Implementing a Robot Intrusion Prevention System (RIPS) for ROS 2

要約

自律型ロボット システム向けに特別に設計された侵入防御システム (IPS) を開発することが不可欠です。
これは、単なる典型的な分散システムではない、サイバーフィジカル システム (CPS) の独特な性質によるものです。
これらのシステムは、独自のシステム ソフトウェア (つまり、ロボットのミドルウェアやフレームワーク) を採用し、さまざまなセンサーやアクチュエーター、および他のロボット コンポーネント (コグニティブ サブシステムなど) との相互作用を促進するための個別のコンポーネントを実行します。
さらに、サイバーフィジカルシステムとして、ソーシャルロボットに代表されるように、人間やその物理的環境とのインタラクションに関与します。
これらの相互作用は、物理的損傷を含む重大な結果につながる可能性があります。
このニーズに応えて、当社は、ロボット アプリケーション開発の事実上の標準として確立されているフレームワークである ROS 2 に基づいたロボット アプリケーション向けに調整された侵入防御システム RIPS を設計および実装しました。
この原稿では、この問題、ROS 2 アプリケーションのセキュリティ面、ロボット環境用に作成した脅威モデルの重要なポイントについて包括的に説明します。
また、初期研究プロトタイプのアーキテクチャと実装、および現実世界の多様なロボット シナリオの検出と防止のルールを定義するために特別に設計された言語についても説明します。
さらに、この原稿は、国際的なロボット競技会で使用されるよく知られたテストベッドを実行する実際のソーシャル ロボットによる一連の実験を含む、アプローチの包括的な評価を提供します。

要約(オリジナル)

It is imperative to develop an intrusion prevention system (IPS), specifically designed for autonomous robotic systems. This is due to the unique nature of these cyber-physical systems (CPS), which are not merely typical distributed systems. These systems employ their own systems software (i.e. robotic middleware and frameworks) and execute distinct components to facilitate interaction with various sensors and actuators, and other robotic components (e.g. cognitive subsystems). Furthermore, as cyber-physical systems, they engage in interactions with humans and their physical environment, as exemplified by social robots. These interactions can potentially lead to serious consequences, including physical damage. In response to this need, we have designed and implemented RIPS, an intrusion prevention system tailored for robotic applications based on ROS 2, the framework that has established itself as the de facto standard for developing robotic applications. This manuscript provides a comprehensive exposition of the issue, the security aspects of ROS 2 applications, and the key points of the threat model we created for our robotic environment. It also describes the architecture and the implementation of our initial research prototype and a language specifically designed for defining detection and prevention rules for diverse, real-world robotic scenarios. Moreover, the manuscript provides a comprehensive evaluation of the approach, that includes a set of experiments with a real social robot executing a well known testbed used in international robotic competitions.

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