Wetenschap
Een perfecte storm:beoordeling van de dodelijke impact van klimaatgerelateerde overstromingen en cyberaanvallen
De samenleving bevindt zich nu in een tijdperk waarin klimaatverandering en cyberonveiligheid regelmatige bedreigingen voor mensenlevens en eigendommen zijn. Samen kunnen de twee bijzonder dodelijk zijn.
"Er zijn aanwijzingen dat klimaatverandering het risico op overstromingen vergroot, en de verliezen als gevolg van die overstromingen worden elk jaar groter", zegt Y.C. Ethan Yang, universitair hoofddocent civiele techniek en milieutechniek (CEE) aan de P.C. Rossin College voor Techniek en Toegepaste Wetenschappen. "Wetenschappers zijn gaan nadenken over samengestelde problemen die overstromingen verder verergeren, zoals wanneer een orkaan wordt gevolgd door hevige regenval."
Yang en zijn team, waaronder Chung-Yi Lin '23 Ph.D. (nu postdoc bij Virginia Tech) en Farrah Moazeni, collega-faculteitlid van Lehigh CEE, waren geïnteresseerd in het bestuderen van dat een-tweetje, en vooral:"wat er gebeurt als een natuurramp en een door de mens veroorzaakte ramp tegelijkertijd plaatsvinden."
In hun geval was de door de mens veroorzaakte ramp een cyberaanval. Het resultaat van hun onderzoek, 'Flood Risks of Cyber-Physical Attacks in a Smart Storm Water System', is onlangs gepubliceerd in Water Resources Research .
De onderzoekers wilden begrijpen hoe kwetsbaar een slim regenwatersysteem zou kunnen zijn voor een cyberaanval wanneer datzelfde systeem tegelijkertijd te maken kreeg met door stormen veroorzaakte overstromingen.
"Het idee van de slimme stad is geweldig, maar het zet de deur open voor hackers", zegt Yang. "We wilden weten in welk overstromingsscenario een hacker de meeste schade zou kunnen aanrichten."
Yang en zijn team gebruikten historische gegevens van het regenwaterbeheersysteem in Bethlehem Township, Pennsylvania, om een hydrologisch model te bouwen om overstromingen te simuleren. Ze ontwikkelden ook een aanvalsmodel dat nabootste hoe een hacker het systeem zou kunnen verstoren, bijvoorbeeld door poorten te openen of te sluiten die het waterpeil in retentievijvers controleren.
Ze combineerden de gegevens met de modellen om simulaties uit te voeren onder verschillende scenario's met impact op de klimaatverandering (bijvoorbeeld de impact van steeds hogere gemiddelde temperaturen op aarde) om de omstandigheden te evalueren waarin een hacker de grootste impact zou kunnen hebben op een regenwatersysteem, waardoor de kansen van een gemeenschap worden vergroot. overstromingsrisico.
"We ontdekten dat als een overstroming groot genoeg is, bijvoorbeeld een orkaan van categorie 5, een hacker het risico niet zal vergroten, omdat het systeem toch zal overstromen", zegt Yang.
“De meest kwetsbare toestand is echter tijdens overstromingen op laag tot middelhoog niveau. Het systeem zou in staat moeten zijn om met deze gebeurtenissen om te gaan. Maar als iemand opzettelijk een poort op het verkeerde moment opent, zal dit het systeem overweldigen en een overstroming veroorzaken. stroomafwaarts konden we dit extra overstromingsrisico als gevolg van een cyberaanval kwantificeren en weergeven."
De resultaten hebben al geleid tot twee extra projecten:het ene onderzoekt hoe dergelijke interferentie kan worden voorkomen, en het tweede onderzoekt de opeenvolgende effecten binnen een overstroomde gemeenschap, met name hoe verschillende groepen mensen worden getroffen.
"We weten dat welvarende mensen de neiging hebben om grotere verliezen te lijden in termen van absolute aantallen", zegt hij. "Maar sociaal kwetsbare groepen hebben de neiging een groter percentage van het totale verlies te lijden."
Yang hoopt dat het wiskundige raamwerk dat hij en zijn team voor dit project hebben ontwikkeld, zal worden overgenomen door andere gemeenschappen in het hele land en over de hele wereld.
"We hebben een procedure ontwikkeld waarmee elke gemeente nu de kwetsbaarheden in hun regenwatersystemen kan identificeren", zegt hij. "Zolang je over de gegevens beschikt, is de methode universeel."