IIT ગાંધીનગરના વિદ્યાર્થીઓએ વોટર પ્લાન્ટ્સ પર સાયબર હુમલા રોકવા માટે AI સિસ્ટમ બનાવી, શાંઘાઈમાં ઇન્ટેલની ગ્લોબલ ડિઝાઇન સ્પર્ધામાં બીજું ઇનામ જીત્યું

ફેબ્રુઆરી 2021 માં, એક અજાણ્યા હુમલાખોરે ઓલ્ડસ્માર, ફ્લોરિડામાં એક વોટર ટ્રીટમેન્ટ પ્લાન્ટની કંટ્રોલ સિસ્ટમનો રિમોટલી એક્સેસ મેળવ્યો હતો. તેઓએ પાણીના pH ને સંતુલિત કરવા માટે વપરાતા કાસ્ટિક કેમિકલ સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડના સ્તરને તેની સલામત સાંદ્રતા કરતા લગભગ સો ગણું વધારવાનો પ્રયાસ કર્યો હતો. જો આટલી ઊંચી માત્રામાં સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ શહેરના વોટર સપ્લાય સુધી પહોંચી ગયું હોત તો તે ઘાતક સાબિત થઈ શક્યું હોત. આ હુમલો કોઈ આપમેળે ચાલતી સિક્યોરિટી સિસ્ટમ દ્વારા પકડાયો ન હતો. તે માત્ર એટલા માટે ધ્યાનમાં આવ્યો કારણ કે પ્લાન્ટ ઓપરેટરે યોગાનુયોગે તેના કમ્પ્યુટરના માઉસ કર્સરને પોતાની જાતે ખસતું જોયું અને સમયસર આ કમાન્ડને રિવર્સ કરી દીધો.

આ ઘટના ઇન્ડિયન ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ ટેકનોલોજી ગાંધીનગર (IITGN) ના બે અંડરગ્રેજ્યુએટ વિદ્યાર્થીઓ દ્વારા હાથ ધરાયેલા પ્રોજેક્ટના કેન્દ્રમાં છે, જેમણે માત્ર સંયોગ અથવા માનવીય તકેદારી પર આધાર રાખ્યા વિના, આવા હુમલાઓને આપમેળે ડિટેક્ટ કરવા માટે સક્ષમ સિસ્ટમ ડિઝાઇન કરવાનું નક્કી કર્યું. મિલૌની ઠાક્કર, કમ્પ્યુટર સાયન્સ એન્ડ એન્જિનિયરિંગના ત્રીજા વર્ષના વિદ્યાર્થી, અને મિતવા ગોસ્વામી, ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગના ત્રીજા વર્ષના વિદ્યાર્થીએ શાંઘાઈ જિયાઓ તોંગ યુનિવર્સિટી ખાતે યોજાયેલી આંતરરાષ્ટ્રીય અંડરગ્રેજ્યુએટ ઇલેક્ટ્રોનિક ડિઝાઇન કન્ટેસ્ટ 2026, ઇન્ટેલ કપમાં બીજું ઇનામ જીત્યું હતું. તેમની ટીમને 'ટ્રસ્ટગેટ (TrustGate)' માટે માન્યતા મળી હતી, જે વોટર ટ્રીટમેન્ટ પ્લાન્ટ્સ, પાવર ગ્રીડ્સ અને મેન્યુફેક્ચરિંગ સુવિધાઓ જેવા ઇન્ડસ્ટ્રીયલ કંટ્રોલ સિસ્ટમ્સ (ICS) પરના હુમલાઓને ડિટેક્ટ કરવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવેલી આર્ટિફિશિયલ ઇન્ટેલિજન્સ-આધારિત સાયબર સિક્યોરિટી સિસ્ટમ છે.

આંતરરાષ્ટ્રીય રાઉન્ડમાં સ્પર્ધા કરતી ટીમોએ ઇન્ટેલના DK-2500 પર એક કાર્યરત સિસ્ટમ બનાવવાની જરૂર હતી, જે તેમની AI-આધારિત સિક્યોરિટી સિસ્ટમને ચલાવવા અને પરીક્ષણ કરવા માટે હાર્ડવેર પ્લેટફોર્મ તરીકે સેવા આપતી હતી, વિગતવાર ટેકનિકલ રિપોર્ટ સબમિટ કરવાનો હતો, અને ડો. સોંગ જિજિયાંગ (ડાયરેક્ટર ઓફ ધ ઇન્ટેલ ચાઇના રિસર્ચ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ અને વાઇસ પ્રેસિડેન્ટ ઓફ ઇન્ટેલ લેબ્સ) નો સમાવેશ કરતી નિષ્ણાત જજિંગ પેનલ સમક્ષ લાઇવ ડિફેન્ડ કરવાનો હતો. મિલૌની અને મિતવાને IITGN ના કમ્પ્યુટર સાયન્સ એન્ડ એન્જિનિયરિંગ તથા ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગ વિભાગના આસિસ્ટન્ટ પ્રોફેસર ડો. સમીર કુલકર્ણી દ્વારા માર્ગદર્શન આપવામાં આવ્યું હતું.

પોતાના અનુભવ વિશે વાત કરતા મિતવાએ વ્યક્ત કર્યું કે, "મિલૌનીને હંમેશા સાયબર સિક્યોરિટી વિશે ઉત્સુકતા હતી. તેથી જ્યારે અમે એકસાથે કામ કરવા માટેના વિચારો શોધી રહ્યા હતા, ત્યારે આગળ વધવા યોગ્ય દિશાઓમાંથી એક તરીકે આ સહજ રીતે સામે આવ્યું. એકવાર અમે ઇન્ડસ્ટ્રીયલ કંટ્રોલ સિસ્ટમ્સમાં ઊંડાણપૂર્વક અભ્યાસ કરવાનું શરૂ કર્યું, પછી એ સ્પષ્ટ થઈ ગયું કે આ એક એવું ક્ષેત્ર હતું જ્યાં AI માત્ર એક ઈચ્છનીય ઉમેરો ન હતો. આ સમસ્યા ઉકેલવા માટે તે ખરેખર જરૂરી હતું, કારણ કે માત્ર નેટવર્ક ટ્રાફિકમાં જ નહીં પરંતુ ભૌતિક રીતે દેખાતા હુમલાઓને ડિટેક્ટ કરવા માટે એક એવા મોડેલની જરૂર હતી જે બંને પાસાઓ પર તર્ક કરી શકે."

વિદ્યાર્થીઓએ સમજાવ્યું કે, મહત્વપૂર્ણ ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર ચલાવતી મોટાભાગની ઇન્ડસ્ટ્રીયલ કંટ્રોલ સિસ્ટમ્સ દાયકાઓ જૂની છે અને મૂળરૂપે સાયબર સિક્યોરિટીને ધ્યાનમાં રાખીને ડિઝાઇન કરવામાં આવી ન હતી. પરંપરાગત ઇન્ડસ્ટ્રીયલ કંટ્રોલ સિસ્ટમ સિક્યોરિટી ટૂલ્સ મુખ્યત્વે નેટવર્ક ટ્રાફિકનું નિરીક્ષણ કરે છે અને અનધિકૃત એક્સેસ, અસામાન્ય પ્રવૃત્તિ અથવા જાણીતા માલવેરને ફ્લેગ કરી શકે છે. આવા ટૂલ્સ સામાન્ય રીતે જે નક્કી કરી શકતા નથી તે એ છે કે શું પ્રોટોકોલ સ્તરે સંપૂર્ણપણે કાયદેસર દેખાતો કમાન્ડ, હકીકતમાં, પ્લાન્ટની વર્તમાન સ્થિતિને ધ્યાનમાં લેતા ભૌતિક રીતે ખતરનાક છે કે કેમ.

આ જ કારણ છે કે માત્ર નેટવર્ક-આધારિત સિક્યોરિટી ટૂલ ફ્લોરિડાની ઘટનાને પકડી શક્યું ન હોત, કારણ કે કમાન્ડ પોતે શંકાસ્પદ લાગતો ન હતો; માત્ર તેનું ભૌતિક પરિણામ શંકાસ્પદ હોત. "ટ્રસ્ટગેટ (TrustGate) હુમલાના સાયબર અને ફિઝિકલ બંને પાસાઓને એકસાથે સમજીને તે ગેપને પૂરે છે," મિલૌનીએ કહ્યું, "આ સ્પર્ધાથી પણ આગળ મહત્વનું છે, કારણ કે આ એવી સિસ્ટમ્સ છે જે પીવાના સ્વચ્છ પાણી જેવી મૂળભૂત સેવાઓને ચાલુ રાખે છે, અને તેમની નિષ્ફળતા નાણાં અને સ્વાસ્થ્યના સંદર્ભમાં ભારે પડી શકે છે."

વિદ્યાર્થીઓએ આંશિક રીતે તેના જોખમોની સ્પષ્ટતા અને આંશિક રીતે વ્યવહારુ સંશોધન કારણોસર વોટર ટ્રીટમેન્ટ ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવાનું પસંદ કર્યું. ટીમને એક સુસ્થાપિત વાતાવરણની જરૂર હતી જેમાં તેઓ તેમના અભિગમનું પરીક્ષણ અને માન્યતા (validate) કરી શકે, જે તેમને SWaT (સેક્યોર વોટર ટ્રીટમેન્ટ) ડેટાસેટ તરફ દોરી ગયું. ઇન્ડસ્ટ્રીયલ કંટ્રોલ સિસ્ટમ (ICS) સિક્યોરિટી રિસર્ચમાં સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા બેંચમાર્ક્સમાંથી એક, SWaT એ સિંગાપોર યુનિવર્સિટી ઓફ ટેકનોલોજી એન્ડ ડિઝાઇન (SUTD) ખાતેના iTrust સેન્ટર દ્વારા સંચાલિત વાસ્તવિક, સ્કેલ-ડાઉન, છ-તબક્કાના વોટર ટ્રીટમેન્ટ ટેસ્ટબેડ પર આધારિત છે. તે સંશોધકોને સામાન્ય કામગીરી તેમજ સ્ટેજ કરેલા સાયબર હુમલા દરમિયાન નેટવર્ક ટ્રાફિક અને ફિઝિકલ સેન્સર ડેટા બંનેનો અભ્યાસ કરવાની મંજૂરી આપે છે. પ્રકાશિત સંશોધનમાં તેનો વ્યાપક ઉપયોગ ટીમને એક અપ્રમાણિત ડેટાસેટથી શરૂ કરવાને બદલે પ્રસ્થાપિત કાર્યના આધારે તેમના અભિગમનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે સક્ષમ બનાવીને એક વિશ્વસનીય અને ભરોસાપાત્ર બેંચમાર્ક પૂરો પાડે છે.

ટ્રસ્ટગેટ (TrustGate) ના કેન્દ્રમાં એક ડ્યુઅલ-સ્ટ્રીમ બાય-ડાયરેક્શનલ લોંગ શોર્ટ-ટર્મ મેમરી (BiLSTM) મોડેલ છે જેને વિદ્યાર્થીઓ 'ક્રોસ-મોડલ અટેન્શન' તરીકે વર્ણવે છે. આ એક એવું આર્કિટેક્ચર છે જેમાં પ્લાન્ટના સાધનોમાંથી નેટવર્ક ટ્રાફિક અને ફિઝિકલ સેન્સર રીડિંગ્સનું બે અલગ-અલગ સ્ટ્રીમ્સ તરીકે વિશ્લેષણ કરવામાં આવે છે જે અલગથી પ્રોસેસ કરવા અને માત્ર અંતમાં જોડવાને બદલે એકબીજાને સક્રિયપણે સૂચિત કરે છે.

"તેને એકલા કામ કરતા એક જર્નાલિસ્ટને બદલે એકસાથે કામ કરતા બે નિષ્ણાતો તરીકે વિચારો," મિતવાએ સમજાવ્યું. "મોડેલનો એક ભાગ નેટવર્ક ટ્રાફિક પેટર્નનો અભ્યાસ કરે છે, જ્યારે એક અલગ ભાગ પ્લાન્ટના ફિઝિકલ સેન્સર રીડિંગ્સનો અભ્યાસ કરે છે. મુખ્ય ઇનોવેશન ક્રોસ-મોડલ અટેન્શન સ્ટેપ છે. અંતમાં બે નિષ્ણાતોના મંતવ્યો ઉમેરવાને બદલે, મોડેલ તેમને સક્રિયપણે એકબીજાની સલાહ લેવા દે છે, દાખલા તરીકે, પૂછે છે કે શંકાસ્પદ નેટવર્ક કમાન્ડની થોડી સેકન્ડ પહેલાં અથવા પછીનો ફિઝિકલ સેન્સર ડેટા એ બાબતને સપોર્ટ કરે છે કે તે ખરેખર ખતરનાક છે."

વિદ્યાર્થીઓએ જણાવ્યું હતું કે, આ ક્રોસ-ચેકિંગ જ ટ્રસ્ટગેટ (TrustGate) ને એવા હુમલાઓને પકડવાની મંજૂરી આપે છે જે ફક્ત ડેટા સ્ટ્રીમમાં સ્પષ્ટપણે શંકાસ્પદ દેખાતા નથી, જેમાં ખાસ કરીને સ્પષ્ટ એલાર્મ ટ્રિગર કરવાનું ટાળવા માટે ડિઝાઇન કરાયેલા છુપા, ક્રમશઃ મેનિપ્યુલેશન્સનો સમાવેશ થાય છે. જ્યારે ટ્રસ્ટગેટ (TrustGate) આવી અસંગતતા શોધી કાઢે છે, ત્યારે તે માત્ર એક સામાન્ય એલર્ટ આપતું નથી. તે હુમલાનું સંભવિત સ્વરૂપ અને જવાબદાર ચોક્કસ ભૌતિક ઘટકની ઓળખ કરે છે, અને તેને પ્લાન્ટના લાઈવ મેપ પર દર્શાવે છે.

"વાસ્તવિક પ્લાન્ટમાં, 'કંઈક ખોટું છે' એ પોતે ઉપયોગી નથી," મિલૌનીએ કહ્યું. "મહત્વનું એ છે કે ઓપરેટર મિનિટોમાં નહીં પરંતુ સેકન્ડોમાં એ જાણી શકે કે ક્યાં જોવું અને શું બંધ કરવું. ટ્રસ્ટગેટ (TrustGate) દ્વારા ચોક્કસ અસરગ્રસ્ત ઘટકની ઓળખ કરવી એ ઉપયોગી એલર્ટ અને લકવાગ્રસ્ત કરી દેતા એલર્ટ વચ્ચેનો તફાવત છે." 'ઝીરો-શોટ' ટેસ્ટિંગમાંથી બહાર આવેલા આ સૌથી મહત્વપૂર્ણ તારણોમાંથી એક હતું, જેમાં આ સિસ્ટમનું મૂલ્યાંકન પ્લાન્ટના એવા સાધનો પર કરવામાં આવ્યું હતું જેણે તાલીમ દરમિયાન ક્યારેય હુમલો જોયો ન હતો.

સલામતી માટે મહત્વપૂર્ણ ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચરને ઘણીવાર સભાનપણે ઓફલાઇન રાખવામાં આવતું હોવાથી, વિદ્યાર્થીઓએ ટ્રસ્ટગેટ (TrustGate) ને ક્લાઉડ કનેક્ટિવિટી પર આધાર રાખવાને બદલે સંપૂર્ણપણે એમ્બેડેડ હાર્ડવેર પર ચલાવવા માટે ડિઝાઇન કર્યું છે. "ક્લાઉડ નિર્ભરતા એક નવું હુમલાનું જોખમ અને નિષ્ફળતાનું એકમાત્ર કારણ બની શકે છે," મિતવાએ કહ્યું. "સંપૂર્ણપણે ઓન-ડિવાઇસ ચાલવાનો અર્થ એ છે કે બાહ્ય કનેક્ટિવિટી કપાઈ જાય તો પણ સિસ્ટમ કામ કરતી રહે છે, જે વાસ્તવિક હુમલા દરમિયાન ચિંતાનો વિષય બને છે."

ટ્રસ્ટગેટ (TrustGate) TPM 2.0 નો ઉપયોગ કરે છે, જેનો અર્થ ટ્રસ્ટેડ પ્લેટફોર્મ મોડ્યુલ 2.0 થાય છે, જે સંવેદનશીલ એન્ક્રિપ્શન કીનું રક્ષણ કરવા અને કમ્પ્યુટર સિસ્ટમની અખંડિતતા ચકાસવામાં મદદ કરતી બિલ્ટ-ઇન સિક્યોરિટી ટેકનોલોજી છે. તે બૂટ સમયે તેનો કોડ અને હાર્ડવેર ચેડાં વગરના છે તેની ચકાસણી કરવા માટે આનો ઉપયોગ કરે છે, જ્યારે સેલ્ફ-હીલિંગ વોચડોગ હેંગ અથવા ક્રેશ થતી કોઈ પણ કોર પ્રોસેસને ઓટો-રીસ્ટાર્ટ કરે છે. "જો કોઈ હુમલાખોર સિક્યોરિટી મોનિટર સાથે જ સમાધાન કરવામાં સફળ થાય છે, તો તેના કોઈ પણ એલર્ટ પર વિશ્વાસ કરી શકાતો નથી," મિતવાએ કહ્યું, જેમણે પ્રોજેક્ટ માટે હાર્ડવેર ઇન્ટિગ્રેશન, TPM એટેસ્ટેશન અને એમ્બેડેડ લિનક્સ ડિપ્લોયમેન્ટનું નેતૃત્વ કર્યું હતું, જ્યારે મિલૌનીએ AI મોડેલ આર્કિટેક્ચર, ટ્રેનિંગ, એબ્લેશન સ્ટડીઝ અને OpenVINO ડિપ્લોયમેન્ટનું નેતૃત્વ કર્યું હતું.

પ્રોજેક્ટના વિકાસ પર ટિપ્પણી કરતા, ટીમને માર્ગદર્શન આપનાર પ્રો. સમીર કુલકર્ણીએ કહ્યું, "જ્યારે મિલૌની અને મિતવા પહેલા આ પ્રોજેક્ટ સાથે આવ્યા, ત્યારે તેઓ મુખ્યત્વે તેને પેટર્ન-એનાલિસિસ સમસ્યા તરીકે વિચારતા હતા, એક એવું મોડેલ જે આંકડાકીય પેટર્ન શીખશે અને એનોમલી સ્કોર જનરેટ કરશે. મેં તેમને તે મૂળભૂત અભિગમ પર પુનર્વિચાર કરવા દબાણ કર્યું. મારી ભૂમિકા ક્યારેય તેમને જવાબો આપવાની ન હતી, પરંતુ એવા પ્રશ્નો પૂછતા રહેવાની હતી જે તેમને તેમની ધારણાઓનું વધુ ગંભીરતાથી પરીક્ષણ કરવા મજબૂર કરે. વિદ્યાર્થીઓએ શોધ અને વિકાસની જવાબદારી નિભાવી, અને તે મારા માટે મહત્વપૂર્ણ હતું."

30 મિનિટની કડક સમય મર્યાદા હેઠળ, મુખ્યત્વે મંડારિન-ભાષી પેનલ સમક્ષ અંગ્રેજીમાં પોતાનું કામ રજૂ કરતી વખતે વિદ્યાર્થીઓએ રીઅલ-ટાઇમમાં તેમના સંચારને અનુકૂળ બનાવવો પડ્યો હતો. "અમે સામાન્ય રીતે ચોક્કસ ટેકનિકલ શબ્દથી શરૂઆત કરતા હતા, પરંતુ જો અમને પેનલના ચહેરા પર કોઈ અસ્પષ્ટતા વર્તાતી, તો અમે તરત જ મૂળભૂત વિચારની સરળ સમજૂતી આપવાનું શરૂ કરી દેતા," મિલૌનીએ કહ્યું. "તે અનુભવમાંથી એક વાસ્તવિક બોધપાઠ એ મળ્યો કે બોલતી વખતે રૂમની સ્થિતિ વાંચતા શીખવું અને સ્થળ પર જ એડજસ્ટ થવું; આ એક એવું કૌશલ્ય છે જે તે પ્રેઝન્ટેશન પછી પણ અમારા જીવનમાં ઉપયોગી રહ્યું છે."

ટ્રસ્ટગેટ (TrustGate) લાઇવ ઇન્ડસ્ટ્રીયલ ડિપ્લોયમેન્ટને બદલે લેબોરેટરી ટેસ્ટબેડ પર ચકાસાયેલ રિસર્ચ પ્રોટોટાઇપ છે. વિદ્યાર્થીઓનું કહેવું છે કે વાસ્તવિક ઓપરેટર સાથે પાયલોટ કરવામાં આવે તે પહેલાં સિસ્ટમને હજુ પણ લાઇવ પ્લાન્ટ ડેટા પર ટેસ્ટિંગ, વધુ ઇન્ડસ્ટ્રીયલ પ્રોટોકોલ્સ માટે સપોર્ટ અને ઔપચારિક સિક્યોરિટી સર્ટિફિકેશનની જરૂર છે. તે હજુ સંશોધન તબક્કામાં છે, જેમાં હજુ સુધી કોઈ ઉદ્યોગ કે યુટિલિટીની સહભાગિતા નથી. તેઓ માને છે કે ડિજિટલ ટ્વીનની જેમ નેટવર્ક અને ફિઝિકલ ડેટાને જોડવાનો મુખ્ય વિચાર પાવર ગ્રીડ અથવા ઓઇલ અને ગેસ જેવા અન્ય ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચરમાં વિસ્તરી શકે છે, જોકે દરેકને તેના પોતાના એડજસ્ટમેન્ટ્સની જરૂર પડશે.

"આગળનું કદમ આ વિચાર પર આગળ વધવાનું છે, અને સિસ્ટમને વધુ કાર્યક્ષમ બનાવવાનું છે, કદાચ અન્ય મોડેલો અથવા પદ્ધતિઓનું પરીક્ષણ કરવાનો પ્રયાસ પણ કરવો," મિલૌનીએ તેમની ભવિષ્યની યોજનાઓ વિશે પૂછવામાં આવતા કહ્યું. બંને વિદ્યાર્થીઓએ જણાવ્યું હતું કે શાંઘાઈમાં મળેલી માન્યતાએ ટ્રસ્ટગેટ (TrustGate) ને એક વન-ટાઇમ એકેડેમિક પ્રોજેક્ટ તરીકે ગણવાને બદલે વિકસાવવાનું ચાલુ રાખવાના તેમના ઇરાદાને મજબૂત કર્યો છે. "અમે ખૂબ જ ઓછા સમયમાં આ બનાવ્યું છે, અને આંતરરાષ્ટ્રીય મંચ પર તેનો સફળતાપૂર્વક બચાવ કરવો એ એવી બાબત છે જેના પર અમને ગર્વ છે કે અમે પોતાને આમ કરવા માટે પ્રેરિત કર્યા," મિતવાએ કહ્યું. "તેણે અમને એક વખતનો પ્રોજેક્ટ ગણવાને બદલે તેના પર કામ કરવાનું ચાલુ રાખવા માટે વધુ પ્રેરિત કર્યા છે."