Sonificazione dei dati e sicurezza informatica nelle reti di distribuzione idrica. Il caso C-Town

The devices used to monitor and control the water supply network are transforming the system from physical to cyber-physical, in order to increase the reliability and controllability, but at the same moment, these technologies expose the system to cyber threats. The increasing number of cyber-physical attacks to the water supply systems makes necessary a frequent and accurate way to communicate anomalies. Considering during the work day analysts are occupied in many mansions which prevent them from focusing their attention on the screen visualisations, the project proposes a data sonification approach to express the first level of information, useful to monitor the status of the system. The literature highlights how useful could be the sound in case of time variables, patterns, different kinds and big amount of data; all those features are included in this context. The sound allows to precede and eventually facilitate the reading of the visualisations, without substituting them. The sonification describes the system status, calculating how the data reported from sensors positioned on the network is different from the prediction described by an algorithm (developed by Galelli and Taormina) that does not consider any possible irregularity. An experiment on a limited sample of potential users made possible to test the efficiency of the different prototype, gathering useful information for a future implementation. The first assumption seems to be confirmed: the testers expressed positive feedback. They would be willing to use the prototype in their real work activity. The majority of the users understood the main information expressed by the sound. Some problems emerged during the recognition of the second level of meaning, but this limit could be overcome with more training, as suggested by the testers.

Il progetto si inserisce nel campo della sicurezza informatica applicata alle reti di distribuzione idrica e prevede lo sviluppo di un codice sonoro, che permetta agli analisti di tenere costantemente monitorato lo stato del sistema e, in caso di attacco informatico, guidi l’approfondimento successivo ai modelli visivi attualmente in uso. Lo scopo della sonificazione non è quello di sostituire la comunicazione visiva, ma precedere ed, eventualmente, facilitare l’analisi di quest’ultima. L’esigenza di un sistema in grado di rilevare le anomalie in modo più costante e accurato deriva dal numero crescente di attacchi fisico-informatici perpetrati ai danni delle reti idriche, che provvedono alla distribuzione dell’acqua. I metodi tecnologici con cui queste reti vengono gestite offrono la possibilità di tenere monitorato lo stato di ogni componente, facilitando però le incursioni informatiche. Da questo problema emerge la domanda di ricerca del progetto di tesi: può il suono garantire un monitoraggio costante dello stato del sistema e comunicare, qualora presenti anomalie, le informazioni necessarie per guidare l’operatore in un’analisi visiva più approfondita? L'ipotesi di partenza considera il linguaggio sonoro particolarmente adatto alla comunicazione delle informazioni utili in questa direzione. La quantità di dati e la varietà delle indicazioni, infatti, oltre che la natura diversificata delle attività svolte dall’analista durante la giornata lavorativa, impediscono all’attenzione di quest’ultimo di concentrarsi completamente sull’analisi visiva offerta dagli schermi. Inoltre, dalla letteratura presa in considerazione, è emerso quanto il suono si presti particolarmente a restituire informazioni che comprendono variabili di tempo, pattern di andamento e grosse quantità e varietà di dati: tutte caratteristiche presenti in questo contesto. I metodi di sonificazione progettati descrivono lo stato del sistema, segnalandone il livello di anomalia, qualora presente. Quest’ultimo viene calcolato dalla differenza tra i dati provenienti dai sensori posti sulla rete e i valori corrispettivi predetti da un algoritmo (sviluppato da Galelli e Taormina), che non considera possibili irregolarità. Un esperimento effettuato su un campione ridotto di potenziali utenti ha permesso di testare l’efficacia delle diverse proposte e di raccogliere indicazioni utili per il progetto di un ulteriore prototipo. L’ipotesi di partenza sembra essere stata confermata. Gli utenti di riferimento hanno accolto positivamente la nostra proposta, rendendosi disponibili ad iniziare ad usare il prototipo nella loro attività lavorativa. I risultati mostrano come i tester siano, nella maggior parte dei casi, riusciti a cogliere le informazioni principali veicolate dal suono, sebbene abbiano riscontrato una maggior difficoltà nel riconoscimento delle informazioni di secondo livello. Questa difficoltà potrebbe essere superata, secondo i commenti emersi durante l’intervista finale, con un periodo di training adeguato. Gli stessi tester hanno poi evidenziato l’importanza della definizione del suono, il cui design è fondamentale, non solo per il ruolo invasivo che ricopre, ma anche per garantire una migliore comprensione del messaggio veicolato.