РИЗИКИ ТА ВРАЗЛИВОСТІ ЦИФРОВИХ ДВІЙНИКІВ ВИРОБНИЧИХ СИСТЕМ У ПРОЦЕСІ ОПТИМІЗАЦІЇ ЕНЕРГОСПОЖИВАННЯ

Анотація

Представлене наукове дослідження присвячене глибокому системному аналізу проблем інформаційної безпеки, що виникають під час впровадження, інтеграції та експлуатації технології цифрових двійників у сучасних кіберфізичних виробничих системах, орієнтованих на оптимізацію енергоспоживання. В умовах стрімкого переходу до Industry 4.0, який супроводжується тотальною цифровізацією та конвергенцією обчислювальних ресурсів із фізичними процесами, технологія цифрових двійників стає безальтернативним інструментом для досягнення високої енергоефективності, мінімізації втрат та забезпечення сталого розвитку промисловості. Однак, як доводить проведене дослідження, руйнування традиційного фізичного ізолювання мереж (Air Gap) та встановлення безперервного двостороннього потоку даних між сенсорним обладнанням операційних технологій та хмарними платформами інформаційних технологій створює безпрецедентну за своїми масштабами поверхню для кібератак. У статті здійснено фундаментальний огляд архітектурних вразливостей промислового Інтернету речей, проаналізовано слабкі місця ключових комунікаційних протоколів та розроблено розширену класифікацію загроз на базі адаптованої моделі STRIDE. Особливий акцент зроблено на загрозах цілісності даних, зокрема атаках типу ін’єкції хибних даних (FDI) та їх кумулятивному впливі на алгоритми оптимізації. У межах методологічної та практичної частини роботи побудовано репрезентативне локальне середовище за принципом Software-in-the-Loop, яке об’єднує Python-емулятор енергоспоживання, брокер повідомлень Eclipse Mosquitto та подієво-керовану платформу Node-RED. Шляхом практичного моделювання атак типу Spoofing та Tampering доведено, що компрометація вхідної телеметрії здатна повністю дезорієнтувати алгоритми ковзного середнього (SMA), приховуючи від операторів критичні перевантаження та блокуючи механізми аварійного скидання навантажень, що в реальних умовах гарантовано призводить до фізичного руйнування інфраструктури. Для протидії виявленим векторам загроз розроблено, імплементовано та верифіковано комплексну архітектуру багаторівневого захисту (Defense in Depth). Запропонований підхід поєднує криптографічне шифрування транспортного каналу за протоколом TLS із жорсткою аутентифікацією та прикладну валідацію цілісності корисного навантаження за допомогою цифрових підписів HMAC-SHA256 і перевірки часових міток. Оцінка ефективності продемонструвала повну нейтралізацію досліджуваних атак при збереженні функціональної стабільності алгоритмів керування та цілком прийнятних накладних витратах на мережеві затримки на рівні 15–20%.