Integral robustness indicator as a basis for selecting a steganographic system under specific operational conditions

Abstract

Modern energy facilities are undergoing a fundamental transformation driven by the ubiquitous integration of digital technologies, the most complete embodiment of which is the Smart Grid concept. The digital transformation of energy facilities opens up new possibilities for organizing secure control data transmission channels based on steganographic principles. One of the primary requirements for a steganographic system is its robustness; however, at present, this concept in steganography is multi-criterial. For real-time systems, this complicates – or even renders impossible the process of simultaneously accounting for or ensuring all criteria under the specific operational conditions of the steganographic system. The aim of this study is to enable the selection of a steganographic system and the a priori evaluation of its properties by developing an integral quantitative indicator of its robustness. This goal was achieved by fulfilling the following objectives: analyzing the interrelationships among existing steganographic system robustness criteria, transforming the set of robustness criteria based on these established relationships, and selecting a method for the quantitative evaluation of their priorities. The most important result of this work is the substantiation of the fundamental impossibility of creating a universal, unequivocally defined integral robustness indicator for a steganographic system, as well as substantiating the necessity of its parameterization according to operational conditions. The significance of the obtained results is illustrated using the example of organizing a secure steganographic channel for the transmission of control information within a Smart Grid infrastructure.

Instalațiile energetice moderne trec printr-o transformare fundamentală, determinată de integrarea omniprezentă a tehnologiilor digitale, a cărei expresie cea mai avansată este conceptul Smart Grid. Transformarea digitală a instalațiilor energetice deschide noi posibilități pentru organizarea unor canale securizate de transmitere a datelor de control, bazate pe principii steganografice. Una dintre cerințele esențiale ale unui sistem steganografic este robustețea acestuia. Cu toate acestea, în prezent, conceptul de robustețe în steganografie are un caracter multicriterial. În cazul sistemelor în timp real, acest aspect complică sau chiar face imposibilă luarea în considerare simultană ori asigurarea tuturor criteriilor relevante în condițiile specifice de funcționare ale sistemului steganografic. Scopul acestui studiu este de a facilita selectarea unui sistem steganografic și evaluarea a priori a proprietăților sale prin dezvoltarea unui indicator cantitativ integrat al robusteții. Acest scop a fost atins prin realizarea următoarelor obiective: analiza interrelațiilor dintre criteriile existente de robustețe ale sistemelor steganografice, transformarea setului de criterii pe baza relațiilor identificate și selectarea unei metode de evaluare cantitativă a priorității acestora. Cel mai important rezultat al acestei lucrări îl constituie demonstrarea imposibilității fundamentale de a defini un indicator universal, univoc și integrat al robusteții unui sistem steganografic, precum și argumentarea necesității parametrizării acestuia în funcție de condițiile de operare. Relevanța rezultatelor obținute este ilustrată prin exemplul organizării unui canal steganografic securizat pentru transmiterea informațiilor de control în cadrul unei infrastructuri Smart Grid.

Современные объекты энергетики переживают фундаментальную трансформацию, обусловленную повсеместным внедрением цифровых технологий в процессы управления, мониторинга и диспетчеризации, наиболее полным воплощением которой является концепция Smart Grid. Эта трансформация несет вместе с колоссальными преимуществами принципиально новый класс угроз кибератаки, способные порождать физические последствия, вплоть до нарушения электроснабжения, повреждения оборудования и каскадных отказов в энергосистеме. Цифровая трансформация объектов энергетики открывает новые возможности для организации защищенных каналов передачи управляющей информации на основе принципов стеганографии. Одним из основных требований к стеганосистеме является ее устойчивость, и это понятие в стеганографии является многокритериальным, что для систем, работающих в режиме реального времени, осложняет/делает невозможным процесс учета/обеспечения всех критериев одновременно в конкретных условиях функционирования стеганосистемы. Наличие множества базовых критериев устойчивости затрудняет объективное сравнение различных стеганосистем, поскольку улучшение одних параметров часто приводит к ухудшению других. Формирование единого интегрального показателя является фундаментальной методологической основой, позволяющей свести многомерный вектор оценок к скалярной величине. Это необходимо для математически обоснованного выбора оптимальной/приемлемой архитектуры защиты информации и формирования целевой функции при автоматизированном проектировании таких систем. Целью работы является обеспечение возможности выбора стеганосистемы, априорной оценки ее свойств путем разработки интегрального количественного показателя ее устойчивости. Поставленная цель была достигнута путем решения следующих задач: анализа взаимосвязи между существующими критериями устойчивости стеганосистемы, трансформации множества критериев устойчивости стеганосистемы с учетом установленных связей, выбора способа количественной оценки их приоритетов. Наиболее важным результатом работы является обоснование принципиальной невозможности создания универсального однозначно определяемого интегрального показателя устойчивости стеганосистемы и обоснование необходимости его параметризации условиями применения. Значимость полученных результатов проиллюстрирована на примере организации защищённого стеганографического канала передачи управляющей информации в инфраструктуре Smart Grid.