Desafíos de ciberseguridad en gemelos digitales: amenazas y salvaguardas

En términos generales, un Gemelo Digital se define como un modelo virtual diseñado para representar con precisión el estado de un objeto. Por ejemplo, un tren puede estar equipado con varios sensores que recopilan datos sobre su velocidad, ubicación geográfica, consumo de energía, estado de los frenos, entre otros aspectos; por lo que su gemelo digital contará con toda esa información.

Actualmente, los Gemelos Digitales no solo ofrecen una representación precisa del objeto físico, sino que también permiten explorar escenarios hipotéticos y evaluar el impacto de posibles cambios antes de implementarlos en el mundo real utilizando tecnologías, como el Big Data o Machine Learning. Esta capacidad de previsión y análisis resulta invaluable en numerosos sectores, desde la industria manufacturera hasta la atención médica y la gestión urbana. Al proporcionar una plataforma virtual para experimentar y optimizar procesos, los Gemelos Digitales se erigen como una herramienta fundamental en la era de la transformación digital, impulsando la innovación y la eficiencia en múltiples ámbitos de la vida moderna.

Ventajas y desventajas

El uso de Gemelos Digitales presenta una serie de ventajas significativas en diversos sectores industriales, abriendo un abanico de posibilidades para la mejora continua y la toma de decisiones estratégicas. Por ejemplo:

• Optimización de procesos: esta herramienta permite identificar áreas de mejora y probar nuevas estrategias antes de su aplicación, lo que conlleva a una mejora palpable en la eficiencia y la productividad.
• Toma de decisiones informada: los Gemelos Digitales ofrecen información detallada y análisis predictivos que respaldan la toma de decisiones estratégicas, brindando a las empresas un panorama completo para la implementación de estrategias empresariales efectivas.
• Reducción de costos: la simulación de cambios antes de su implementación real minimiza los gastos asociados con pruebas y ajustes, lo que se traduce en una reducción considerable de costos para las empresas.
• Monitorización en tiempo real: la capacidad de monitorizar de forma continua el rendimiento y estado de los activos permite una detección proactiva de problemas, agilizando la respuesta ante posibles contratiempos y garantizando una operación más eficiente.

Sin embargo, es importante tener en cuenta que también existen desafíos significativos a considerar al implementar Gemelos Digitales en un contexto específico:

• Complejidad técnica: requiere conocimientos especializados en áreas como la modelización 3D, la integración de datos y el análisis de sistemas, lo que puede representar un desafío para algunas organizaciones.
• Costos iniciales elevados: tanto la creación como el mantenimiento de los Gemelos Digitales pueden requerir una inversión significativa de recursos, lo que puede limitar su adopción en ciertos casos.
• Posible falta de precisión: existe el riesgo de que los modelos virtuales no reflejen completamente la realidad, lo que podría afectar la efectividad de las decisiones basadas en estos modelos.
• Dependencia de la tecnología: la eficacia de los Gemelos Digitales está estrechamente ligada a la disponibilidad y confiabilidad de la tecnología subyacente, lo que destaca la importancia de mantener una infraestructura tecnológica sólida.

Riesgos asociados

El empleo de Gemelos Digitales no está exento de riesgos en materia de ciberseguridad. En estos casos, los riesgos asociados a la ciberseguridad adquieren una relevancia aún mayor debido a su potencial impacto en el mundo físico. La interconexión entre los Gemelos Digitales y los sistemas físicos los convierte en un punto crítico de vulnerabilidad, donde cualquier brecha de seguridad podría tener consecuencias directas en la operatividad de equipos industriales, procesos de producción o incluso en la seguridad de los trabajadores.

Imaginemos una situación en la que una compañía de trenes se apoya en un Gemelo Digital para evaluar el estado actual de los componentes de sus trenes y determinar cuándo es necesario realizar mantenimiento preventivo o retirar un tren del servicio. Si un actor malintencionado logra comprometer la integridad de los datos, ya sea manipulándolos desde la red de captura de datos o directamente en el sistema final, para hacer que el sistema muestre un estado más favorable de los trenes de lo que realmente es, podríamos enfrentarnos a una situación crítica. Esto podría desencadenar fallos mecánicos que afecten el funcionamiento del tren, como, por ejemplo, problemas con los frenos.

Conforme las organizaciones siguen incorporando estas innovadoras tecnologías con el fin de potenciar la eficiencia y las decisiones empresariales, se vuelve esencial identificar y abordar los riesgos de ciberseguridad que conllevan. A continuación, examinaremos algunos de estos riesgos que pueden poner en peligro la integridad y el funcionamiento de los Gemelos Digitales en entornos industriales:

• Manipulación de datos: existe la posibilidad de que individuos con intenciones maliciosas manipulen los datos empleados por los Gemelos Digitales, lo cual podría desencadenar decisiones erróneas con repercusiones directas en procesos industriales y servicios críticos.
• Vulnerabilidades en la infraestructura: las vulnerabilidades en la seguridad de la infraestructura subyacente, que incluyen sistemas de red y dispositivos OT, IoT e IIoT, representan una amenaza potencial para la integridad de los Gemelos Digitales. En particular, los activos en entornos industriales suelen utilizar protocolos de comunicación poco robustos, lo que los hace susceptibles a compromisos si no se implementan medidas adecuadas desde una perspectiva de ciberseguridad.
• Denegación de servicio: los Gemelos Digitales podrían ser blanco de ataques de denegación de servicio, lo que afectaría su funcionamiento normal y comprometería la capacidad de las organizaciones para tomar decisiones fundamentadas y mejorar la eficiencia de los procesos. Esta susceptibilidad se debe al continuo flujo de datos que reciben los Gemelos Digitales de los objetos en tiempo real o cercano a tiempo real. Una interrupción del sistema resultaría en la pérdida de información sobre los estados actuales de los objetos, lo que dificultaría la toma de decisiones.
• Amplio campo de exposición: para garantizar el correcto funcionamiento del Gemelo Digital, suele ser necesario conectar numerosos objetos equipados con diversos sensores, lo que amplía significativamente el campo de exposición. Este elevado número de elementos aumenta la superficie de ataque potencial, ya que cada uno de ellos podría representar una posible vía de entrada en la red para actores maliciosos. La complejidad y la extensión del campo de exposición de los Gemelos Digitales destacan la necesidad de adoptar enfoques proactivos y exhaustivos en materia de ciberseguridad.
• Diversidad de dispositivos: la digitalización de objetos físicos para alimentar los Gemelos Digitales implica una variedad de elementos de diferentes fabricantes, modelos y tecnologías. Esta diversidad presenta desafíos en la administración y mantenimiento, ya que cada caso requiere recursos específicos que pueden volverse obsoletos o ser incompatibles con elementos ya integrados o nuevos despliegues.

Salvaguardas

Al comprender los riesgos inherentes a la implementación de Gemelos Digitales en un entorno dado, podemos adoptar contramedidas o salvaguardas para mitigar estos riesgos. Es esencial realizar un análisis exhaustivo de riesgos, que abarque desde las etapas iniciales del proyecto hasta el final del ciclo de vida del producto. A continuación, presentamos algunas contramedidas que pueden ser útiles como referencia en este tipo de entornos:

• Monitorización: la implementación de una política integral de vigilancia y monitorización se vuelve imperativa para abordar los desafíos de la ciberseguridad de manera efectiva, cubriendo aspectos críticos como los activos, la red y los datos. En cuanto a la monitorización a nivel de activo, es esencial supervisar en tiempo real los procesos en ejecución, los accesos y cualquier cambio realizado sobre ellos, permitiendo la detección y respuesta temprana ante posibles amenazas o actividades maliciosas. A nivel de red, se hace necesario establecer una línea base de comunicaciones para identificar patrones normales de tráfico y detectar anomalías. Cualquier comunicación inusual debe ser examinada cuidadosamente para determinar su legitimidad. Por último, en cuanto a los datos, es crucial verificar la autenticidad de la fuente y asegurarse de que la estructura y los contenidos estén dentro de los parámetros esperados, manteniendo así la integridad y confidencialidad de la información.
• Uso de protocolos y comunicaciones seguras: es fundamental evitar el uso de protocolos de comunicación que carezcan de configuraciones de seguridad adecuadas, como la falta de cifrado, la ausencia de verificación del origen y destino de las comunicaciones, o la falta de control de errores en los paquetes. Además, las comunicaciones deben establecerse a través de canales y medios seguros para garantizar la integridad y confidencialidad de los datos durante su transmisión. Por ejemplo, los medios de transmisión inalámbricos presentan un mayor riesgo en comparación con los medios cableados, por lo que se debe implementar contramedidas específicas para mitigar estos riesgos. En situaciones en las que no sea posible utilizar protocolos seguros, se pueden incorporar elementos adicionales de seguridad en la zona de riesgo, como máquinas de salto entre elementos, proxys, IDSs, IPSs, entre otros, para fortalecer la protección contra posibles amenazas.
• Redundancia: en los sistemas y equipos críticos, es vital asegurar la continuidad de los servicios mediante la implementación de medidas de redundancia que prevengan interrupciones. Para ello, en los sistemas de comunicaciones se pueden establecer rutas alternativas y paralelas que garanticen la disponibilidad del servicio en caso de fallo en una ruta principal. Asimismo, es fundamental integrar equipos auxiliares de alimentación, como Sistemas de Alimentación Ininterrumpida (SAIs), para garantizar la energía necesaria en caso de cortes o fluctuaciones en la corriente eléctrica. En cuanto a los sistemas de información críticos, se recomienda contar con sistemas secundarios idénticos en modo pasivo, capaces de actuar como sistema principal en caso de fallo del sistema principal, asegurando así la continuidad del servicio sin interrupciones significativas.
• Gestión de activos: es crucial documentar y almacenar la información de todos los activos adquiridos para la infraestructura, especialmente cuando existe una diversidad significativa. Esta documentación debe ser dinámica y actualizarse regularmente, incluyendo información relevante para identificar y comprender los componentes clave en caso de un incidente.
• Hardening: implementar medidas de bastionado en los activos implicados en el sistema tendrá un impacto significativo en la reducción de los puntos de entrada que un actor malintencionado podría utilizar para comprometer la seguridad del sistema. Por ejemplo, cerrar los puertos no esenciales, restringir la ejecución de aplicaciones únicamente a las necesarias y bloquear el acceso a medios extraíbles son acciones efectivas para fortalecer la defensa contra posibles amenazas.

El diseño y planteamiento de las medidas de seguridad deben estar específicamente adaptadas al contexto de los Gemelos Digitales. Dado que estos sistemas difieren de los sistemas de tecnología de la información convencionales, las estrategias de seguridad estándar pueden tener una efectividad limitada si no se ajustan a las necesidades y particularidades de este entorno.

Conclusiones

Aunque los Gemelos Digitales presentan numerosas ventajas, también plantean desafíos significativos, especialmente en términos de ciberseguridad. La interconexión entre los Gemelos Digitales y los sistemas físicos los convierte en puntos críticos de vulnerabilidad, donde cualquier brecha de seguridad podría tener consecuencias graves en la operatividad de los equipos industriales y la seguridad de los trabajadores.

La seguridad de los Gemelos Digitales no es solo responsabilidad de los equipos de ciberseguridad, sino que requiere la participación de todas las partes interesadas en la organización, desde la alta dirección hasta el personal operativo, proveedores y personal de mantenimiento.