Gestione della sicurezza in una Infrastruttura Critica: strumenti e metodi per individuare eventi complessi attraverso una Sensor Network

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Introduzione 
Una infrastruttura critica è un sistema o una risorsa che eroga un servizio 
particolarmente rilevante e di interesse, tale da garantire il benessere sociale ed 
economico di una nazione. Un esempio di infrastruttura critica è rappresentato dalla 
rete ferroviaria nazionale, un aeroporto, un ospedale, una centrale elettrica o idrica, 
dai sistemi di sicurezza militari. Il termine “critica” sta a significare la particolarità del 
servizio offerto, la cui interruzione può rendere appunto “critica” la sicurezza in 
senso lato del “sistema paese”. 
Un sistema per la gestione della sicurezza di una infrastruttura critica deve 
consentire la piena gestione di ogni situazione, emergenziale o meno. La protezione 
efficiente delle infrastrutture critiche richiede, per sua natura, un elevato grado di 
integrazione tra vari sistemi di sicurezza quali, in particolare, apparati di rete, reti di 
sensori e attuatori, protocolli operativi, strumenti per la videosorveglianza e per la 
gestione degli addetti alla sicurezza. Questi sistemi devono essere operativi 
costantemente. Un’efficace gestione della sicurezza si ottiene soltanto attraverso 
un’analisi costante degli eventi che si verificano all’interno dell’infrastruttura e mai 
attraverso un’analisi ed una valutazione dei rischi “una tantum”. 
Per evento si intende l’occorrenza di un fatto che si verifica all’interno del 
sistema/dominio di interesse. Ogni evento è un produttore di informazione, e come 
tale può, anzi deve, contribuire ad incrementare la base di conoscenza dell’intero 
sistema. Alcuni eventi possono essere osservati facilmente, in quanto prodotti da 
una singola fonte informativa; altri, invece, sono frutto di un’osservazione e 
un’analisi più accurata ottenuta solo con l’integrazione ragionata di più dati e 
informazioni.  Si tratta, però, di un processo difficile a causa dell’apparente 
indipendenza dei singoli eventi. 
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Lo stato dell’arte della tecnologia informatica mostra la facilità con cui è possibile 
accedere a enormi quantità di dati diversi, ma non sembra ancora esibire strumenti 
efficienti per le fasi di analisi, correlazione e aggregazione dei dati stessi. 
Aggiungiamo, poi, che il flusso di dati che occorrono all’interno di un contesto quale 
quello di un’infrastruttura critica deve essere analizzato necessariamente in real-
time, per far fronte alle situazioni di emergenza che richiedono, per loro natura, un 
intervento immediato e risolutivo, o per lo meno orientato a minimizzare i danni 
materiali e alle persone. 
Una metodologia e un approccio per sistemi software, basato sull’idea di evento, 
che analizza e correla eventi più o meno complessi provenienti in tempo reale da un 
“campo operativo”, prende il nome di Complex Event Processing (CEP). Un sistema 
basato su tecnologia CEP sintetizza le informazioni raccolte mediante un motore di 
regole, permettendo di stabilire la logica di aggregazione dei dati per tradurli in 
“informazione”. Utilizzare un sistema di processamento eventi, in un ambito come 
quello di un’infrastruttura critica, comporta un miglioramento dei processi di 
gestione della sicurezza e una migliore identificazione delle criticità legate ad essi. 
Spesse volte, nella gestione della sicurezza viene fatta un’analisi a posteriori e solo 
dopo che sono avvenuti i fatti, utilizzando i dati storici per collegare i risultati alle 
cause e risolvere le inefficienze e i problemi. Analizzando le prestazioni e le 
operazioni in tempo reale, invece, si rende la gestione dei rischi parte integrante dei 
processi di monitoraggio, superando l’approccio tradizionale di analisi del rischio. 
Gli eventi processati da un sistema CEP sono, in realtà, prodotti da uno strato 
architetturale più "basso", costituito da una rete di sensori fisici di vario tipo, 
immersi nell'infrastruttura. Il progresso tecnologico osservato nella costruzione di 
sistemi elettronici di piccole dimensioni nel campo dell'elettronica digitale ha 
incentivato lo sviluppo di apparati a bassa potenza e ridotto consumo, capaci di 
comunicare anche in modalità wireless tra loro, in grado anche di elaborare dati 
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autonomamente e tra loro interconnessi. Fino ad oggi, la ricerca nel campo delle 
Reti di Sensori (Sensor Networks) si è, perlopiù, focalizzata su aspetti che riguardano 
il routing e la comunicazione fra i singoli nodi, nonché sui metodi per la 
minimizzazione del dispendio energetico nel caso di dispositivi auto-alimentati (es., 
a batteria). L’integrazione e l’utilizzo composto delle informazioni provenienti da 
una rete sensoriale non è stato finora oggetto particolare di studio a causa 
dell’eterogeneità e della diversità delle singole sorgenti sensoriali che impedivano di 
considerare la rete come le più comuni reti informatiche. 
Le problematiche che un sistema di “diffusione” delle informazioni si trova ad 
affrontare sono, in realtà, molte altre: la mole di dati può essere più o meno onerosa 
e gli interessati numerosi e/o dislocati su una rete geografica vasta; la diversità e 
l’eterogeneità dei dispositivi utilizzati richiede l’adozione di appositi standard di 
interfacciamento e comunicazione; vanno considerati anche gli aspetti relativi a 
guasti dei dispositivi o rallentamenti dovuti all’inaffidabilità dei canali di 
comunicazione; altre criticità possono presentarsi quando si è in presenza di rete 
con dispositivi mobili e che eventualmente comunicano in modalità wireless. 
Diventa necessaria, a questo punto, la presenza di uno strumento software in grado 
di occuparsi dell’acquisizione affidabile delle informazioni provenienti dalla rete 
fisica sensoriale, per diffonderle correttamente agli strumenti di analisi o a chi ha 
necessità di monitorare lo stato del sistema. Lo strato software adibito alla 
risoluzione di questi problemi si posiziona “in mezzo” tra le applicazioni che 
intendono accedere alla rete e la rete sensoriale stessa e prende il nome di 
middleware. Ad esso viene demandata la gestione delle problematiche appena 
descritte, mentre le applicazioni dovranno occuparsi solo della logica di 
interpretazione delle informazioni: inviare un dato a un elemento della rete o 
ricevere un dato da esso si tradurrà semplicemente in un’istruzione al middleware 
sottostante. Il middleware è l’elemento architetturale chiamato a supportare sia 
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l’interoperabilità tra i vari elementi che costituiscono la piattaforma tecnologica 
utilizzata per la gestione della sicurezza sia la ricerca dell’efficienza e dell’efficacia 
delle applicazioni dedicate al supporto dei processi gestionali/operativi definiti. 
Un ulteriore elemento che contribuisce ad arricchire la conoscenza di un sistema di 
gestione della sicurezza è rappresentato dalla conoscenza della posizione di 
persone/agenti mobili che si trovano all'interno dell’infrastruttura. Un sistema di 
tracciamento e localizzazione in ambienti indoor ha il duplice vantaggio di 
coadiuvare l’agente mobile nella navigazione delle aree dell’infrastruttura e 
consente al sistema stesso di individuare e localizzare gli agenti in casi particolari di 
emergenza. 
I capitoli di questa tesi tratterranno ciascuno degli aspetti descritti, in particolare: 
 ξ Il Capitolo 1 affronta il tema generale della sicurezza nelle infrastrutture 
critiche, soffermandosi sulla definizione delle stesse e considerando tutte le 
problematiche legate al raggiungimento del livello di sicurezza desiderato. 
 ξ Il Capitolo 2 tratta di una metodologia di processamento e gestione di eventi 
più o meno complessi che concorrono in real-time (Complex Event Processing) 
all’interno di un contesto operativo. Questa metodologia si basa su un 
approccio "guidato da eventi" ed ha come scopo, nel caso della gestione della 
sicurezza all’interno di un’infrastruttura critica, quello di anticipare le criticità 
che possono verificarsi al suo interno. Verranno esposti i vantaggi che possono 
derivare dall'utilizzo di un sistema di questo tipo e presi in considerazione una 
serie di software di processamento eventi presenti sul mercato. 
 ξ Il Capitolo 3 descrive nel dettaglio un prototipo di sistema CEP progettato e 
realizzato per la sicurezza delle infrastrutture critiche, illustrando i motivi che 
hanno portato alla sua realizzazione piuttosto che all'impiego di una 
piattaforma già esistente. Verrà dato risalto, in particolare, alle modalità di 
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progettazione e definizione degli schemi e delle procedure di sicurezza, oltre 
che alla logica di controllo e monitoraggio in tempo reale di un sito. 
 ξ Il Capitolo 4 descrive i vantaggi legati all’utilizzo di un sistema software 
(middleware) di intermediazione tra lo strato fisico, rappresentato dalla rete 
sensoriale costituita dai singoli apparati hardware di controllo (sensori di 
temperatura, umidità, videocamere, dispositivi di rilevazione fumo e sensori 
antincendio, etc.) e lo strato “applicativo”, costituito dai sistemi di 
monitoraggio e controllo dell’infrastruttura. Viene inizialmente presentato il 
panorama delle reti sensoriali, in particolare delle Wireless Sensor Network e 
dello standard Zigbee e poi effettuata un’analisi dello stato dell’arte dei 
middleware per reti di sensori. 
 ξ Il Capitolo 5 descrive l’approccio adottato nella progettazione del componente 
di middleware del sistema di processamento eventi. 
 ξ Il Capitolo 6 affronta il tema della localizzazione e del tracciamento di 
oggetti/utenti mobili all’interno di un ambiente. Vengono prima passate in 
rassegna varie tecniche e algoritmi di localizzazione utilizzati in diversi contesti; 
poi, descritto un sistema prototipale di localizzazione, basato sull’utilizzo di 
sensori ZigBee. L’algoritmo è realizzato sulla base del calcolo delle distanze fra 
nodi mediante l’indice RSSI (Received signal strength indication) e sul metodo 
di multilaterazione (calcolo dei punti di intersezione fra circonferenze 
geometriche). Viene descritta, in particolare, una euristica che si basa sulla 
conoscenza della geometria degli ambienti allo scopo di ridurre gli errori di 
misura (intrinseci in questi metodi). 
  
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Capitolo 1 
 
Le Infrastrutture Critiche e 
la gestione della sicurezza 
 
  
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Con il termine Infrastruttura Critica (IC) si intende un sistema, una risorsa o un 
processo che, attraverso l’erogazione di un servizio, garantisce in maniera più o 
meno diretta il benessere sociale ed economico di una nazione (un aeroporto, la 
rete ferroviaria, una centrale di produzione di energia elettrica, etc.), il cui 
degrado o la cui interruzione ha l'effetto di mettere a repentaglio il “corretto” 
funzionamento e la sicurezza del “sistema paese”. Le IC sono considerate sempre 
più degli “obiettivi sensibili”, in quanto vulnerabili sia nei confronti di minacce 
terroristiche o cyber crimine, sia a seguito di eventi naturali di particolare 
rilevanza. 
L'8 dicembre 2008 il Consiglio dei Ministri Europei di Giustizia e Affari Interni ha 
approvato la Direttiva Europea sull'identificazione e designazione delle 
Infrastrutture Critiche Europee.1 Da quanto emerge dalla Direttiva, lo sviluppo e la 
sicurezza nei paesi industrializzati dipendono sempre più dal funzionamento 
continuo di queste infrastrutture. La strategia, richiesta ad ogni Stato Membro, 
per migliorare la protezione delle IC prevede la realizzazione di un insieme di 
adempimenti minimi quali, in particolare: 
 ξ l'istituzione di un punto di contatto nazionale per le strategie sulle IC 
 ξ l'individuazione delle IC nazionali che, in caso di problemi e/o interruzioni di 
servizio, potrebbero indurre rilevanti effetti di tipo transnazionali 
 ξ l'attuazione a livello governativo di attività di controllo generale su tali IC 
In particolare, il Piano di protezione delle infrastrutture nazionali (NIPP, National 
Infrastructure Protection Plan2) si pone come obiettivo primario la condivisione 
massima delle informazioni detenute dai diversi soggetti sul territorio. Negli Stati 
                                               
1
 Direttiva 2008/114/CE del Consiglio dell’Unione Europea, "Individuazione e designazione delle infrastrutture 
critiche europee", (http://www.infrastrutturecritiche.it/) 
 
2
 The 2009 National Infrastructure Protection Plan (http://www.dhs.gov/xlibrary/assets/NIPP_Plan.pdf) 
 
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Uniti, ad esempio, sono quattordici le agenzie federali che si sono integrate nel 
NIPP per gestire le informazioni di diverso livello, relative a rischi e vulnerabilità: 
in questo modo si è riusciti in breve tempo a rendere operativa una struttura 
come il DHS (Department of Homeland Security) e a generare alcuni standard di 
sicurezza che permettono di gestire una crisi. In Italia è l'AIIC (Associazione 
esperti Italiani Infrastrutture Critiche) che riunisce i maggiori esperti del settore. 
Se fino a qualche decennio fa ciascuna singola infrastruttura poteva considerarsi 
un sistema autonomo e indipendente, adesso le varie infrastrutture tendono ad 
essere più strettamente connesse da risultare interdipendenti: questo significa 
che un semplice guasto può facilmente propagarsi amplificando i suoi effetti. La 
presenza di queste interdipendenze induce una complessità superiore a quella 
gestibile dalle metodologie su cui si basano gli attuali paradigmi di simulazione. 
Un episodio emblematico è rappresentato dal problema occorso il 20 maggio 
1998 al satellite americano Galaxy IV3. Un guasto mise fuori servizio una ventina 
di voli, oscurò alcune emittenti radiofoniche e causò disservizi enormi ai sistemi 
di pagamento con carta nelle aree di servizio, le quali utilizzavano comunicazioni 
satellitari per connettersi con gli enti bancari. Vanno menzionati, inoltre, vari 
black-out elettrici che a volte colpiscono molte nazioni e che mettono in evidenza 
la forte dipendenza delle società industrializzate con la disponibilità di energia 
elettrica. Il blackout americano del 2003 ha messo in evidenza interdipendenze, 
prima difficilmente immaginabili, fra sistema elettrico, sistema dei trasporti, 
sistema di raccolta e smaltimento dei rifiuti. 
Il NIPP classifica le IC in due categorie: Critical Infrastructures e Key Resources. Le 
prime riguardano gli impianti in genere, dal petrolifero al chimico; mentre le 
seconde sono relative alla distribuzione delle risorse e al funzionamento del 
                                               
3
 The Boeing Company, “Hughes Statement on Galaxy IV Anomaly”, (http://www.boeing.com/defense-
space/space/bss/panamsat/statement.html) 
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sistema di alimentazione della struttura nazionale. La gestione del rischio diventa 
pertanto un obiettivo fondamentale, ma che si rivela difficile e costoso: un 
ipotetico terrorista deve solo scegliere un obiettivo, mentre uno Stato o una 
infrastruttura privata deve difenderli tutti allo stesso modo e al massimo delle 
forze. Il rischio va pertanto previsto e gestito in tutti i suoi aspetti, in modo da 
avere una macchina efficiente e puntuale di fronte ad ogni evento che può 
rilevarsi perfino catastrofico. 
E' chiaro, quindi, il passaggio dal semplice concetto di importanza delle IC a 
quello di protezione delle stesse. A livello internazionale, la problematica 
riguardante la protezione delle IC sotto il profilo non solo della sicurezza fisica, 
ma anche della sicurezza informatica, viene genericamente indicata col termine 
CIIP (Critical Information Infrastructure Protection). La Polizia di Stato italiana ha 
costituito il CNAIPIC (Centro Nazionale Anticrimine Informatico per la Protezione 
delle Infrastrutture Critiche) che, come si legge, è "in via esclusiva incaricato della 
prevenzione e della repressione dei crimini informatici, di matrice comune, 
organizzata o terroristica, che hanno per obiettivo le infrastrutture informatizzate 
di natura critica e di rilevanza nazionale".4 
Nel marzo del 2003 è stato costituito, presso il Dipartimento per l'Innovazione e 
le Tecnologie della Presidenza del Consiglio dei Ministri, il Gruppo di Lavoro sulla 
Protezione delle Infrastrutture Critiche Informatizzate, il quale ha redatto un 
documento5 che pone enfasi sulle necessità di incrementare le attività di ricerca 
e sviluppo, sia a livello aziendale che accademico. In particolare, sono identificate 
                                               
 
4
 Polizia di Stato, CNAIPIC - Centro Nazionale Anticrimine Informatico per la Protezione delle Infrastrutture Critiche 
(http://poliziadistato.it/articolo/18494-
CNAIPIC_Centro_Nazionale_Anticrimine_Informatico_per_la_Protezione_delle_Infrastrutture_Critiche) 
 
5
 Dipartimento per l’Innovazione e le Tecnologie della Presidenza del Consiglio dei Ministri, “Protezione delle 
Infrastrutture Critiche Informatizzate: la realtà italiana”, 2004 
(http://www.infrastrutturecritiche.it/jml/images/Documenti/forumpa2005.pdf)