Design de sistemas ciberfísicos críticos endereçando conjuntamente preocupações de safety, security e desempenho e utilizando STPA e SysML

• Processo: 22/01051-7
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Vigência: 01 de outubro de 2022 - 30 de novembro de 2024
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Ciência da Computação - Sistemas de Computação
• Pesquisador responsável: Celso Massaki Hirata
• Beneficiário: Celso Massaki Hirata
• Instituição Sede: Divisão de Ciência da Computação (IEC). Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Ministério da Defesa (Brasil). São José dos Campos , SP, Brasil
• Assunto(s): Segurança Sistema ciber-físico Sistemas críticos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Safety | security | sistemas ciberfísicos críticos | Stamp | StpA | Safety e security de sistemas críticos

Resumo

Sistemas ciberfísicos críticos atuais são caracterizados por automação, poder computacional, comunicação e integração estrutural e funcional crescentes. Esses sistemas envolvem unidades de processamento e armazenamento de informação, componentes mecânicos e elétricos, sensores, atuadores, e redes de comunicação. Nessa integração, o software é a parte dominante. Duas preocupações recorrentes no desenvolvimento de sistemas ciberfísicos são safety e security. Os sistemas que estamos construindo estão se tornando mais complexos devido aos aspectos não somente técnicos mas sociológicos, legais e políticos. O desenvolvimento requer a participação de muitos interessados, tais como provedores de processamento e armazenamento, provedores de rede, autoridades certificadoras, provedores de serviços, desenvolvedores de soluções, operadores e administradores. STAMP (System-Theoretic Accident Model and Processes) e STPA (Systems-Theoretic Process Analysis) podem ser utilizados para permitir a análise de safety e security na fase de conceito e gerar os requisitos funcionais e requisitos de safety e security. Existem abordagens para lidar com conflitos e reforços entre as restrições derivadas de requisitos de safety e security no estágio de conceito do sistema. Requisitos de desempenho usualmente são tratados na fase de design e são derivados de requisitos de sistemas, funcionais e de safety. Mecanismos para atender aos requisitos de safety, security e desempenho incluem uma diversidade de hardware, software, protocolos, procedimentos e qualquer item que de forma isolada ou combinada enderecem os requisitos. Na identificação dos mecanismos, temos de levar em conta que os novos mecanismos podem afetar a eficiência e eficácia dos mecanismos já identificados. Contudo existem poucos trabalhos sobre como integrar o STPA com as técnicas de design de forma sistemática para lidar com requisitos e mecanismos não apenas de safety e security mas também de desempenho. Conjecturamos que para a sistematização, alguma forma de especificação comum seja necessária. Dadas as características de sistemas ciberfísicos críticos, a linguagem SysML e a abordagem de desenvolvimento baseadas em modelos podem ser utilizadas. Systems Modeling Language (SysML) é uma linguagem de modelagem de propósito geral para aplicações de engenharia de sistemas que apoia a especificação, análise, design, verificação e validação de sistemas. O objetivo desta proposta de projeto é investigar e propor um método de design de sistemas ciberfísicos que utilizam resultados da análise STPA e suas extensões de security para gerar modelos de design SysML que considerem de forma conjunta os requisitos e os mecanismos de safety, security e desempenho Esta proposta também tem como objetivo propor técnicas de análise de requisitos e mecanismos que considere conflitos e reforços para atender aos requisitos de safety, security e desempenho. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

CARNIEL, ANDREI; BEZERRA, JULIANA DE MELO; HIRATA, CELSO MASSAKI. An Ontology-Based Approach to Aid STPA Analysis. IEEE ACCESS, v. 11, p. 21-pg., 2023-01-01. (22/01051-7)

HIRATA, CELSO M.; AMBROSIO, ANA M.. Combining STPA With CoFI to Generate Requirements and Test Cases for Safety-Critical System. IEEE SYSTEMS JOURNAL, v. 16, n. 4, p. 12-pg., 2022-08-30. (22/01051-7)

DE SOUZA, FELLIPE GUILHERME REY; HIRATA, CELSO MASSAKI; NADJM-TEHRANI, SIMIN. Synthesis of a Controller Algorithm for Safety-Critical Systems. IEEE ACCESS, v. 10, p. 25-pg., 2022-01-01. (22/01051-7)