Simulating satellite on-board computer and physical interaction in a cyber range framework

In an era where satellite systems play a crucial role in global communications, navigation, weather monitoring, and defense, their cybersecurity has become a matter of strategic importance. As satellites become increasingly interconnected with terrestrial networks, they are exposed to a growing number of cyber threats. Ensuring the resilience of these critical assets requires advanced simulation tools capable of replicating satellite operations and potential attack scenarios. While existing cyber ranges provide sophisticated platforms for cybersecurity training and testing, they often lack detailed simulations of satellite-specific subsystems. This thesis addresses this gap by integrating a high-fidelity satellite simulation into a cyber range, enabling researchers and security professionals to analyze vulnerabilities and develop countermeasures tailored to space-based infrastructures. This thesis presents the development and implementation of a simulation framework within a cyber range, designed to model satellite behaviors and assess their vulnerability to cyber threats. A key contribution of this work is the development of a state machine to manage the internal state of the satellite simulating on board computer software implementation, the integration of a physical model simulation, and the implementation of a communication interface with simulated ground facilities. The research is structured into several key sections. First, the thesis explores the context of satellite cybersecurity and the role of cyber ranges in testing and securing these systems. It then outlines the system requirements and specifications necessary for developing an effective satellite simulation framework. The subsequent chapters detail the system architecture, implementation, and validation processes, ensuring that the simulation accurately reflects real-world satellite behaviors. Finally, the performance of the integrated system is evaluated, highlighting its effectiveness, limitations, and potential areas for improvement.

Nell’era in cui i sistemi satellitari svolgono un ruolo cruciale nelle comunicazioni globali, nella navigazione, nel monitoraggio meteorologico e nella difesa, la loro cybersicurezza è diventata una questione di importanza strategica. Poiché i satelliti sono sempre più interconnessi con le reti terrestri, sono esposti a un numero crescente di minacce informatiche. Garantire la resilienza di questi asset critici richiede strumenti di simulazione avanzati, capaci di replicare le operazioni satellitari e i potenziali scenari di attacco. Sebbene i cyber range esistenti offrano piattaforme sofisticate per la formazione e il testing in ambito di cybersicurezza, spesso sonos sprovvisti di simulazioni dettagliate dei sistemi satellitari. Questa tesi affronta questo tema integrando una simulazione ad alta fedeltà dei satelliti in un cyber range, consentendo a ricercatori e professionisti della sicurezza di analizzare le vulnerabilità e sviluppare contromisure mirate alle infrastrutture spaziali. Il lavoro presenta lo sviluppo e l’implementazione di un framework di simulazione interno ad un cyber range, progettato per modellare i comportamenti dei satelliti e valutarne la vulnerabilità alle minacce informatiche. Un contributo chiave di questa ricerca è lo sviluppo di una macchina a stati finiti per gestire lo stato interno del satellite simulando l’implementazione del software del computer di bordo, l’integrazione di una simulazione del modello fisico e l’implementazione di un’interfaccia di comunicazione con le strutture di terra simulate. La ricerca è strutturata in diverse sezioni chiave. In primo luogo, la tesi esplora il contesto della cybersicurezza satellitare e il ruolo dei cyber range nel testare e proteggere questi sistemi. Successivamente, vengono delineati i requisiti e le specifiche necessari per lo sviluppo di un efficace framework di simulazione satellitare. I capitoli successivi descrivono l’architettura del sistema, il processo di implementazione e la fase di validazione, garantendo che la simulazione rifletta accuratamente i comportamenti reali dei satelliti. Infine, viene valutata la performance del sistema integrato, evidenziandone l’efficacia, i limiti e le potenziali aree di miglioramento.