Security and privacy in smart grid ecosystems

Abstract

The rapid evolution and widespread adoption of digital technologies have reshaped critical infrastructures, presenting unprecedented opportunities alongside significant cybersecurity challenges. This thesis addresses these challenges by introducing innovative security frameworks that integrate hybrid approaches combining Public Key Infrastructure with Web-of-Trust principles to enhance the resilience and scalability of secure communications, while enabling decentralized trust management and secure energy exchange within smart grid environments. Additionally, it provides a comprehensive analysis of vulnerabilities in Ethereum smart contracts by examining millions of contracts deployed between 2016 and 2024. The analysis reveals prevalent security weaknesses, underscoring the urgent need for improved development practices and stringent security standards in decentralized applications. Moreover, the research explores the interplay among key regulatory frameworks within the European Union, such as the AI Act, GDPR, and NIS2 Directive, advocating for a unified and coordinated governance strategy that promotes ethical standards, transparency, accountability, and fairness in AI systems. The thesis further identifies the need for an integrated approach, combining technical solutions and regulatory compliance to mitigate risks related to data breaches, algorithmic bias, and privacy violations. This comprehensive exploration aims to foster trust, enhance user empowerment, and protect fundamental human rights, ensuring that AI and digital technologies are developed and deployed responsibly. Ultimately, the research highlights the importance of a cohesive, interdisciplinary strategy to effectively manage emerging threats and advance cybersecurity in an increasingly interconnected digital landscape.

Η ταχεία εξέλιξη και η ευρεία υιοθέτηση των ψηφιακών τεχνολογιών έχουν αναδιαμορφώσει κρίσιμες υποδομές, προσφέροντας πρωτοφανείς ευκαιρίες αλλά και σημαντικές προκλήσεις στον τομέα της κυβερνοασφάλειας. Η παρούσα διατριβή αντιμετωπίζει αυτές τις προκλήσεις εισάγοντας καινοτόμα πλαίσια ασφαλείας που ενσωματώνουν υβριδικές προσεγγίσεις, συνδυάζοντας υποδομές δημόσιου κλειδιού (Public Key Infrastructure) με αρχές Δικτύου Εμπιστοσύνης (Web-of-Trust), με στόχο την ενίσχυση της ανθεκτικότητας και της επεκτασιμότητας των ασφαλών επικοινωνιών, καθώς και την υποστήριξη αποκεντρωμένης διαχείρισης εμπιστοσύνης και ασφαλούς ανταλλαγής ενέργειας σε περιβάλλοντα έξυπνων δικτύων. Επιπλέον, πραγματοποιεί μία εκτενή ανάλυση ευπαθειών στα έξυπνα συμβόλαια του Ethereum, εξετάζοντας εκατομμύρια συμβόλαια που αναπτύχθηκαν μεταξύ 2016 και 2024, αποκαλύπτοντας ευάλωτα σημεία και επισημαίνοντας την ανάγκη βελτίωσης των πρακτικών ανάπτυξης και αυστηρών προτύπων ασφάλειας στις αποκεντρωμένες εφαρμογές. Επιπλέον, η διατριβή εξετάζει την αλληλεπίδραση βασικών κανονιστικών πλαισίων της Ευρωπαϊκής Ένωσης, όπως το AI Act, ο GDPR και η Οδηγία NIS2, υποστηρίζοντας μια ενιαία και συντονισμένη στρατηγική διακυβέρνησης που προωθεί την ηθική, τη διαφάνεια, την υπευθυνότητα και τη δικαιοσύνη στα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης. Η εργασία αναδεικνύει επίσης την ανάγκη μιας ολοκληρωμένης προσέγγισης, που συνδυάζει τεχνικές λύσεις και συμμόρφωση με τους κανονισμούς, για την αντιμετώπιση κινδύνων που σχετίζονται με παραβιάσεις δεδομένων, αλγοριθμική μεροληψία και παραβιάσεις της ιδιωτικότητας. Αυτή η ολιστική προσέγγιση αποσκοπεί στην ενίσχυση της εμπιστοσύνης και της ανθεκτικότητας στον κυβερνοχώρο, εντός ενός ολοένα και πιο διασυνδεδεμένου ψηφιακού περιβάλλοντος.