo w   d e f i n ed   o b j ec cr ea tio n   tak es  p lace   w it h   r esp ec to   o b j ec ty p e.   T h o b j ec ty p d ef in ed   i s   an alo g .   T h is   i s   f o ll o w ed   b y   s e lectio n   o f   s y m b o l s   u n d er   t h S y m b o d e f i n itio n   t ab le.   I m p le m e n ti n g   th en ab le  o p tio n ,   allo w s   t h u s er   to   s u p er v is t h v alu o r   s t ate  o f   th f lo w .   T h s u b s eq u e n ato m   m ap p in g   ca teg o r y   w ill  h an d le  t h ato m   p r o p er ties   an d   th s la v o f f s et  ad d r ess   E n ab lin g .   T h ac t u al   v al u e   o p tio n   p r o v es   to   b v er y   d ec is i v e,   as  i e n s u r es  th e   o r ig i n al  d a ta  is   ca p tu r ed   f r o m   th Sla v e   [ 1 8 - 2 0 ] .   T h s lav o f f s et  ad d r ess   in c l u d es  d ef i n i n g   t h d ata  t y p as  R ea d   in p u r eg i s ter s .   T h is   is   d o n in - o r d er   to   co - r elate   w i th   t h e   s la v e.   T h co r r esp o n d in g   o f f s et  d e f in ed   in   d ec i m a l   an d   h e x ad ec i m al,   w il p o in o u th v al u f r o m   th Sla v s i m u lato r .   Si n ce   th e   v alu e s   ar b ein g   ex tr ac ted   f r o m   th s lav a s   a n   in p u t   f o r   t h m a s ter ,   h e n ce   t h I /O  m o d o p ted   w ill  b o f   i n p u t y p e.   T h s e tti n g s   d ef i n ed   in   t h ato m   m ap p in g   s ec tio n   w ill   b r ef le cted   in   th e   an a lo g   s eg m e n o f   th e   o b j ec p r o p er ties   [ 2 1 ] On ce   t h s etti n g s   ar e   i m m i n en t l y   ca r r ied   o u t,  t h i n d iv id u al  I . P   an d   MA C   ad d r ess es  ar u p d ated   as  in d i ca te d   in   Fig u r 5 ,   to   estab lis h   th Ma s ter   s i m u lato r   o n   th s a m n et w o r k   as t h P L C   s i m u lato r .           Fig u r 5 .   SC A D A - HM I   C o n f i g u r atio n   o n   t h f ir e w al l       4 . 2 . 2 .   SCADA - H M I   ( a t t a ck er )   T h s etu p   f o r   t h at t ac k er   w il r e m ain   t h s a m e   as   t h e   m a s ter   a lo n g   w it h   d i s ti n ct  I P   ad d r ess .   T h d ev ice  Un it  I d   an d   p o r t   n u m b er   f o r   b o th   th SC AD A - HM I   ( Attack er   an d   Ma s te r )   an d   Mo d s i m 6 4   s i m u lato r   s h o u ld   al w a y s   r e m a in   t h s a m e.   Fi g u r 6   is   t h d is p la y   u tili ze d   to   s u p er v is th e   d ata  f lo w   in   t h e   m aster   a n d   as  w ell  as t h attac k er .       5.   P RO P O SE M E T H O DO L O G AND  P E RF O RM ANCE E VA L UA T I O N   5 . 1 .   Wit ho ut  f irew a ll scena rio   Af ter   s et tin g   u p   th Slav e,   M aster   an d   th Attac k er   th e y   a ll  n ee d   to   b co n f i g u r ed   to   p ar ticu lar   r an g o f   I P .   B ef o r co m m e n cin g   th e   s ce n ar io ,   test   t h p i n g   b et w ee n   al t h t h r ee   s y s te m s   r esp ec tiv e l y .   T h is   en s u r es   s tab le  co m m u n ica tio n   b et w ee n   th e   s y s te m s   an d   co n n ec ti n g   s w itc h   i n v o l v ed .   A n   o f f s e t   d ec lar ed   in   I GSS  w ill  b ex tr ac ted   f r o m   Mo d b u s   s i m u la to r .   T h is   d ata  e x tr ac ted   w ill   b tr an s m itted   to   th Ma s ter   an d   Attack er   S C ADA - HM I .   T h d u al  tr an s m is s io n   o f   d ata  o cc u r s   d u to   a b s en ce   o f   f ir e w all.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   2 A p r il   2 0 2 0   :   1 3 5 9   -   136 6   1364   Hen ce ,   allo w i n g   th e   attac k er   ac ce s s   to   t h Mo d b u s   s i m u l ato r .   T h o f f s et  s et  i n   t h P L C   co n f i g u r atio n   i s   o r ig in all y ,   5 5 .   D u to   t h e   ab s en ce   o f   th e   f ir e w all  in   t h is   s ce n ar io ,   th e   o r i g i n al  r ea d i n g   i s   tr a n s f er r ed   to   th in ter f ac e,   w h ic h   m ak e s   it  ea s ier   f o r   th h ac k er   to   co n ce iv i n f o r m atio n   f r o m .   Fig u r 6   d is p lay s   th h ac k er s   s cr ee n ,   b ein g   ab l to   o b tain   th o f f s et  c h an g i n   th P L C   [ 2 2 ] .           Fig u r 6 .   Hac k er   SC A D A - H MI   ( w it h o u f ir e w all)       5 . 2 .   Wit f irew a ll scena rio   I n   th is   s ce n ar io   f ir e w all  is   in tr o d u ce d   b et w ee n   th Ma s t er   an d   th s lav as  s h o w n   i n   Fig u r 7 .   T h Net  1   p o r o f   th f ir e w all   is   co n n ec ted   to   th Ma s ter   S C A D A - HM I ,   w h ile  t h Net  2   p o r is   co n n ec ted   to   th s la v P L C   s i m u lato r .   T h r e m ai n i n g   co n n ec tio n   s ta y s   t h s a m a s   th w it h o u t   f ir e w all  s ce n ar io .   T h Fire w all  is   r ea d y   to   u s e,   d u to   th p r ev io u s l y   d ef in ed   ass et s .   T h u s o f   th is   f ir e w a ll  p r ev en t s   th attac k er   f r o m   ac ce s s i n g   t h P L C   s i m u la to r   o n   th b asi s   o f   s ta n d ar d   p r o t o co l.   Fro m   th f i g u r e,   d u to   th p r ese n ce   o f   t h f ir e w all,   i s   s elec ti v el y   r u lin g   o u t t h h ac k er .   T h er eb y ,   o b s c u r in g   th e   o r ig i n al  o f f s et  c h a n g e   f r o m   t h P L C .                                           Fig u r 7 .   Hac k er   SC A D A - H MI   ( w it h   f ir e w al l)         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       A u g men ta tio n   o f a   S C A DA   b a s ed   fir ewa ll a g a in s t fo r eig n   h a ck in g   d ev ices   ( A b h is h ek   Mu n g ek a r )   1365   6.   RE SU L T S AN CO NC L U S I O N     T h is   p ap er   p r o v id es  g e n er al ized   in s i g h o n   t h r eq u ir e m e n o f   f ir e w all s   i n   t h ca s o f   I n d u s tr ial   co n tr o s y s te m s .   T h m aj o r   s u r v eilla n ce   cr iter ia s   h a v b ee n   ad d r ess ed ,   f o llo w ed   b y   p r o v id in g   s tar k   c o n tr ast  b ee n   an   I T   an d   an   I n d u s tr ial  f ir e w al l.  T h ab o v p r o p o s ed   i d ea   co u ld   ce r tain l y   p r o v u s e f u in   m aj o r   in d u s tr ial  u n its .   m aj o r   p o in th at   s h o u ld   b ta k e n   i n to   co n s id er atio n   is   th at,   th er i s   n o   s u c h   c u s to m ized   f ir e w all   p r esen t   i n   t h m ar k e t   to   tail o r   all   t h s ec u r it y   p r o t o co ls .   Mo r eo v er ,   as  c y b er - att ac k s   g et   m o r a n d   m o r f atal,   r eg u lar l y   u p d ati n g   th ese  p r e - d e f in ed   p r o to co ls   is   cr u cial  [ 2 3 ] .   T h id ea   p r o p o s ed   ab o v is   o n o u t   o f   m a n y ,   i n   t h f ield   o f   C y b er s ec u r it y   o f   co n tr o l s y s te m s .   A t   th m o m en t   en co d in g   w i th   t h h elp   o f   M A C   an d   I . P   ad d r ess es  i s   a   v er y   u n iq u w a y   o f   tack li n g   e x ter n al   tr af f ic  w it h in   t h n et w o r k .   Mo r s o p h is ticated   m et h o d s   o f   en co d in g   ca n   b d ev elo p ed   to   ass u r ev en   h ig h er   lev el  o f   s ec u r it y   [ 2 4 ,   2 5 ] .   W o r k in g   s ce n ar io   w it h   all  t h r ee   d ev ices c o n n ec t ed   to   o n s in g le  n et w o r k   a s   s h o w n   in   F ig u r 8 .           Fig u r 8 .   W o r k in g   s ce n ar io ,   w ith   all  t h r ee   d ev ices c o n n ec ted   to   o n s in g le  n et w o r k       RE F E R E NC E S   [1 ]   Ca rd e n a s,  A .   A . ,   Am in ,   S . ,   A n d   S a stry ,   S . , S e c u re   c o n tro l:   T o w a rd su rv i v a b le  c y b e r - p h y sic a s y st e m s” ,   In   Pro c e e d in g o t h e   Fi rs I n ter n a ti o n a W o rk sh o p   o n   Cy b e r - P h y sic a S y ste ms .   (Ju n e   2 0 0 8 ).     [2 ]   Ch e u n g ,   S . ,   Du tertre ,   B. ,   F o n g ,   M . ,   L in d q u ist,   U.,   S k in n e r,   K.,   a n d   V a ld e s,  A .   Us in g   m o d e l - b a se d   in tr u sio d e tec ti o n   f o S CA D A   n e tw o rk s ,   In   Pro c e e d in g o f   t h e   S CADA   S e c u rity  S c ien ti fi c   S y mp o siu m   ( M i a m Be a c h ,   F L ,   USA ,   2 0 0 7 .   [3 ]   G a o ,   In f o r m a ti o n   se c u rit y ,   T V n e e d to   a d d re ss   w e a k n e ss e i n   c o n tr o sy ste m a n d   n e tw o rk s” ,   T e c h .   Rep .   GAO - 08 - 5 2 6 ,   Rep o rt t o   Co n g re ss io n a l   Req u e ste rs ,   M a y   2 0 0 8 .   [4 ]   M a rsc h a ll   A b ra m a n d   Jo e   W e i ss ,   M a li c io u Co n tro S y ste m   C y b e S e c u rit y   A tt a c k   C a se   S tu d y     M a ro o c h y   W a ter S e rv i c e s,  A u stra li a ,   Bo sto n .     [5 ]   Jo h n   H.  M a rb u g e r,   I. ,   a n d   Kv a m m e ,   E.   F ,   L e a d e rsh ip   u n d e c h a ll e n g e In f o r m a ti o n   tec h n o l o g y   R & in   a   c o m p e ti ti v e   w o rld .   A n   a s se ss m e n o f   th e   f e d e ra n e t w o rk in g   a n d   in f o rm a ti o n   tec h n o lo g y   R& p ro g ra m .   T e c h .   re p . ,   Pr e sid e n t’s  C o u n c il   o A d v iso rs   o n   S c ien c e   a n d   T e c h n o lo g y ,   A u g u st 2 0 0 7 .   [6 ]   S to u f f e r,   K.,   F a lco ,   J. ,   a n d   Ke n t,   K,  G u id e   t o   su p e rv iso ry   c o n tro a n d   d a ta  a c q u isit io n   (sc a d a a n d   in d u stria l   c o n tro sy ste m s se c u rit y .   S p 8 0 0 - 8 2 ,   NI S T ,   S e p tem b e 2 0 0 6 .   [7 ]   US - CERT ,   Co n tr o S y ste m S e c u rit y   P ro g ra m .   U S   De p a rtm e n o f   Ho m e l a n d   S e c u ri ty ,   h tt p : // ww w . u sc e rt. g o v /co n tro sy s tem s/in d e x . h tm l,   2 0 0 8 .   [8 ]   L u ii jf ,   H.A . M . ,   P r o c e ss   Co n tr o S e c u rit y   in   t h e   Cy b e rc ri m e   In f o r m a ti o n   Ex c h a n g e ,   NICC,  T h e   Ha g u e ,   t h e   Ne th e rlan d s ,   2 0 1 0 .   [9 ]   NCSC ,   Ch e c k li st  S e c u rit y   o f   I CS /S CA D A   s y ste m s” ,   f a c tsh e e 2 0 1 2 - 0 2 ,   M in istry   o f   S e c u rit y   a n d   Ju st ice ,   T h e   Ha g u e ,   T h e   Ne th e rlan d s,  2 0 1 2 .   [1 0 ]   MSB ,   G u id e   t o   i n c re a se d   se c u rit y   in   in d u strial  in f o rm a ti o n   a n d   c o n tr o sy ste m s” ,   S we d ish   Civil   Co n ti n g e n c ies   Ag e n c y ,   S t o c k h o lm ,   S w e d e n ,   2 0 1 4 .   [1 1 ]   M .   Oo ste rin k ,   S e c u rit y   o f   leg a c y   p ro c e ss   c o n tro sy ste m s:  m o v in g   to w a rd se c u re   p ro c e ss   c o n tro sy ste m s”   (w h it e p a p e r),   T h e   Ha g u e ,   T h e   Ne th e rlan d s,   2 0 1 2 .   [1 2 ]   Hu rd ,   S . ,   S m it h ,   R. ,   A N L e isc h n e r,   G .   T u to rial:  S e c u rit y   in   e lec tri c   u ti li ty   Co n tro s y s te m s .   In   6 1 st  An n u a l   Co n fer e n c e   fo r P r o tec ti v e   Rela y   En g i n e e rs   ( Ap ril  2 0 0 8 ) ,   p p .   3 0 4 309 ,   2 0 0 8 .   [1 3 ]   S tew a rt  A . Bo y e r,   "   S C A D A S u p e rv iso r y   Co n tro l   a n d   Da ta A c q u is it io n " ,   I n ter n a ti o n a S o c iety   o Au to ma ti o n   2 0 0 9 .   [1 4 ]   G re g o r y   K.  M c M il lan ,   " P ro c e ss /I n d u str ial  In str u m e n ts an d   c o n tro ls   Ha n d b o o k "   M c G r AW - HI L   1 9 9 9 .   [1 5 ]   J.  V ieg a   a n d   M .   M e ss ier,  S e c u rit y   is h a rd e th a n   y o u   th i n k ,   AC M   Qu e u e ,   v o l.   2 ,   p p .   6 0 6 5 ,   Ju l /A u g .   2 0 0 4 .   [1 6 ]   T id re a ,   A le x a n d ra   &   Ko ro d i,   Ad rian .   (2 0 1 8 ).   W e b Na v I G S S   Web - Ba se d   S o f t w a re   S o lu ti o n   f o I G S S   S CAD A   A p p li c a ti o n s.  4 1 8 - 4 2 3 .   1 0 . 1 1 0 9 / M ED. 2 0 1 8 . 8 4 4 2 5 6 0   [1 7 ]   Ke it h   S to u f ler,  S u sa n   L ig h tm a n ,   M a rsh a A b ra m s,  " G u id e   to   in d u strial  c o n tr o sy st e m S e c u rit y " ,   NIS T   sp e c ia l   p u b li c a ti o n pp .   8 0 0 8 2 ,   M a y   2 0 1 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   2 A p r il   2 0 2 0   :   1 3 5 9   -   136 6   1366   [1 8 ]   K.  M c M il lan   G re g o r y ,   " P ro c e ss /In d u str ial  In str u m e n ts an d   c o n tro ls   Ha n d b o o k "   in   ,   M c G rAW - HI L ,   1 9 9 9 .   [1 9 ]   P a u Did ier,  " Re f e r e n c e   A rc h it e c tu re f o In d u strial  A u to m a ti o n   a n d   Co n tro S y ste m s " ,   OD VA   In d u stry   Co n fer e n c e   &   1 5 th   An n u a M e e ti n g ,   Oc to b e 2 0 1 2 .   [2 0 ]   M . J.  Ka ra m ,   F . A .   T o b a g i,   " A n a l y sis  o f   th e   d e lay   a n d   ji tt e o f   v o ice   traff ic  o v e th e   In tern e i n " ,   Pro c .   o f   IEE E   INFOCOM   0 1 ,   2 0 0 1 .   [2 1 ]   P .   Ne u m a n n ,   " Co m m u n ica ti o n   i n   in d u strial  a u to m a ti o n   -   w h a is  g o in g   o n "   i n   Co n tro En g in e e rin g   Pra c ti c e El se v ier L td ,   v o l.   1 5 ,   p p .   1 3 3 2 - 1 3 4 7 ,   2 0 0 6 .   [2 2 ]   D.  D z u n g ,   M .   Na e d e le,  Ho ff  T . P .   Vo n ,   M .   Cre v a ti n ,   " S e c u rit y   f o In d u strial  Co m m u n ica ti o n   S y ste m s " ,   Pro c e e d in g o T h e   IEE E ,   v o l.   9 3 ,   n o .   6 ,   JU NE  2 0 0 5 .   [2 3 ]   S tan d a rd f o S e c u rit y   Ca teg o riza ti o n   o f   F e d e ra In f o rm a ti o n   a n d   I n f o rm a ti o n   S y ste m N a ti o n a In stit u te  f o S tan d a rd s a n d   T e c h n o lo g y   F IP S   1 9 9 ,   F e b ru a ry   2 0 0 4 .   [2 4 ]   " M in im u m   S e c u rit y   Re q u ire m e n ts  f o F e d e ra In f o r m a ti o n   a n d   In f o rm a ti o n   S y ste m Na ti o n a In stit u te  f o r   S tan d a rd a n d   T e c h n o lo g y   F IP S   2 0 0 " ,   F ra m e w o rk   f o I m p ro v in g   Crit ica In f ra stru c tu re   C y b e rse c u rit y .   NIST   F e b ru a ry   2 0 1 4 ,   M a rc h   2 0 0 6 .   [2 5 ]   M .   B.   L in e ,   I.   A .   T o n d e l,   M .   G .   J a a tu n ,   " C y b e se c u rit y   c h a ll e n g e in   S m a rt  G rid s" ,   In n o v a ti v e   S ma rt  Gr id   T e c h n o l o g ies   ( IS GT  Eu ro p e 2 0 1 1   2 n d   IEE P ES   I n ter n a ti o n a Co n fer e n c e   a n d   Exh i b it i o n   o n ,   p p .   1 - 8 ,   2 0 1 1 .       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS       Abh ish e k   A n il   M u n g e k a is  c u rre n tl y   p u rsu in g   Ba c h e lo o f   E n g in e e rin g   w it h   Ho n o rs  i n   El e c tro n ics   a n d   In str u m e n tatio n   En g in e e rin g   in   B it P il a n Du b a Ca m p u s.  His  a re a   o f   in tere st  is Cy b e rs e c u rit y ,   S y st e m s Co n tro &   In stru m e n tatio n         Ya s h r a K a l p e s h   S o la n k i   is  c u rre n tl y   p u rsu i n g   Ba c h e lo o f   En g in e e rin g   w it h   Ho n o rs  i n   El e c tro n ics   a n d   In str u m e n tatio n   En g in e e rin g   in   B it P il a n Du b a Ca m p u s.  His  a re a   o f   in tere st  is Cy b e rs e c u rit y ,   A u to m a ti o n   &   I n stru m e n tatio n .         Dr .   R .   S w a r n a la t h a   d id   h e BE  in   In stru m e n tatio n   &   Co n tro E n g in e e rin g   f ro m   S a th a y a b a m a   En g in e e rin g   Co ll e g e ,   Ch e n n a a n d   M . in   I n stru m e n tatio n   En g in e e rin g   f ro m   M a d ra In stit u te   o f   T e c h n o l o g y ,   A n n a   Un iv e rsity ,   Ch e n n a i.   S h e   re c e iv e d   h e P h d e g re e   in   Bio m e d ica In stru m e n tati o n   f ro m   Birl a   In stit u te  o f   T e c h n o lo g y   a n d   S c ien c e   (BIT S ),   P il a n i,   I n d ia.   S h e   h a s   2 0   y e a rs  o f   tea c h in g   e x p e rien c e .   S h e   is  w o rk in g   w it h   BIT S   P i lan i,   Du b a Ca m p u f o p a st  1 4   y e a rs.  S h e   h a g u id e d   m a n y   p ro jec ts  a n d   tau g h v a rio u c o u r se f o u n d e rg ra d u a te  a n d   p o stg ra d u a te  stu d e n ts.  He re se a rc h   in tere st  in c lu d e b i o m e d ic a in stru m e n tatio n ,   p r o c e ss   c o n tro &   In str u m e n tatio n ,   n e u ra l   n e tw o rk   &   f u z z y   lo g ic.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.