Protección de la infraestructura crítica mediante monitorización avanzada del rendimiento de aplicaciones

Tras una oleada de ataques de alto perfil contra infraestructuras existentes, la ciberseguridad de los sistemas empotrados en activos críticos se ha vuelto incluso más vital que su protección física.

Mientras la administración del presidente Biden avanza con una inversión de 2,9 billones de dólares en la infraestructura crítica del país —que abarca la red energética, las redes de comunicaciones nacionales y los sistemas de transporte—, titulares recientes como el incidente de ransomware DarkSide que paralizó el oleoducto Colonial Pipeline subrayan la urgencia de salvaguardar tanto plataformas heredadas como futuras frente a actores maliciosos.

Defenderse contra exploits en estas redes de dispositivos densamente interconectadas plantea un desafío formidable para desarrolladores de hardware, firmware y software, así como para especialistas en ciberseguridad. Los operadores deben monitorizar continuamente los sistemas empotrados para garantizar su correcto funcionamiento y detectar actividad sospechosa, ya que fallos ocultos —ya sea por degradación del hardware o intrusión cibernética— pueden desencadenar fallos catastróficos.

Construir una infraestructura resiliente y defensible requiere un enfoque por capas que evalúe la fiabilidad en todos los niveles —desde el silicio hasta el firmware y la aplicación. En este artículo examinamos los avances recientes en ciberseguridad para el software que controla dispositivos IoT de infraestructura, y exploramos cómo las tendencias en monitorización del rendimiento de aplicaciones (APM) influyen en el diseño de sistemas empotrados.

Infraestructura crítica versus infraestructura TI

Las preocupaciones de seguridad en torno al IoT en infraestructura crítica son profundas, especialmente porque las nuevas inversiones añadirán millones de dispositivos empotrados conectados que deben ser monitorizados y protegidos. Cada nuevo dispositivo y cada conexión que establece presenta una superficie de ataque adicional.

Figura 1. A medida que se crean millones de dispositivos empotrados conectados, las preocupaciones de seguridad se vuelven más pronunciadas al haber muchos más dispositivos que monitorizar. (Fuente: freepik)

Para evitar confusiones, aclaramos términos clave. La Tecnología Operacional (OT) se refiere al hardware físico que monitoriza y controla procesos físicos. La Tecnología de la Información (TI) abarca el software que procesa datos dentro de esos dispositivos. Las fronteras entre OT y TI se difuminan cada vez más a medida que el mundo físico se digitaliza —lo que a menudo se denomina Internet de las Cosas (IoT).

Si bien la infraestructura TI es indudablemente crítica para el ecosistema IoT, para nuestros propósitos «infraestructura crítica» se refiere a los activos descritos en el Plan de Empleos Americano de Biden. Bajo la definición de la Ley Patriota de EE. UU. de 2001, incluye sistemas cuyo deterioro tendría un impacto debilitante en la seguridad nacional, seguridad económica, salud pública o seguridad.

El IoT y los sistemas empotrados formarán la columna vertebral de nuevos proyectos de infraestructura y mejorarán las instalaciones existentes.

Aunque la infraestructura crítica y la TI son distintas, la seguridad de ambas es primordial. Los ataques a la infraestructura TI son más fáciles de ejecutar pero pueden producir resultados igualmente desastrosos, como demuestran las recientes brechas en sistemas de suministro de agua.

Ciberseguridad de sistemas empotrados de infraestructura crítica

Ataques prominentes a infraestructura, junto con el aumento general de la ciberdelincuencia, han impulsado a gobiernos de todo el mundo a intensificar el escrutinio de dispositivos IoT y seguridad de sistemas empotrados.

A finales del año pasado, el Congreso aprobó la Ley de Ciberseguridad IoT de 2020, endureciendo estándares de seguridad para dispositivos IoT usados por agencias federales. Aunque la Ley no exige su aplicación en todos los despliegues IoT de infraestructura crítica, se espera que su influencia se extienda por toda la industria.

Durante el debate de la Ley, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) publicó dos documentos fundamentales que moldearán futuros estándares de seguridad IoT. La Línea Base Básica de Capacidad de Ciberseguridad de Dispositivos IoT establece requisitos mínimos de seguridad para proteger dispositivos y sus datos, mientras que las Actividades Fundamentales de Ciberseguridad para Fabricantes de Dispositivos IoT describe los controles que los fabricantes deben integrar, con especial énfasis en la monitorización continua del sistema.

En Europa, la Unión Europea está modificando su Directiva sobre Seguridad de Redes y Sistemas de Información para abordar amenazas emergentes a la infraestructura.

Los desarrolladores de sistemas empotrados siguen de cerca estos desarrollos regulatorios. Aunque muchos requisitos son aspiracionales hoy, eventualmente cristalizarán en mandatos concretos de diseño de dispositivos.

Tendencias en monitorización del rendimiento de aplicaciones

Para obtener insights sobre el futuro diseño de ciberseguridad de sistemas empotrados, los desarrolladores pueden mirar tendencias en otros dominios de rendimiento y seguridad TI, como la monitorización del rendimiento de aplicaciones de red (APM).

Sin embargo, las aplicaciones que supervisan sistemas empotrados en infraestructura crítica son objetivos principales para adversarios dedicados. La APM se convertirá en piedra angular para mantener la seguridad, y los desarrolladores deben entender cómo las herramientas APM interactuarán con sus dispositivos y moldearán requisitos de diseño.

Optimización de la recopilación y transmisión de datos

Las redes actuales ya luchan con limitaciones de ancho de banda al manejar grandes números de dispositivos conectados. Imagine el desafío si el conteo de dispositivos creciera diez veces o más. Cuando problemas de red cortan el enlace entre un dispositivo empotrado y su plataforma de monitorización remota, el dispositivo se vuelve más vulnerable a la explotación.

Invertir en administradores de red experimentados es una estrategia de mitigación. La administración de red crecerá en más de 42.000 empleos el próximo año, reflejando la necesidad crítica de profesionales que instalen sistemas de seguridad, optimicen el rendimiento de red y resuelvan problemas de hardware y software.

La inteligencia artificial (IA) local también puede ayudar. Desarrolladores de APM exploran técnicas de compresión sin pérdidas para entregar datos de alta calidad sobre ancho de banda limitado, mientras que ingenieros de sistemas empotrados deben seguir refinando algoritmos de compresión a bordo.

Uso de inteligencia artificial y aprendizaje automático

La IA y el aprendizaje automático son cada vez más integrales para la APM, hasta el punto de que Gartner acuñó el término «AIOps». AIOps cambia la APM de resolución reactiva de problemas a identificación proactiva.

Figura 2. Uno de los mayores avances en los últimos años ha sido la creciente dependencia de la APM en la inteligencia artificial. (Fuente: pixabay)

Además, AIOps automatiza la remediación tras la detección de problemas. Los desarrolladores de sistemas empotrados pueden adoptar IA para construir detección proactiva de ciberataques a nivel de aplicación.

Aunque el entrenamiento de IA a menudo se realiza fuera del dispositivo —aprovechando potentes recursos en la nube para procesar conjuntos de datos masivos—, la IA en el borde (edge AI) gana tracción. Los desarrolladores deben evaluar la factibilidad de IA a bordo para monitorización de seguridad local, teniendo en cuenta las altas demandas computacionales de los modelos de IA actuales.

Monitorización convergente de aplicaciones e infraestructura

Proteger cada faceta de un sistema empotrado, desde el hardware subyacente hasta las aplicaciones que ejecuta, requiere un enfoque de monitorización unificado. Depender de comprobaciones aisladas de componentes da paso a un modelo de observabilidad holístico que entrega insights en tiempo real, permitiendo detección y mitigación de anomalías más rápidas.

Automatización

Gestionar manualmente los vastos flujos de datos y análisis requeridos para un programa moderno de ciberseguridad es casi imposible. La automatización es por tanto indispensable para futuras estrategias de seguridad. Por ejemplo, la APM identifica eficazmente la presencia de un ataque, pero es aún más poderosa cuando se combina con sistemas que automáticamente identifican vulnerabilidades.

La experta en ciberseguridad Barbara Ericson de Cloud Defense señala: «Puede emplear escáneres de vulnerabilidades tradicionales y lineales o usar escáneres adaptativos para buscar cosas específicas basadas en experiencia previa. Afortunadamente, los escáneres de vulnerabilidades pueden automatizarse si elige buen software de gestión de vulnerabilidades. Al automatizar sus escaneos, asegurará que su organización sea evaluada constantemente ante nuevas amenazas y no desperdiciará demasiada mano de obra en escaneos programados regularmente».

Los desarrolladores de dispositivos empotrados también deben mejorar la automatización para monitorizar ataques potenciales e implementar acciones correctivas automáticas cuando surjan problemas.

Conclusión

Mientras Estados Unidos emprende actualizaciones masivas de infraestructura, el volumen de IoT en infraestructura crítica se expandirá drásticamente —aumentando el riesgo de ciberataques. Los desarrolladores de dispositivos empotrados deben priorizar la integración de nuevos controles de ciberseguridad a bordo para garantizar la fiabilidad y seguridad de servicios esenciales.