Doctoral Thesis

Cybersecurity and Resilience of Communication Protocols in Critical Infrastructure

Final Thesis 3.64 MB Summary of Thesis 3.64 MB

Author of thesis: Ing. Petr Ilgner, Ph.D.

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Petr Číka, Ph.D.

Reviewers: doc. Ing. Martin Kyselák, Ph.D., prof. RNDr. Tomáš Pitner, Ph.D.

Abstract:

This doctoral thesis focuses on the cybersecurity of communication protocols used in critical infrastructure systems, with particular emphasis on the energy sector. It analyzes selected industrial communication protocols, namely IEC 60870-5-101, IEC 60870-5-104, IEC 60870-6 (TASE.2), and Modbus, in terms of their architecture, communication principles, and security limitations.

The thesis includes the proposal and implementation of a testing methodology aimed at evaluating the resilience of selected components of critical infrastructure. An experimental environment was developed for the generation and collection of TASE.2 protocol data, and the performance parameters of the communication were evaluated. The work also presents the implementation of a fuzzing framework for industrial communication protocols, enabling the identification of vulnerabilities and the analysis of system behavior under non-standard conditions. Furthermore, the thesis addresses the physical security of devices used within critical infrastructure environments.

Keywords:

critical infrastructure, cyber security, SCADA systems, communication protocols, IEC 60870‑5, TASE.2, Modbus, fuzzing, industrial control systems, IIoT, smart grids

Date of defence

19.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Process of defence

Doktorand přehledně přednesl výsledky své práce a zodpověděl fundovaně na všechny otázky členů komise a oponentů.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

Department

Department of Telecommunications

Study programme

Teleinformatics (DKC-TLI)

Composition of Committee

prof. Ing. Zdeněk Smékal, CSc. (předseda)
doc. Ing. František Urban, CSc. (člen)
doc. Ing. Petr Mlýnek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Martin Kyselák, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Tomáš Pitner, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jiří Hošek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Petr Číka, Ph.D.

Práce byla zaměřena na bezpečnost komunikačních technologií v energetice a bezpečnost zařízení v rámci Industrial Internet of Things (IIoT). Vymezené cíle práce považuji za splněné a ověřené při řešení řady národních a mezinárodních výzkumných projektů. Zvláště oceňuji dopady výsledků do praxe, kdy jedno z navržených bezpečnostních řešení pro IIoT bylo ověřeno a implementováno komerčním partnerem v Jižní Koreji do senzorů monitorujících pohyb osob.
Přestože byl výzkum převážně aplikovaného charakteru a zaměřoval se zejména na praktické výstupy, lze konstatovat, že dosažené výsledky mají dobrý vědecký základ a byly validovány vědeckou komunitou v rámci recenzních řízení na relevantních mezinárodních konferencích a v impaktovaných vědeckých časopisech.
Po formální stránce práce odpovídá požadavkům kladeným na disertační práci. Popisu praktických výsledků předchází teoretický úvod do dané problematiky. Jednotlivé části práce místy postrádají lepší vzájemné propojení a v textu se vyskytují drobné formální nedostatky.
Definované cíle práce, jejich naplnění i publikační aktivity odpovídají standardům kladeným na vědeckou práci v daném oboru. Z výše uvedených důvodů práci doporučuji k obhajobě.

Reviewer’s report
doc. Ing. Martin Kyselák, Ph.D.

viz pdf
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 803,96 kB

Reviewer’s report
prof. RNDr. Tomáš Pitner, Ph.D.

viz pdf
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 43,32 MB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová