A contribution to Industry 4.0: a framework to secure standardised data exchange - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2022

A contribution to Industry 4.0: a framework to secure standardised data exchange

Une contribution à l'industrie 4.0 : un cadre pour sécuriser l'échange de données standardisées

Marion Toussaint
  • Function : Author
  • PersonId : 1101467

Abstract

The recent digital transformation of the manufacturing world has resulted in numerous benefits, from higher quality products to enhanced productivity and shorter time to market. In this digital world, data has become a critical element in many critical decisions and processes within and across organizations. Data exchange is now a key process for the organizations' communication, collaboration, and efficiency. Industry 4.0 adoption of modern communication technologies has made this data available and shareable at a quicker rate than we can consume or track it. This speed brings significant challenges such as data interoperability and data traceability, two interdependent challenges that manufacturers face and must understand to adopt the best position to address them. On one hand, data interoperability challenges delay faster innovation and collaboration. The growing volume of data exchange is associated with an increased number of heterogeneous systems that need to communicate with and understand each other. Information standards are a proven solution, yet their long and complex development process impedes them from keeping up with the fast-paced environment they need to support and provide interoperability for, slowing down their adoption. This thesis proposes a transition from predictive to adaptive project management with the use of Agile methods to shorten the development iterations and increase the delivery velocity, increasing standards adoption. While adaptive environments have shown to be a viable solution to align standards with the fast pace of industry innovation, most project requirements management solutions have not evolved to accommodate this change. This thesis also introduces a model to support better requirement elicitation during standards development with increased traceability and visibility. On the other hand, data-driven decisions are exposed to the speed at which tampered data can propagate through organizations and corrupt these decisions. With the mean time to identify (MTTI) and mean time to contain (MTTC) such a threat already close to 300 days, the constant growth of data produced and exchanged will only push the MTTI and MTTC upwards. While digital signatures have already proven their use in identifying such corruption, there is still a need for formal data traceability framework to track data exchange across large and complex networks of organizations to identify and contain the propagation of corrupted data. This thesis analyses existing cybersecurity frameworks, their limitations, and introduces a new standard-based framework, in the form of an extended NIST CSF profile, to prepare against, mitigate, manage, and track data manipulation attacks. This framework is also accompanied with implementation guidance to facilitate its adoption and implementation by organizations of all sizes.
La récente transformation numérique de l'industrie a entraîné de nombreux avantages, allant de produits de meilleure qualité à une productivité accrue et à des délais de mise sur le marché plus courts. Dans ce monde numérique, les données sont devenues un élément essentiel dans de nombreuses décisions et processus critiques au sein et entre les organisations. L'échange de données est désormais un processus clé pour la communication, la collaboration et l'efficacité des organisations. L'adoption par l'industrie 4.0 de technologies de communication modernes a rendu ces données disponibles et partageables à un rythme plus rapide que nous ne pouvons les consommer ou les suivre. Cette vitesse apporte des défis importants tels que l'interopérabilité des données et la traçabilité des données, deux défis interdépendants auxquels les industriels sont confrontés et doivent comprendre pour adopter la meilleure position pour les relever. D'une part, les problèmes d'interopérabilité des données sont un frein à des innovations et des collaborations plus rapides. Le volume croissant d'échanges de données est associé à un nombre accru de systèmes hétérogènes qui ont besoin de communiquer et de se comprendre. Les normes d'information sont une solution prouvée, mais leur processus de développement long et complexe les empêche de suivre le rythme rapide de l'environnement qu'elles ont besoin de soutenir et d'assurer l'interopérabilité, ce qui ralentit leur adoption. Cette thèse propose une transition de la gestion de projet prédictive à adaptative avec l'utilisation de méthodes Agiles pour raccourcir les itérations de développement et augmenter la vitesse de livraison, augmentant ainsi l'adoption des normes. Alors que les environnements adaptatifs se sont révélés être une solution viable pour aligner les normes sur le rythme rapide de l'innovation de l'industrie, la plupart des solutions de gestion des exigences des projets n'ont pas évolué pour s'adapter à ce changement. Cette thèse introduit également un modèle pour soutenir une meilleure élicitation des exigences lors de l'élaboration des normes avec une traçabilité et une visibilité accrues. D'autre part, les décisions basées sur les données sont exposées à la vitesse à laquelle les données falsifiées peuvent se propager dans les organisations et corrompre ces décisions. Avec un temps moyen pour identifier (MTTI) et un temps moyen pour contenir (MTTC) une telle menace déjà proche de 300 jours, la croissance constante des données produites et échangées ne fera qu'accroître le MTTI et le MTTC. Bien que les signatures numériques aient déjà prouvé leur utilité pour identifier une telle corruption, un cadre formel de traçabilité des données est toujours nécessaire pour suivre l'échange de données sur des réseaux vastes et complexes d'organisations afin d'identifier et de contenir la propagation des données corrompues. Cette thèse analyse les cadres de cybersécurité existants, leurs limites et introduit un nouveau cadre basé sur des normes, sous la forme d'un profil NIST CSF étendu, pour se préparer, atténuer, gérer et suivre les attaques de manipulation de données. Ce cadre est également accompagné de conseils de mise en œuvre pour faciliter son adoption et sa mise en œuvre par les organisations de toutes tailles.
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Dates and versions

tel-03833718 , version 1 (28-10-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03833718 , version 1

Cite

Marion Toussaint. A contribution to Industry 4.0: a framework to secure standardised data exchange. Automatic. Université de Lorraine, 2022. English. ⟨NNT : 2022LORR0121⟩. ⟨tel-03833718⟩
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