Cyber Security and Energy Efficiency in the Infrastructures of Smart Societies
This dissertation examines architectures in smart cities and smart societies and also
analyses the communications systems security, cyber security and energy efficiency of
infrastructures, digital information systems and services, and underwater optical cable
systems. The study also develops models for calculating the probabilities of cyber
threats to these entities. This study first examines how digitalisation affects society and
the daily lives of its citizens, its various services, and the environment. Our societies’
digital services even now are available anytime and anywhere, in real time. The changes
brought about by digitalisation of the various services available in our daily lives have
a large impact on society and the lives of its citizens. To take full advantage of the
services offered by digitalisation, people must be able to use secure smart devices and
communication systems to use the services. However, there is a need to examine how
we can improve and provide these services securely, anytime and anywhere in real
time, and determine how the current services will work with future information systems
and service structures. Security and cyber security threats must be taken into account
when providing and developing these services because these services and
infrastructures are subject to ubiquitous security and cyber security threats on a daily
basis. Natural threats and risks also have an occasional impact on the availability and
continuity of services, especially in the Arctic region. This dissertation introduces a
single user device concept designed to reduce and prevent the impact of potential
network threats and cyber-attacks in future environments and services. As the number
of available services and the energy consumption of different systems increase
exponentially, the volumes of harmful greenhouse gases that are often transported
directly into the air also increase exponentially. More attention must therefore be given
to the root causes of climate change and, in particular, to services with a high energy
consumption. Despite discussing digitalisation and its importance in our services, the
effects of digitalisation on the growth of energy consumption and its consequences are
not sufficiently taken into account in our societies. Thus, we consider whether it is
possible to reduce the energy consumption of services and thereby reduce greenhouse
gas emissions. When building new ecosystems or improving existing solutions and
structures, cost-effectiveness needs to be considered and improved to improve
operational efficiency across all sectors.
Keywords: smart cities, smart society, energy consumptions, risks, threats, cyberattacks,
climate change, greenhouse gases.
...
Väitöskirjassa tutkitaan älykaupunkien ja äly-yhteiskuntien sekä arktisen alueen arkkitehtuureja.
Tutkimuksessa analysoidaan turvallisuus-, kyberturvallisuus- ja energiatehokkuuskysymyksiä
infrastruktuureista, digitaalisista tietojärjestelmistä ja palveluista,
sekä merenalaisista optisista kaapelijärjestelmistä. Lisäksi esitetään malleja näihin
kokonaisuuksiin kohdistuvien kyberuhkien todennäköisyyksien laskelmista varten.
Tutkimusten lähtökohtana on tarkastella, miten digitalisaatio vaikuttaa yhteiskunnan ja
sen kansalaisten jokapäiväiseen elämään, sen eri palveluihin ja miten sen mukanaan
tuomat muutokset näkyvät jokapäiväisessä elämässämme ja ympäristössämme. Yhteiskunnan
digitaaliset palveluthan ovat saatavilla reaaliaikaisesti missä ja milloin tahansa.
Kaikkien digitalisoinnin tarjoamien mahdollisuuksien hyödyntämiseksi on pystyttävä
käyttämään turvallisia älylaitteita ja viestintäjärjestelmiä kaikkien meille tarjottavien palveluiden
kanssa. On tarkasteltava kaikkia niitä mahdollisuuksia, joilla voimme parantaa
ihmisten päivittäisiä palveluita ja kuinka tarjota näitä palveluita reaaliajassa ja turvallisesti,
missä ja milloin tahansa, ja kuinka nämä palvelut toimivat yhdessä nykyisten ja
tulevien tietojärjestelmien ja palvelurakenteiden kanssa. Mutta tähän kehitykseen liittyvät
samalla myös tietoturva- ja kyberturvallisuusuhkat, jotka on huomioitava palveluiden
tarjoamisessa ja kehittämisessä. Näihin palveluihin ja infrastruktuureihin kohdistuu
päivittäin kaikkialle ulottuvia turvallisuus- ja kyberturvallisuusuhkia. Luonnollisilla
uhkilla ja riskeillä on myös satunnaisia vaikutuksia palveluiden saatavuuteen ja
jatkuvuuteen etenkin arktisella alueella. Työssä esitellään myös yhden käyttäjän
laitekonsepti, jonka tarkoituksena on parantaa käyttöturvallisuutta uusissa toimintaympäristöissä
ja palveluissa. Kun saatavien palvelujen määrä kasvaa eksponentiaalisesti,
samalla sen seurauksena eri järjestelmien tarvitsema energiankulutus kasvaa eksponentiaalisesti,
mikä tarkoittaa myös sitä, että haitalliset kasvihuonekaasujen määrät kasvavat
eksponentiaalisesti ja ne kulkeutuvat usein suoraan ilmaan. Meidän on kiinnitettävä
huomattavasti enemmän huomiota ilmastonmuutoksen perussyihin ja erityisesti
palveluihin, joiden energiankulutus on korkea.
Asiasanat: älykäs kaupunki, älykäs yhteiskunta, riskit, uhkat, kyber-hyökkäykset,
ilmastomuutos, kasvihuonekaasut.
...




ISBN
978-951-39-8004-7Contains publications
- Artikkeli I: Hummelholm, A. (2018). Cyber threat analysis in smart city environments. In A. Jøsang (Ed.), ECCWS 2018 : Proceedings of the 17th European Conference on Cyber Warfare and Security (pp. 523-532). Academic Conferences International.
- Artikkeli II: Hummelholm, A. (2019). Undersea optical cable network and cyber threats. In Cruz, Tiago; Simoes, Paulo (Eds.) ECCWS 2019 : Proceedings of the 18th European Conference on Cyber Warfare and Security, Proceedings of the European conference on information warfare and security. Academic Conferences International, 650-659. jyx.jyu.fi/handle/123456789/67103
- Artikkeli III: Thorisson H., Baiardi, F., Salminen, M., Van Erdeghem, R., Sahay, R., Paquin, B., Heath, C., Skarga-Bandurova, I., Branlat, M., Hummelholm, A., Lambert, J. H., Linkov, I., Trump, B. D. (2019). Cyber Security Challenges to Arctic Critical Infrastructures. NATO Science for Peace and Security Series – D: Information and Communication Security. IOS Press. DOI: 10.3233/NICSP200043
- Artikkeli IV: Hummelholm, A. (2019). E-health systems in digital environments. In Cruz, Tiago; Simoes, Paulo (Eds.) ECCWS 2019 : Proceedings of the 18th European Conference on Cyber Warfare and Security, Proceedings of the European conference on information warfare and security. Academic Conferences International, 641-649. jyx.jyu.fi/handle/123456789/67096
- Artikkeli V: Hummelholm, A. (2019). Threat characterization for various layers of infrastructure. In NATO Science for Peace and Security Series - D: Information and Communication Security. Volume 58: Cybersecurity and Resilience in the Arctic, pp. 150-182. DOI: 10.3233/NICSP200046
Keywords
älytekniikka kaupungit infrastruktuurit palvelut yhteiskunta digitalisaatio energiankulutus (energiateknologia) riskit uhat kyberturvallisuus energiatehokkuus ilmastonmuutokset kasvihuonekaasut smart cities smart society energy consumptions risks threats cyber-attacks climate change greenhouse gases
Metadata
Show full item recordCollections
- JYU Dissertations [127]
- Väitöskirjat [3032]
Related items
Showing items with similar title or keywords.
-
Energy efficient model for biogas production in farm scale
Huopana, Tuomas (2011)Energy efficient solutions for six farm biogas production was found by calculating mass and energy balance in different scenarios. Raw materials in biogas production were cow manure and grass silage that were produced in ... -
Smart grid : linking sustainable electricity provision and consumption
Bursiewicz, Paul (2011)This thesis examines the transformation of the US electricity grid through the integration of information and communication technology, referred to as the Smart Grid. The electricity infrastructure is explained, its ... -
The emission reduction potentials of First Generation Electric Aircraft (FGEA) in Finland
Baumeister, Stefan; Leung, Abraham; Ryley, Tim (Elsevier, 2020)Under the looming climate crisis, aviation needs to find new solutions to cut its greenhouse gas emissions. One pathway towards zero emissions is the use of electric aircraft. While current battery technology will not allow ... -
The requirements and compliance of the Finnish act on energy efficiency in a large enterprise : a case study from the healthcare industry
Peltonen, Anniina (2015)Energy management is becoming increasingly important for organizations due to legislative, environmental, and economic causes. The Act on Energy Efficiency came into force in Finland on 1st January 2015. One of the law’s ... -
Large stocks of peatland carbon and nitrogen are vulnerable to permafrost thaw
Hugelius, Gustaf; Loisel, Julie; Chadburn, Sarah; Jackson, Robert B.; Jones, Miriam; MacDonald, Glen; Marushchak, Maija; Olefeldt,David; Packalen, Maara; Siewert, Matthias B.; Treat, Claire; Turetsky, Merritt; Voigt, Carolina; Yu, Zicheng (National Academy of Sciences, 2020)Northern peatlands have accumulated large stocks of organic carbon (C) and nitrogen (N), but their spatial distribution and vulnerability to climate warming remain uncertain. Here, we used machine-learning techniques with ...