Según un nuevo estudio, las señales de canal lateral y los rayos de tormentas lejanas podrían ayudar algún día a impedir que los hackers saboteen subestaciones eléctricas y otras infraestructuras críticas.
El personal de seguridad podría analizar las señales electromagnéticas que emiten los componentes de las subestaciones mediante un sistema de vigilancia independiente para detectar si los hackers manipulan interruptores y transformadores con equipos remotos.
Las señales de rayos de fondo procedentes de miles de kilómetros de distancia autenticarían esas señales e impedirían que actores maliciosos inyectaran información de vigilancia falsa en el sistema.
Los investigadores han probado la idea en subestaciones de dos empresas eléctricas distintas, además de realizar extensos modelos y simulaciones. Presentaron la técnica, conocida como sistema distribuido de detección de intrusiones basado en radiofrecuencia (RFDIDS), en el Simposio sobre Seguridad de Sistemas de Red y Distribuidos de 2019, en San Diego.
«Deberíamos poder detectar a distancia cualquier ataque que modifique el campo magnético alrededor de los componentes de una subestación», afirma Raheem Beyah, profesor de la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática del Instituto de Tecnología de Georgia y cofundador de Fortiphyd Logic, Inc. «Estamos utilizando un fenómeno físico para determinar si se ha producido o no una determinada acción en una subestación».
El ataque de 2015
Abrir los interruptores de una subestación para provocar un apagón es un posible ataque contra la red eléctrica. En diciembre de 2015, los atacantes utilizaron esa técnica para cortar el suministro eléctrico a 230.000 personas en Ucrania. Abrieron interruptores en 30 subestaciones y piratearon los sistemas de vigilancia para convencer a los operadores de la red de que esta funcionaba con normalidad. Además, atacaron centros de llamadas para impedir que los clientes informaran a los operadores de lo que estaba ocurriendo.
«La red eléctrica es difícil de proteger porque es enorme», afirma Beyah. «Proporciona una conexión eléctrica desde una central generadora hasta los electrodomésticos de tu hogar. Debido a esta conexión eléctrica, hay muchos puntos en los que un hacker podría introducir un ataque. Por eso necesitamos una forma independiente de saber qué ocurre en los sistemas de la red».
El método independiente utilizaría una antena situada dentro de una subestación o cerca de ella para detectar las singulares firmas de «canal lateral» de radiofrecuencia que produce el equipo. La vigilancia funcionaría de manera independiente de los sistemas que se utilizan actualmente para supervisar y controlar la red.
«Sin confiar en absoluto en nada de la red, podemos utilizar un receptor de radiofrecuencia para determinar si se ha producido un impulso con la forma de una operación de “apertura”», afirma Beyah. «El sistema funciona a 60 hercios y hay pocos otros sistemas que operen en esa frecuencia, así que podemos estar seguros de lo que estamos vigilando».
Ecos de los rayos
Sin embargo, los hackers podrían averiguar cómo insertar señales falsas para ocultar sus ataques. Ahí es donde entran en juego las emisiones de los rayos conocidas como «esféricos».
«Cuando un rayo cae al suelo, forma un canal eléctrico de varios kilómetros de altura, que puede transportar cientos de miles de amperios de corriente; por eso actúa como una antena muy potente que irradia energía», afirma Morris Cohen, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática. Cada descarga genera señales en la banda de muy baja frecuencia (VLF), que pueden reflejarse en las capas altas de la atmósfera y recorrer grandes distancias.
«Las señales de los rayos pueden zigzaguear de un lado a otro y recorrer todo el mundo», afirma Cohen. «Por ejemplo, los rayos de Sudamérica se detectan fácilmente en Atlanta. Incluso hemos observado que el eco de un rayo da varias vueltas al mundo».
El personal de seguridad que supervise las subestaciones a distancia podría comparar los rayos que acompañan a las señales de 60 Hz de las subestaciones con datos de rayos procedentes de otras fuentes, como una de las aproximadamente 70.000 subestaciones de Estados Unidos o una base de datos mundial de rayos. Eso permitiría autenticar la información. Como los rayos se producen, en promedio, más de tres millones de veces al día, hay muchas oportunidades para autenticarla, señala.
«Incluso si se pudiera sintetizar digitalmente el flujo de datos del receptor de radiofrecuencia, sería difícil generar algo realista, porque la forma del pulso del rayo que detectan nuestros receptores varía en función de la distancia al rayo, la hora del día, la latitud y otros factores», afirma Cohen. «Sintetizar las señales de los rayos requeriría muchos cálculos en tiempo real y conocimientos de física avanzada».
Red eléctrica crítica
En colaboración con dos empresas eléctricas distintas, los investigadores analizaron las señales de radiofrecuencia producidas cuando se desconectaban interruptores para realizar tareas de mantenimiento en las subestaciones. También utilizaron simulaciones informáticas para estudiar un posible ataque contra los sistemas.
«La señal de una descarga de rayo es muy característica: es breve, dura alrededor de un milisegundo y abarca un rango de frecuencias enorme», afirma Cohen. «El único otro proceso conocido en la Tierra que genera algo parecido es una explosión nuclear. Las emisiones de la red eléctrica son muy distintas y ninguna se parece a un pulso de rayo, así que es bastante fácil distinguir las señales».
Los investigadores presentaron una solicitud de patente provisional para RFDIDS y esperan perfeccionar aún más la estrategia de seguridad, que es independiente del fabricante del equipo. Beyah considera que las aplicaciones de la vigilancia remota de otros dispositivos que emiten radiofrecuencia podrían extenderse más allá del sector eléctrico. Por ejemplo, el sistema podría indicar a los operadores del transporte si hay un tren presente.
«La red eléctrica es nuestra infraestructura más crítica», afirma Beyah. «Nada más importa si no hay suministro eléctrico».
