Un sensor contra los ‘piratas’ especializados en robots

Sentados, a la derecha F. Gómez-Bravo y R. López de Ahumada a la izquierda. De pie, a la derecha R. Jiménez Naharro y a la izquierda J.A. Gómez Galán

Científicos del grupo de investigación ‘Sistemas electrónicos y mecatrónica’ de la Universidad de Huelva han diseñado un sensor que alerta de las amenazas de seguridad informática en el funcionamiento del hardware de las plataformas robóticas, es decir de ataques que afectan a las partes físicas o materiales del sistema.

A diferencia de un ataque al software de un sistema informático, en el que un virus es el responsable del daño ocasionado en el disco duro y provoca la pérdida de toda la información que contiene, en un ataque al hardware el objetivo es alterar la operatividad del procesador o de cualquier elemento que afecte al funcionamiento del equipo.

En este sentido, los expertos han solicitado la patente de este nuevo sistema inteligente, que posibilita además que la máquina recupere su función original tras detectar el ataque, localizarlo y anularlo. Para ello, han desarrollado un sensor dotado de un mecanismo que permite restablecer su actividad habitual.

Plataforma con la instrumentación y hardware que se han utilizado en los test

Tal y como explican en el artículo ‘A smart sensor for defending against clock glitching attacks on the I2C protocol in robotic applications’, publicado en la revista Sensors, los investigadores han estudiado el efecto de este tipo de ataques en la señal del reloj de los robots móviles, es decir, en la parte encargada de sincronizar todo el sistema para que actúe correctamente. “En un sistema informático basado en la computación, es como el metrónomo que marca el tempo para los músicos. Establece las rutinas del dispositivo y marca el trabajo que cada parte debe realizar”, explica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Huelva Fernando Gómez-Bravo.

Los expertos también analizaron la debilidad del sistema de comunicación denominado ‘Bus I2C’ cuando se producen anomalías en la señal de reloj. En concreto, su función es comunicar dispositivos que no que se encuentran dentro del mismo circuito de la placa del ordenador y sirve para transmitir información a los motores. “Esta herramienta se encarga de indicar cómo tiene que moverse el robot y se utiliza, por ejemplo, en las instalaciones industriales, y automáticas en general, donde es necesario controlar el movimiento de motores”, aclara este investigador.

Plataforma experimental

Con el fin de comprobar la eficacia de este nuevo sensor, los expertos crearon una plataforma experimental en el laboratorio para que los elementos hardware que intervenían en el proceso de navegación pudieran ser monitorizados durante el funcionamiento del robot. “Este tipo de ataques es menos conocido, pero con el tiempo pueden adquirir unas dimensiones mayores y por ello nos centramos en estudiar sus vulnerabilidades”, comenta este científico.

Sistema programable donde se programó y emuló el sistema de control del robot y donde se implementó el sensor

Al mismo tiempo, los expertos incluyeron el prototipo de sensor dentro de la plataforma experimental. “Para la fase de prueba, desarrollamos la plataforma y el sensor dentro de un sistema de lógica programable (FPGA) que conectamos al sistema informático para que enviara una señal ante una posible amenaza”, concreta Gómez-Bravo.

Una vez configurado el sistema, simularon un ataque al hardware en una réplica de robot que previamente habían construido. En concreto, intercedieron en el sistema del dispositivo y en determinados momentos lanzaron órdenes para desestabilizarlo sin dejar rastro de la autoría. “Reprodujimos un escenario que podría ser real, en el que un atacante interfiere en un sistema y sólo en momentos puntuales exige que el robot actúe según sus órdenes.

Además, los resultados de estas acciones no provocarían daños en el robot para no levantar sospechas de un posible ataque, pero si interfieren en su operatividad según el interés del atacante”, detalla este experto.

Prevención y mayor seguridad

Tras los diferentes ensayos realizados, los investigadores comprobaron que con la implementación de un sensor, la actuación de un hacker se detecta de inmediato y se puede corregir al instante, evitando que el robot pierda el control y realice acciones para las que no está programado. “El objetivo de este tipo de sistemas de alerta es garantizar la seguridad de los robots móviles y reducir al máximo las posibilidades de sufrir un ciberataque que conllevaría en muchos casos a daños irreparables”, matiza el investigador.

Después de diseñar, desarrollar y probar este sensor inteligente, los investigadores siguen estudiando mejoras para la implementación de este sistema de alerta en la estructura de los robots. “Nuestra propuesta ahora es integrarlo en un microchip que se conecte al canal de comunicación y desde ese punto detectar un posible ataque para posteriormente solventarlo. Conseguiremos así que forme parte del propio dispositivo y que mejore su manejo”, avanza Gómez Bravo.

Para ello, este grupo de científicos ha solicitado financiación en la última convocatoria del Plan Nacional de I+D+I del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad para continuar con esta investigación.

Referencias:

Jiménez Naharro, R.; Gómez-Bravo, F.; Medina García, J., Sánchez Raya, M., Gómez Galán, J.A.: «A smart sensor for defending against clock glitching attacks on the I2C protocol in robotic applications». Sensors. Vol. 17, n. 4, (2017).

Gómez-Bravo, F.; Medina García, J.; Jiménez Naharro, R.; Gómez Galán, J.A.; Sánchez Raya, M.: Experimental Platform for Studying Hardware Vulnerabilities on Mobile Robots: I2C Bus, a Case of Study. Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial RIAI, Volumen14 (2), Páginas 205-216.

Imágenes:

Sentados, a la derecha F. Gómez-Bravo y R. López de Ahumada a la izquierda. De pie, a la derecha R. Jiménez Naharro y a la izquierda J.A. Gómez Galán

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Plataforma con la instrumentación y hardware que se han utilizado en los test

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Sistema programable donde se programó y emuló el sistema de control del robot y donde se implementó el sensor

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