Cyber range systems for education and research

Abstract

In recent years, the proliferation of cyber threats has highlighted a critical shortage of cybersecurity professionals equipped with practical, hands-on experience. The escalating frequency and sophistication of cyber-attacks underscore the urgent need for robust training solutions to bridge this skills gap. Cyber Ranges play a pivotal role in addressing this challenge by offering immersive, experiential learning environments for cybersecurity professionals. Traditional education and certification programs often fail to equip individuals with the practical skills necessary to defend against real-world cyber attacks. Consequently, organizations remain vulnerable to sophisticated cyber threats due to the lack of skilled professionals capable of effectively mitigating these risks. Cyber Ranges provide a viable solution to this skills gap by offering hands-on training in simulated environments that mirror real-world cyber threats. By immersing participants in realistic scenarios, Cyber Ranges enable cybersecurity professionals to develop practical skills and experience in responding to various cyber-attacks. Additionally, Cyber Ranges facilitate collaboration and teamwork, fostering a dynamic learning environment conducive to skill development and knowledge sharing. This research proposes a novel Cyber Range architecture based on container technology, aimed at addressing the limitations of current systems. It provides a comprehensive review of the existing state-of-the-art in testbeds and Cyber Ranges, identifying gaps and shortcomings that need to be addressed. The proposed architecture is designed to be flexible, efficient, and scalable, incorporating advanced features that support realistic, large-scale cyber threat simulations. A detailed design of the proposed architecture is presented, outlining the requirements and specifications necessary for its implementation. The study explores innovative training methods using Cyber Ranges, including behavioral strategies and gamification techniques, to enhance the hands-on learning experience. Various use case scenarios demonstrate the effectiveness of the new system in realistic settings, highlighting its capabilities and the challenges encountered during implementation. An evaluation of the system’s performance is conducted through stress testing and user feedback, comparing the benefits of container-based implementations over traditional virtual machine-based systems. The results show significant improvements in scalability, adaptability, and user acceptance, underscoring the effectiveness of the proposed architecture in bridging the cybersecurity skills gap. By offering access to realistic training environments and practical experiences, the proposed Cyber Range system empowers individuals to enhance their cybersecurity capabilities and contributes to strengthening organizational resilience against cyber attacks. The study provides insights into future research directions to further enhance Cyber Range capabilities and integration.

Τα τελευταία χρόνια, η αυξανόμενη απειλή από κυβερνοεπιθέσεις έχει φέρει στο προσκήνιο την κρίσιμη έλλειψη επαγγελματιών κυβερνοασφάλειας με πρακτική και άμεσα εφαρμόσιμη εμπειρία. Η συνεχής αύξηση στη συχνότητα και την πολυπλοκότητα των κυβερνοεπιθέσεων τονίζει την επείγουσα ανάγκη για προηγμένα εκπαιδευτικά προγράμματα που θα καλύψουν αυτό το κενό δεξιοτήτων. Σε αυτό το πλαίσιο, τα Cyber Ranges διαδραματίζουν καίριο ρόλο, προσφέροντας διαδραστικά περιβάλλοντα μάθησης για τους επαγγελματίες της κυβερνοασφάλειας. Τα παραδοσιακά προγράμματα εκπαίδευσης και πιστοποίησης συχνά αποτυγχάνουν να εξοπλίσουν τα άτομα με τις πρακτικές δεξιότητες που είναι απαραίτητες για να αμυνθούν ενάντια σε πραγματικές κυβερνοεπιθέσεις. Κατά συνέπεια, οι οργανισμοί παραμένουν ευάλωτοι σε εξελιγμένες κυβερνοαπειλές λόγω της έλλειψης εξειδικευμένων επαγγελματιών που μπορούν να μετριάσουν αποτελεσματικά αυτούς τους κινδύνους. Τα Cyber Ranges παρέχουν μια βιώσιμη λύση σε αυτό το κενό δεξιοτήτων προσφέροντας πρακτική εκπαίδευση σε περιβάλλοντα προσομοίωσης που αντικατοπτρίζουν πραγματικές κυβερνοαπειλές. Με την ενσωμάτωση των συμμετεχόντων σε ρεαλιστικά σενάρια, τα Cyber Ranges επιτρέπουν στους επαγγελματίες κυβερνοασφάλειας να αναπτύξουν πρακτικές δεξιότητες και εμπειρία στην αντιμετώπιση διαφόρων κυβερνοεπιθέσεων. Επιπλέον, τα Cyber Ranges διευκολύνουν τη συνεργασία και την ομαδική εργασία, προάγοντας ένα δυναμικό περιβάλλον μάθησης που ευνοεί την ανάπτυξη δεξιοτήτων και την ανταλλαγή γνώσεων. Αυτή η έρευνα προτείνει μια νέα αρχιτεκτονική Cyber Ranges βασισμένη στην τεχνολογία των container, με στόχο την αντιμετώπιση των περιορισμών των τρεχόντων συστημάτων. Παρέχει μια ολοκληρωμένη ανασκόπηση της υπάρχουσας τεχνολογίας και των Cyber Ranges, εντοπίζοντας τα κενά και τις ελλείψεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν. Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική σχεδιάστηκε για να είναι ευέλικτη, αποδοτική και κλιμακούμενη, ενσωματώνοντας προηγμένα χαρακτηριστικά που υποστηρίζουν ρεαλιστικές, μεγάλης κλίμακας προσομοιώσεις κυβερνοαπειλών. Παρουσιάζεται λεπτομερής σχεδιασμός της προτεινόμενης αρχιτεκτονικής, περιγράφοντας τις απαιτήσεις και τις προδιαγραφές που είναι απαραίτητες για την υλοποίησή της. Η μελέτη εξετάζει καινοτόμες μεθόδους εκπαίδευσης χρησιμοποιώντας Cyber Ranges, συμπεριλαμβανομένων στρατηγικών συμπεριφοράς και τεχνικών gamification, για να ενισχύσει την πρακτική εμπειρία μάθησης. Διάφορα σενάρια χρήσης δείχνουν την αποτελεσματικότητα του νέου συστήματος σε ρεαλιστικές καταστάσεις, αναδεικνύοντας τις δυνατότητες και τις προκλήσεις που αντιμετωπίστηκαν κατά την υλοποίηση. Η αξιολόγηση της απόδοσης του συστήματος πραγματοποιείται μέσω σεναρίων stress testing και ανατροφοδότησης από τους χρήστες, συγκρίνοντας τα οφέλη των υλοποιήσεων με βάση τα containers σε σχέση με τα παραδοσιακά συστήματα που βασίζονται σε εικονικές μηχανές. Τα αποτελέσματα δείχνουν σημαντικές βελτιώσεις στην κλιμακωσιμότητα, την προσαρμοστικότητα και την αποδοχή από τους χρήστες, υπογραμμίζοντας την αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης αρχιτεκτονικής στην κάλυψη του κενού δεξιοτήτων στην κυβερνοασφάλεια. Προσφέροντας πρόσβαση σε ρεαλιστικά περιβάλλοντα εκπαίδευσης, το προτεινόμενο σύστημα ETHACA Cyber Ranges ενδυναμώνει τα άτομα να βελτιώσουν τις ικανότητες κυβερνοασφάλειάς τους και συμβάλλει στην ενίσχυση της ανθεκτικότητας των οργανισμών απέναντι σε κυβερνοεπιθέσεις. Η μελέτη παρέχει ιδέες για μελλοντικές ερευνητικές κατευθύνσεις ώστε να βελτιωθούν περαιτέρω οι δυνατότητες και η ενσωμάτωση των Cyber Ranges.