Na een looptijd van drie jaar (2021-2023) leverde het Europese Horizon2020 onderzoeksproject PRECINCT (Preparedness and Resilience Enforcement for Critical INfrastructure Cascading Cyberphysical Threats) een diepgaand begrip over het beheer en de weerbaarheid van kritieke infrastructuren zoals elektriciteitsnetten, verkeersinfrastructuren en informatie- en communicatiesystemen. Het consortium, met imec als een van de partners, onderzocht onderlinge afhankelijkheden en identificeerde risico's aan de hand van vier proeftuinen en use cases.

Centraal in het programma stond een modelgedreven en samenwerkingsgericht beheersplatform, gebaseerd op digital twins, 'serious games' en Artificiële Intelligentie (AI). PRECINCT bracht daarvoor een ecosysteem van 42 publieke en private actoren uit 12 landen samen om demonstratiemodellen te ontwikkelen, implementeren, testen, monitoren en evalueren.

Context

Als ruggengraat van onze Europese steden, onze economieën en onze veiligheid worden kritieke infrastructuren (KI’s) steeds vaker geconfronteerd met een verscheidenheid aan dreigingen; zowel cyber- als fysieke, natuurlijke als hybride en intentionele als niet-intentionele dreigingen.

Deze kritieke infrastructuren staan echter niet los van elkaar, en zijn in toenemende mate van elkaar afhankelijk. Wat er immers gebeurt bij de ene infrastructuur kan een impact hebben op wat er gebeurt bij de andere. Die onderlinge dynamiek en afhankelijkheid begrijpen is essentieel om operationele maatregelen te kunnen nemen die de veiligheid en de weerbaarheid van deze infrastructuren waarborgen, alsook de operationalisering en duurzaamheid ervan.

Doelstellingen

Het hoofddoel van PRECINCT was het verhogen van de weerbaarheid van kritieke infrastructuren binnen Europese steden door middel van een modelgedreven en samenwerkingsgericht beheersplatform.
Dit platform, ondersteund door digital twins, serious games en AI-technologieën, verenigde de belanghebbenden rond deze kritieke infrastructuren door data, kritieke infrastructuurbeschermingsmodellen en verwante nieuwe veerkrachtdiensten te delen – ingekapseld in digital twins. Met als uitkomst het waarborgen van de veiligheid, operationele stabiliteit en duurzaamheid van deze cruciale systemen.

Aanpak

Via geavanceerde beveiligingstechnieken onderzocht PRECINCT hoe private en overheidsactoren - op het gebied van kritieke infrastructuur met installatiespecifieke benaderingen - installaties toekomstbestendig onderling kunnen verbinden en beveiligen. Om dit doel te bereiken, ging het project op een veelzijdige manier te werk:

Inzicht: door state-of-the-art modelleringstechnieken verkreeg PRECINCT een fundamenteel inzicht in onderlinge afhankelijkheden, met het oog op het identificeren en onderscheiden van risico's in een verscheidenheid aan omstandigheden (inclusief configuraties onderhevig aan meerdere gevaren).
Verbetering: digital twins werden ingezet om de nauwkeurigheid en automatisering te verbeteren van dreigingsidentificatie, remediëring en eliminatie. Ze laten bijvoorbeeld toe om bovengenoemde modellen verder te ontwikkelen tot meer gedetailleerde modellen binnen de context van specifieke gevaren. Voor het beheer van meerdere risico's maken ze een circulair proces mogelijk van anticiperen, voorkomen en beschermen van gebeurtenissen, tijdig reageren tijdens gebeurtenissen en herstellen en bijleren na gebeurtenissen.
Onderhoudend: 'serious games' werden ingezet als middel om het collectieve streven naar betere beveiliging te motiveren en te stimuleren. De beschreven technische en theoretische modellen hebben namelijk beperkingen bij het vaststellen van complexe onderling afhankelijke contexten en daaruit volgende kwetsbaarheden. Een belangrijk onderdeel van het gameplay-dashboard was de opname van een realtime weerbaarheidsscore via het gebruik van bovengenoemd modelleringskader.

Europese proeftuinen

Vier Europese steden fungeerden als proeftuinen in het project. Zij evalueerden de weerbaarheid van de kritieke infrastructuren tegen cyber- en fysieke aanvallen aan de hand van het beschreven platform en de daaraan verbonden instrumenten voor het beheer van de aanvallen.
De 'serious games' en digital twins werden in elke proeftuin gebruikt om de responsniveaus te beoordelen en de besluitvormingsprocessen te optimaliseren.

Stad Antwerpen: focus op overstroming, opwarming van de aarde, kritieke waterinfrastructuur en kritieke transportinfrastructuur
Stad Ljubljana: focus op bomaanslag, cyberaanval, DDoS, kritieke energie-infrastructuur, kritieke telecommunicatie-infrastructuur en kritieke vervoerinfrastructuur
Stad Athene: focus op cyberaanvallen, terrorisme en aardbevingen en kritieke transportinfrastructuur
Stad Bologna: focus op cyberfysieke aanvallen, nepnieuws, kritieke vervoerinfrastructuur en kritieke telecommunicatie-infrastructuur

Digital-twinplatform door imec

Binnen het PRECINCT-project was imec medeverantwoordelijk voor het digital-twinplatform, waarin een sterke focus lag op de interoperabiliteit van de beschikbare tools en technologieën.

De belangrijkste doelstelling was het onderling verbinden van de water- en transportinfrastructuren ter ondersteuning van de besluitvorming door de (CP-OPS) politie- en nooddiensten van Antwerpen.

Meer bepaald om:

Kritieke-infrastructuuroperatoren en het coördinatiecentrum te alarmeren om zo de operationele respons te verbeteren en de veerkracht te verhogen.
‘What-if’-scenario's en hun impact op de cascade-effecten en veerkracht te modelleren.

Use case: proeftuin Antwerpen

De Antwerpse proeftuin richtte zich op overstromingen (= een natuurlijke, fysieke dreiging) met cascade-effecten op kritieke water- en verkeersinfrastructuur. Het scenario baseerde zich op de Antwerpse context die steeds meer te maken heeft met overstromingen vanwege hevige regenval. De proeftuin simuleerde een desastreuze overstroming, met gevolgen op verschillende infrastructuren zoals verkeers- en andere hinder op wegen en in straten (met inbegrip van de tunnels en ondergrondse tramlijnen). Als gevolg kregen autoriteiten in de simulatie verschillende uitdagingen te beheren: omleiding van het verkeer, hulp aan gestrande of gewonde burgers, beheer van verkeersongevallen en uitstippeling van prioritaire routes voor de hulpdiensten.

De proeftuin in Antwerpen droeg zijn steentje bij aan de modellen voor referentiekaders binnen PRECINCT, om vervolgens een kaart op te stellen met onderlinge afhankelijkheden tussen kritieke infrastructuren in Antwerpen. Hierin was een belangrijke rol weggelegd voor de Multidisciplinaire Operationele Noodcommandopost (CP-OPS). De CP-OPS coördineert het optreden tussen de verschillende hulpdiensten en bereidt situatierapporten voor, waarbij het de betrokken autoriteiten informeert over het evenement en vervolgens de autoriteiten adviseert. De CP-OPS maakte in deze piloot gebruik van serious games om dreigingsscenario's te specificeren. Die kunnen dienen om nieuwe processen voor informatie-uitwisseling tussen de belangrijkste kritieke-infrastructuuroperatoren te specificeren.

Partners in de Antwerpse proeftuin

Vias Institute
- Stond in voor de algemene coördinatie van de implementatie en ontwikkeling.
- Stelde expertise ter beschikking op het gebied van veiligheid, mobiliteit en verkeersveiligheid.
Imec
- Stond in voor het exploreren en co creëren van de digital-twin gebruikstoepassingen in de vier Europese grootschalige proeftuinen. Hiervoor hanteerde imec een train-the-traineraanpak, met gebruik van de zelf ontwikkelde aanpak voor innovatiemanagement, het innovatrix digitale platform en het bijhorende gebruikstoepassingencanvas.
- Was medeverantwoordelijk voor het ontwerp en uitvoering van het digital-twinplatform.
- Stond in voor de integratie van de modellen van de kritieke infrastructuren voor overstromings- en verkeersvoorspellingen.
KU Leuven
- Werkte aan een overstromingsmodel van de stad en aan de 'nowcasting' (= realtime kortetermijnvoorspelling) van neerslag.
Water-link
- Stelde expertise ter beschikking op het vlak van beheer van kritieke waterbeheerinfrastructuren.
- Leverde de gegevens aan voor het opzetten van de Antwerpse digital twin ter ondersteuning van de creatie van het systeem voor snelle waarschuwing voor burgers en kritieke infrastructuurbeheerders met het oog op het voorkomen van overstromingen.

Dit project kreeg steun van de [Europese Onderzoeksraad (ERC) in het kader van het onderzoeks- en innovatieprogramma Horizon 2020 van de Europese Unie] [Euratom-programma voor onderzoek en opleiding 2019-2020] onder subsidieovereenkomst nr. 101021668.