El concepto de infraestructuras críticas se refiere a todos aquellos sistemas que soportan los servicios que se consideran vitales para una sociedad. Tránsito, salud, seguridad ciudadana, transporte, entre otras, se incluyen en ese grupo de infraestructuras que en caso de presentar degradaciones, indisponibilidades, o ser víctimas de ataques, generarían grandes consecuencias para los ciudadanos. Pero, dentro de este contexto de las infraestructuras críticas, hay una que se puede considerar como la más crítica de todas, y es la infraestructura eléctrica. De hecho, sin los servicios y recursos que ésta ofrece, todas las demás infraestructuras críticas en su mayoría automáticamente dejan de operar.
La infraestructura eléctrica ha venido pasando por un proceso de modernización asociado a la transformación digital, que ha implicado dos facetas principales: La adopción de estándares basados en tecnologías de internet, y la virtualización de funciones. De ser una infraestructura basada en equipos propietarios, de naturaleza cerrada y con una alta dependencia de fabricantes especializados, ha ido migrando paulatinamente a emplear tecnologías abiertas, basadas en estándares de amplia adopción.
La adopción de estándares basados en internet reemplazó los protocolos orientados a bit por protocolos orientados a objetos —tales como GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event), SV (Sampled Values) y MMS (Manufacturing Message Specification)— dentro de la infraestructura eléctrica, afectando a dispositivos IED (Intelligent Electronic Devices), MU (Merging Units), HMI (Human Machine Interface) y SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Estos protocolos se apoyan en tecnologías bien conocidas de las redes de datos tales como Ethernet o el conjunto de protocolos TCP/IP. En consecuencia en los buses de comunicación de las subestaciones eléctricas han ido apareciendo elementos de las redes de datos convencionales tales como suiches y enrutadores, y que el modelo de comunicaciones se oriente, como en internet, a la conmutación de paquetes (el proceso de comunicación se enfoca en hacer llegar los paquetes que transmiten la información de un nodo a otro, en lugar de gestionar un canal de comunicaciones físico dedicado entre los nodos). Desde el punto de vista de ingeniería, la adopción de estos protocolos introduce la ventaja de la simplicidad e interoperabilidad que éstos representan. Pero también significa que en estas infraestructuras eléctricas que pasan a utilizarlos se transladan todas sus vulnerabilidades y el hecho de que estos protocolos en su nacimiento no integraban la seguridad como uno de sus principios de diseño.
De otro lado, la virtualización de funciones es una propuesta tecnológica en la cual diferentes funciones que tradicionalmente se han implementado con hardware y software propietario, de naturaleza cerrada, migren a implementaciones en software, desarrolladas con lenguajes de programación de propósito general, e incluso en algunos casos, basadas en código abierto. Más aún, estas implementaciones pasan a ejecutarse sobre plataformas de cómputo soportadas por hardware de propósito general, o inclusive en entornos de máquinas virtuales. Las tendencias recientes en la industria eléctrica han mostrado como es posible contar con IEDs y MUs implementados como funciones virtualizadas, y sistemas HMI o SCADA integrados por componentes virtualizados.
En el contexto de las infraestructuras eléctricas tanto la adopción de protocolos de internet en sus redes de comunicaciones como la virtualización introducen retos de gestión bastante importantes. Entre estos retos, la seguridad, desde las dimensiones de control de acceso, garantía de disponibilidad, privacidad y confidencialidad, se convierte en uno de los más cruciales. Y justamente, uno de los enfoques que ha permeado el desarrollo de mecanismos de gestión, prevención detección y corrección de incidentes de seguridad es la adopción de modelos de inteligencia artificial (IA).
La adopción de modelos de IA basados en algoritmos de aprendizaje tanto supervisado como no supervisado para la detección de anomalías, clasificación de eventos e intento de predicción de ataques o vulneraciones no es como tal una estrategia novedosa en el ámbito de la ciberseguridad. Sin embargo, paradigmas tales como las redes definidas en software (separación del control y lógica de la red del proceso de reenvío de paquetes y gestión mediante aplicaciones desarrolladas con lenguajes de propósito general) han posibilitado una revisión de diferentes arquitecturas de red, con el fin de dotarlas de mayor inteligencia y autonomía, especialmente en el ámbito de la mitigación de los riesgos de seguridad. La centralización lógica del control de la red, la visión unificada de los nodos que la conforman, y la posibilidad de modelar y adaptar el comportamiento de los dispositivos que reenvían tráfico para adaptarse a las necesidades particulares, permiten una gestión cada vez más inteligente, basada en decisiones más y mejor informadas, y orientada a la protección proactiva más que a la capacidad reactiva ante eventos de seguridad.
En el ámbito local, algunos grupos de investigación han avanzado en la formulación de enfoques que adoptan el paradigma de las redes definidas en software para diseñar soluciones de seguridad para la infraestructura eléctrica. Estos grupos de investigación han planteado mecanismos efectivos que incorporan en los nodos de la red mecanismos de recolección y análisis de datos, que alimentan modelos de IA capaces de detectar ataques, mitigarlos de manera efectiva, y contribuir a garantizar la protección y resilencia de las subestaciones eléctricas. El trabajo de estos grupos de investigación contribuye a orientar y robustecer el ejercicio de transformación digital de las redes de comunicaciones de la infraestructura eléctrica, donde con una combinación de paradigmas como las redes definidas en software, la virtualización y la adopción de modelos de inteligencia artificial, se mitigan los riesgos inherentes a la integración de tecnologías de internet. De este modo se contribuye a mejorar más aún la inteligencia de la infraestructuras eléctricas, avanzando en la garantía de robustez y confiabilidad que requiere, como la más crítica de las infraestructuras críticas.
El crecimiento acelerado del tamaño, y por ende de la complejidad, de las redes de comunicaciones, es una realidad indiscutible. La dependencia de las infraestructuras críticas en general, y de la infraestructura en particular, de las redes de comunicaciones que soportan su operación, constituye un elemento crítico en las arquitecturas de prestación de servicios. Dichos aspectos de tamaño y complejidad claramente desbordan la capacidad del ser humano, de los operadores humanos, para responder a los desafíos operacionales, y particularmente en lo concerniente a los diferentes aspectos de la ciberseguridad. La adopción de modelos de IA que contribuyan a dotar de características de autonomía en cuanto a operación, gestión y recuperación ante fallas, a las redes de comunicaciones de las infraestructuras críticas aparece entonces como un camino clave para garantizar la robustez de dichas infraestructuras. Los habilitadores tecnológicos como las redes definidas en software y los planos de datos programables posibilitan el desarrollo de este camino. Sin embargo, este todavía se puede considerar un área de investigación con una amplia cantidad de problemas abiertos, en donde la convergencia entre la industria y la academia será fundamental.
Para conocer más sobre esta temática, se invita a revisar los siguientes artículos que amplian los planteamientos de este texto, y plantean un esbozo de las iniciativas de investigación que se han desarrollado en el país en este contexto.
https://doi.org/10.1109/MPE.2023.3288579