Systèmes cyber-physiques dans les applications militaires

Systèmes cyber-physiques dans les applications militaires : intégration des processus informatiques, de mise en réseau et physiques pour un avantage stratégique

Les systèmes cyberphysiques (CPS) représentent l'avant-garde de la technologie militaire, où des algorithmes informatiques et des composants physiques profondément intégrés créent des systèmes adaptatifs, intelligents et en réseau. Dans l’aérospatiale et la défense, les CPS offrent des capacités sans précédent en matière d’autonomie, de résilience et d’optimisation des performances. Ce guide examine comment les principes CPS transforment les plates-formes grâce à l'intégration étroite de composants intelligents tels que des capteurs d'aviation , des relais d'aviation militaire intelligents et des actionneurs en réseau. Pour les responsables des achats qui recherchent des moteurs d'avion de nouvelle génération, des essaims de drones autonomes et des avions avancés, comprendre le CPS est essentiel pour évaluer la véritable capacité et la sécurité des systèmes qu'ils aident à construire.

Dynamique de l'industrie : la convergence de l'informatique, de l'OT et de l'ET dans les plates-formes militaires

La séparation traditionnelle entre les technologies de l’information (TI), les technologies opérationnelles (OT) comme les contrôles industriels et les technologies d’ingénierie (ET) comme l’avionique est en train de se dissoudre. Les plates-formes militaires modernes sont des systèmes de systèmes convergés dans lesquels un ordinateur de commande de vol (IT/ET) peut reconfigurer dynamiquement la distribution d'énergie via des contacteurs d'avion (OT) intelligents, sur la base d'une analyse des menaces en temps réel et des données sur l'état des composants provenant de capteurs d'aviation . Cette convergence, bien que puissante, crée des interdépendances complexes et une surface d'attaque considérablement étendue, faisant de la sécurité une contrainte de conception de premier ordre, et non un complément.

Technologies de base du CPS et leur impact militaire

Plusieurs technologies clés constituent les éléments constitutifs des CPS militaires :

• Réseaux en temps réel et réseaux sensibles au temps (TSN) : protocoles de communication déterministes à faible latence qui garantissent que les données des capteurs et les commandes de contrôle sont fournies dans des fenêtres temporelles strictes, essentielles pour les boucles de contrôle de vol et la coordination des systèmes d'armes.
• Intelligence embarquée et Edge Computing : placer la puissance de traitement directement sur ou à proximité des composants physiques. Par exemple, un compteur d'aviation intelligent pour drone peut analyser localement la qualité de l'énergie et se débarrasser de manière autonome des charges non critiques pour protéger un générateur défaillant, agissant comme un nœud résilient dans le CPS.
• Jumeaux numériques et ingénierie basée sur des modèles : répliques virtuelles haute fidélité d'actifs physiques (comme un moteur ou un train entier) qui fonctionnent en parallèle avec le système réel. Ils sont utilisés pour la simulation, la maintenance prédictive et même l'analyse de simulation en temps réel afin d'optimiser les performances ou d'atténuer les dommages.
• Architectures système sécurisées et résilientes : conceptions qui supposent des compromis, intégrant des fonctionnalités telles que la redondance, la diversité et la dégradation progressive . Un système de distribution d’énergie basé sur CPS peut utiliser plusieurs marques de fusibles et de relais intelligents d’aviation différentes pour empêcher qu’une seule vulnérabilité ne désactive l’ensemble du réseau.

Priorités d'approvisionnement : 5 préoccupations majeures des acheteurs de matériel de défense de la Russie et de la CEI

Lors de l’achat de programmes centrés sur CPS, les acheteurs appliquent une évaluation des risques rigoureuse et holistique axée sur la souveraineté et la capacité de survie :

1. Assurance de la sécurité du système de bout en bout et confiance dans la chaîne d’approvisionnement : il s’agit de la préoccupation primordiale. Les acheteurs exigent la preuve d'une approche de sécurité dès la conception conformément à des normes telles que ISO/SAE 21434 (véhicules routiers) et NIST SP 800-160 d'ingénierie de sécurité des systèmes. Ils exigent une transparence totale dans la nomenclature logicielle (SBOM) et la nomenclature matérielle (HBOM) pour tous les composants, jusqu'au niveau de la puce, afin d'évaluer les risques de dépendance étrangère et de vulnérabilité.
2. Co-ingénierie fonctionnelle de sûreté et de sécurité (FUSA/FSCE) : Preuve que la sécurité (selon ARP4754A, DO-178C, DO-254 ) et la cybersécurité (selon DO-326A/ED-202A ) ont été co-conçues depuis le début. Une défaillance de la cyberprotection d'un contacteur de l'aviation militaire ne doit pas créer un état physique dangereux, et vice versa.
3. Résilience à la guerre électronique (GE) et aux environnements refusés/dégradés : le CPS doit opérer dans des spectres EM contestés. Les composants doivent être renforcés contre le brouillage, l’usurpation d’identité et les impulsions électromagnétiques. Les systèmes doivent disposer de modes de secours qui permettent aux fonctions physiques essentielles (comme le fonctionnement du moteur) de continuer même si le réseau ou l'ordinateur central est dégradé.
4. Souveraineté des données, contrôle sur site et normes cryptographiques nationales : contrôle absolu sur les données opérationnelles et les logiciels système. Préférence pour les solutions pouvant fonctionner sur des réseaux souverains, isolés ou étroitement contrôlés . L'utilisation de modules et d'algorithmes cryptographiques certifiés ou développés au niveau national est souvent obligatoire, plutôt que de s'appuyer sur des normes étrangères (par exemple, AES, SHA-2).
5. Prise en charge du cycle de vie et sécurité des mises à jour Over-the-Air (OTA) : un processus rigoureux et cryptographiquement assuré pour la mise à jour du micrologiciel/logiciel tout au long du cycle de vie du CPS. Ce processus doit empêcher le retour aux versions vulnérables, authentifier impeccablement les sources de mise à jour et disposer de mécanismes permettant de récupérer après un échec de mise à jour sans endommager un composant critique tel qu'un contrôleur de moteur d'aviation de haute qualité .

Le rôle de YM dans le développement d'éléments de base CPS fiables

Nous nous positionnons comme un fournisseur de composants physiques sécurisés, intelligents et connectables – la couche « physique » fiable du CPS. Notre usine et nos installations comprennent des laboratoires de développement sécurisés où nous concevons et testons le micrologiciel intégré de nos produits intelligents. Nous produisons des composants tels que des modules de capteurs avec des modules matériels de sécurité (HSM) et des relais pour l'aviation militaire avec un micrologiciel signé et des interfaces de communication sécurisées, garantissant qu'ils peuvent être intégrés dans un CPS plus grand sans devenir le maillon le plus faible.

Cette orientation est motivée par notre équipe R&D et l’innovation dans les systèmes embarqués sécurisés. Notre équipe comprend des spécialistes en cryptographie et en sécurité fonctionnelle qui développent des architectures renforçant la sécurité de nos produits. Par exemple, nous avons breveté une méthode permettant à un cluster de capteurs d'aviation intelligents de former un réseau maillé sécurisé et auto-réparateur , leur permettant de valider collectivement l'intégrité des données et de continuer à fonctionner même si la passerelle centrale est attaquée. Découvrez notre approche des systèmes embarqués sécurisés .

Étape par étape : un cadre pour évaluer les fournisseurs de composants CPS

Les équipes d’approvisionnement et d’ingénierie système peuvent utiliser ce cadre pour évaluer les fournisseurs potentiels de matériel critique pour CPS :

1. Phase 1 : Examen de l'architecture de sécurité et de sûreté :
   • Demander et examiner le plan de sécurité du système (SSP) et l'évaluation de la sécurité du fournisseur pour le composant.
   • Évaluez la conception en fonction de principes tels que le moindre privilège, la défense en profondeur et la séparation entre les fonctions critiques et non critiques.
2. Phase 2 : Audit de la chaîne d'approvisionnement et du processus de développement :
   • Auditez le cycle de vie de développement sécurisé (SDL) du fournisseur, y compris les outils, la révision du code et la gestion des vulnérabilités.
   • Cartographiez la chaîne d'approvisionnement matérielle et logicielle du composant pour détecter les points de défaillance uniques ou les sources non fiables.
3. Phase 3 : Vérification et validation indépendantes (IV&V) :
   1. Effectuer ou commander des tests d'intrusion et des évaluations de vulnérabilité sur le composant dans une configuration représentative.
   2. Effectuer des tests de fuzz sur ses interfaces de communication.
   3. Validez les allégations de sécurité en analysant ou en assistant à des tests critiques.
4. Phase 4 : intégration et évaluation du plan de cycle de vie : évaluez le plan du fournisseur pour prendre en charge le composant au sein de votre CPS tout au long de sa durée de vie. Cela inclut des mécanismes de mise à jour sécurisés, des processus de divulgation des vulnérabilités et une gestion des clés cryptographiques à long terme .

Normes industrielles : le paysage réglementaire et normatif en évolution

Cadres clés pour les CPS militaires

Le développement et la certification CPS s’appuient sur une mosaïque évolutive de normes :

• Instruction DoD 5000.02 et cadre de gestion des risques (RMF) : le processus global d'acquisition et de conformité en matière de cybersécurité du DoD américain.
• NIST SP 800-160 Vol. 1 et 2 : Ingénierie de la sécurité des systèmes et développement de systèmes cyber-résilients . Conseils fondamentaux pour renforcer la sécurité.
• RTCA DO-326A / EUROCAE ED-202A : Spécification du processus de sécurité de la navigabilité. La norme définitive pour aborder la cybersécurité dans la certification des systèmes aéroportés.
• SAE AS6663 et AIR6912 : les normes aérospatiales pour la mise à jour de la sécurité et de l'intégrité des données par voie aérienne (OTA) , essentielles à la gestion du cycle de vie des CPS.
• Future Airborne Capability Environment (FACE™) et SOSA™ : normes d'architecture de systèmes ouvertes qui, combinées à des profils de sécurité solides, permettent l'intégration de modules CPS fiables et réutilisables provenant de plusieurs fournisseurs. Nous alignons nos offres d’architecture ouverte sur ces principes.

Analyse des tendances du secteur : essaims autonomes, CPS activés par l'IA et cryptographie à résilience quantique

L’avenir du CPS militaire est façonné par la collaboration autonome et les menaces de nouvelle génération. Les essaims autonomes de drones ou UGV représentent un CPS distribué où l’intelligence collective émerge des interactions locales entre nœuds simples. L'IA et l'apprentissage automatique intégrés directement dans CPS permettent une résistance au brouillage adaptative, une récupération prédictive des pannes et une reconfiguration tactique en temps réel. Plus important encore, la menace imminente de l’informatique quantique conduit aujourd’hui à l’intégration d’algorithmes de cryptographie post-quantique (PQC) dans les nouvelles conceptions CPS, afin de protéger les communications et l’intégrité des micrologiciels des systèmes qui resteront en service pendant des décennies.

Foire aux questions (FAQ) pour les responsables de programme et les ingénieurs

Références et sources stratégiques

• Département américain de la Défense. (2020). Stratégie de modernisation numérique du DoD : construire une force plus meurtrière .
• Institut national des normes et de la technologie (NIST). (2021). Publication spéciale 800-160 Vol. 2 : Développer des systèmes cyber-résilients .
• RTCA, Inc. (2020). DO-326A, Spécification du processus de sécurité de la navigabilité .