論文の概要: An Emulation Anchored Digital Twin Testbed for Cyberattack and Defense Analysis in Hospital IT OT Environments

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.17650v1
• Date: Tue, 18 Aug 2026 11:10:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-19 21:40:53.315742
• Title: An Emulation Anchored Digital Twin Testbed for Cyberattack and Defense Analysis in Hospital IT OT Environments
• Title（参考訳）: 病院IT OT環境におけるサイバーアタックと防御分析のためのエミュレーション付きデジタル双発テストベッド
• Abstract要約: 本研究は,病院ITとサイバーセキュリティテストベッドとデジタルツインを組み合わせることで,監視,実験,対策の検証を行う。 テストベッドは、中央サーバー、Electronic Health Record(EHR)システム、SCADAベースのインフラストラクチャ、セグメント化されたIT、OT、DMZネットワークをエミュレートする。 制御されたサイバー攻撃の実行、ソフトウェアパッチの評価、RLベースの防衛エージェントの計算と訓練をサポートする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.2165845825140695
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Modern hospitals increasingly rely on integrated Information Technology (IT) and Operational Technology (OT) infrastructures to support critical healthcare services. However, this convergence expands the cybersecurity attack surface and makes safe validation of defensive mechanisms difficult on live systems. Existing testbeds often focus on isolated IT or OT environments and do not capture realistic cross-domain healthcare interactions. This work presents a hospital IT and OT cybersecurity testbed coupled with a digital twin for monitoring, experimentation, and validation of countermeasures. The testbed emulates a central server, Electronic Health Record (EHR) systems, SCADA-based infrastructure, and segmented IT, OT, and DMZ networks. It supports controlled cyberattack execution, software-patch evaluation, and training of RL-based defense agents. The testbed is further extended to a digital twin that models the real-time state of the environment using log and network statistics and enables bidirectional interaction through command execution and container lifecycle orchestration. Modbus/TCP and FHIR/HL7 support realistic communication across healthcare and industrial components. Experimental evaluation shows low computation overhead, with average normalized CPU utilization below 0.4 % per container and most lightweight services operating below 0.01%. OpenPLC Modbus TCP operations achieve a median round-trip latency of 0.901 ms. The testbed also captures a multi-stage SSH-based attack propagating from the DMZ to the IT and PLC networks. The framework provides a foundation for extending the emulated environment toward a hardware-enabled hospital digital twin.
• Abstract（参考訳）: 現代の病院は、重要な医療サービスをサポートするために、IT(Information Technology)とOT(Operational Technology)のインフラにますます依存している。 しかし、この収束はサイバーセキュリティ攻撃面を拡張し、ライブシステムにおける防御機構の安全な検証を困難にしている。 既存のテストベッドは、独立したITやOT環境に重点を置いており、現実的なドメイン間医療インタラクションをキャプチャしないことが多い。 本研究は、病院ITとOTサイバーセキュリティテストベッドとデジタルツインを組み合わせて、監視、実験、対策の検証を行う。 テストベッドは、中央サーバー、Electronic Health Record(EHR)システム、SCADAベースのインフラストラクチャ、セグメント化されたIT、OT、DMZネットワークをエミュレートする。 制御されたサイバー攻撃の実行、ソフトウェアパッチの評価、およびRLベースの防衛エージェントの訓練をサポートする。 テストベッドはさらに、ログとネットワーク統計を使用して環境のリアルタイム状態をモデル化し、コマンド実行とコンテナライフサイクルオーケストレーションによる双方向インタラクションを可能にするデジタルツインに拡張されている。 Modbus/TCPとFHIR/HL7は、医療および産業コンポーネント間の現実的なコミュニケーションをサポートする。 実験的な評価では、計算オーバーヘッドが低く、コンテナ当たり平均正規化CPU使用率が0.4%以下であり、最も軽量なサービスが0.01%以下である。 テストベッドは、DMZからITおよびPLCネットワークに伝播する多段階のSSHベースのアタックもキャプチャする。 このフレームワークは、エミュレーションされた環境をハードウェア対応の病院デジタルツインに拡張するための基盤を提供する。

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