Modelo de simulação para detectar invasões cibernéticas em gêmeos digitais industriais

dc.contributor.advisor1Silva Junior, Waldir Sabino da
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2925380715531711eng
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-3095-0042eng
dc.contributor.referee1Araújo, Gabriel Matos
dc.contributor.referee1Latteshttps://lattes.cnpq.br/4461794616207452eng
dc.contributor.referee2Pinto, Milena Faria
dc.contributor.referee2Latteshttps://lattes.cnpq.br/9537851345288279eng
dc.contributor.referee3Carvalho, Celso Barbosa
dc.contributor.referee3Latteshttps://lattes.cnpq.br/8269546823033896eng
dc.contributor.referee4Ayres Junior, Florindo Antônio de Carvalho
dc.contributor.referee4Latteshttps://lattes.cnpq.br/1919442364965261eng
dc.creatorRodrigues, Cláudio Henrique Albuquerque
dc.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/2467623024939801eng
dc.creator.orcidhttps://orcid.org/0009-0008-6176-5337eng
dc.date.issued2026-03-23
dc.description.abstractThe consolidation of industry 4.0 and the widespread adoption of digital twins rely intrinsically on the integrity of data flows from the industrial internet of things. However, the convergence of information technology and operational technology now exposes critical infrastructures to cyber threats that compromise the synchronization between physical assets and their virtual models. Traditional defense approaches, focusing solely on protocol layer security or complex machine learning algorithms, often fail to balance efficacy and computational cost on resource-constrained edge devices. This thesis proposes and validates a protocol-agnostic statistical data rate monitoring approach, grounded on the premise that industrial traffic exhibits deterministic and cyclic behavior. Using a simulation environment based on containerization Docker and the MQTT protocol, scenarios of normal operation and denial of service, Man-in-the-Middle, and command injection (intrusion) attacks were emulated. The proposed method, employing a parametric statistical threshold μ + 3σ, demonstrated high effectiveness as a first line of defense, achieving a true positive rate of 100% and a false positive rate of 0% in the evaluated scenarios. The results confirm that it is possible to ensure real-time anomaly detection with minimal computational cost, offering a viable solution for protecting digital twins in heterogeneous industrial environments.eng
dc.description.resumoA consolidação da indústria 4.0 e a adoção generalizada de gêmeos digitais dependem intrinsecamente da integridade do fluxo de dados proveniente da internet industrial das coisas. No entanto, a convergência entre tecnologia da informação e tecnologia operacional expõe infraestruturas críticas a ameaças cibernéticas que comprometem a sincronização entre os ativos físicos e seus modelos virtuais. As abordagens tradicionais de defesa, focadas apenas na segurança da camada de protocolo ou em algoritmos complexos de aprendizado de máquina, frequentemente falham em equilibrar eficácia e custo computacional em dispositivos de borda com recursos limitados. Esta tese propõe e valida uma abordagem de monitoramento estatístico da taxa de dados, agnóstica ao protocolo, fundamentada na premissa de que o tráfego industrial possui um comportamento determinístico e cíclico. Utilizando um ambiente de simulação baseado em conteinerização (Docker) e o protocolo MQTT, foram emulados cenários de operação normal e ataques de negação de ser- viço, Man-in-the-Middle e injeção de comandos (intrusão). O método proposto, que utiliza um limiar estatístico paramétrico μ + 3σ, demonstrou alta eficácia como primeira linha de defesa, alcançando uma taxa de verdadeiros positivos de 100% e taxa de falsos positivos de 0% nos cenários avaliados. Os resultados comprovam que é possível garantir a detecção de anomalias em tempo real com mínimo custo computacional, oferecendo uma solução viável para a proteção de gêmeos digitais em ambientes industriais heterogêneos.eng
dc.formatapplication/pdf*
dc.identifier.citationRODRIGUES, Cláudio Henrique Albuquerque. Modelo de simulação para detectar invasões cibernéticas em gêmeos digitais industriais. 2026. 74 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus (AM), 2026.eng
dc.identifier.urihttps://tede.ufam.edu.br/handle/tede/11618
dc.languageporeng
dc.publisherUniversidade Federal do Amazonaseng
dc.publisher.countryBrasileng
dc.publisher.departmentFaculdade de Tecnologiaeng
dc.publisher.initialsUFAMeng
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Elétricaeng
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/por
dc.subjectGêmeos digitaispor
dc.subjectDigital twinseng
dc.subjectCibersegurança industrialpor
dc.subjectLIoTpor
dc.subjectDetecção de anomaliaspor
dc.subjectMonitoramento estatísticopor
dc.subjectIndustrial cybersecurityeng
dc.subjectAnomaly detectioneng
dc.subjectStatistical monitoringeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS: ENGENHARIA ELETRICA: TELECOMUNICACOES: SISTEMAS DE TELECOMUNICACOESeng
dc.thumbnail.urlhttps://tede.ufam.edu.br/retrieve/93207/TESE_ClaudioRodrigues_PPGEE.pdf.jpg*
dc.titleModelo de simulação para detectar invasões cibernéticas em gêmeos digitais industriaiseng
dc.title.alternativeSimulation model to detect cyber intrusions in industrial digital twinseng
dc.typeTeseeng

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