O setor de óleo e gás é um dos pilares da economia global, fornecendo a energia necessária para diversas indústrias e consumidores finais. No entanto, com a crescente digitalização das operações, este setor também se tornou um alvo atrativo para ciberataques. A segurança cibernética, portanto, é uma preocupação crítica, e a Inteligência Artificial (IA) está emergindo como uma ferramenta poderosa para proteger essas infraestruturas essenciais. 

Uma breve história da Inteligência Artificial
O conceito de Inteligência Artificial (IA) já vem de longa data. O termo foi cunhado pela primeira vez por John McCarthy em 1956 através de sua pesquisa relacionada a raciocínio simbólico. 
Entretanto na década de 1980, uma nova abordagem chamada Aprendizado de Máquina (ML) emergiu. ML está focado em ensinar computadores a partir de uma base de dados específicas. A partir deste no conceito de ML vários algoritmos de aprendizado foram desenvolvidos. Como exemplo temos árvores de decisão, máquina de vetores de suporte e redes neurais artificiais. A partir de 2010 iniciou-se uma nova revolução com as redes neurais profundas, alimentadas por avanços no poder computacional, que permitiu o processamento de uma grande quantidade de dados. Esta revolução levou a IA a um novo patamar, capaz de tarefas como reconhecimento de imagem e fala. Atualmente a Inteligência Artificial passa por um novo processo revolucionário e evolutivo com o desenvolvimento dos Modelos de Linguagem Longa (LLM).

Inteligência Artificial e suas vertentes
A IA de acordo com a Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico é definida como “sistema baseado em máquina que pode, para um determinado conjunto de objetivos definidos pelo ser humano, fazer previsões, recomendações ou decisões que influenciam ambiente reais ou virtuais”. IA é um campo abrangente, podendo envolver métodos baseados em aprendizagem ou não. Para um melhor entendimento a figura abaixo mostra como está dividida a IA.

Inteligência Artificial aplicada a cibersegurança
A inteligência artificial (IA) desempenha um papel crucial na cibersegurança moderna, oferecendo soluções avançadas para detectar, prevenir e mitigar ameaças. Com o uso de algoritmos de aprendizado de máquina, sistemas de IA podem analisar grandes volumes de dados em tempo real, identificando padrões anômalos que podem indicar atividades maliciosas. Redes Neurais Profundas (ANN) são empregadas para reconhecer e classificar malware com alta precisão, enquanto técnicas de Processamento de Linguagem Natural (NLP) são utilizadas para detectar tentativas de phishing e analisar comunicações em busca de sinais de ameaça interna. Além disso, Redes Adversárias Generativas (GANs) são usadas para simular ataques cibernéticos, ajudando na preparação e fortalecimento das defesas. A IA também aprimora os sistemas de detecção de intrusão, automatizando a identificação e resposta a incidentes de segurança. Com essas capacidades, a IA não só aumenta a eficiência dos profissionais de cibersegurança, mas também reduz significativamente o tempo de resposta a incidentes, melhorando a proteção contra um cenário de ameaças em constante evolução.

Desafios da Cibersegurança no setor de óleo e gás
O setor de óleo e gás apresenta uma grande fragilidade em relação a possíveis ataques a sua infraestrutura. Essa fragilidade resulta dos principais pontos destacados a seguir:

Complexidade das Operações
As operações no setor de óleo e gás são altamente complexas, envolvendo múltiplas fases, como exploração, produção, refino, transporte e distribuição. Cada uma dessas fases depende de uma vasta rede de Sistemas de Controle Industrial (ICS) e Tecnologias Operacionais (OT), que são frequentemente interconectadas com sistemas de TI corporativos. A proteção dessas redes interconectadas é um desafio significativo.

Ameaças e Vulnerabilidades
As ameaças cibernéticas no setor de óleo e gás são diversas e incluem malware, ransomware, ataques de Negação de Serviço (DDoS), espionagem industrial e sabotagem. Além disso, as vulnerabilidades nos sistemas de controle industrial, muitas vezes devido ao uso de softwares e hardwares antigos, aumentam os riscos de ataques bem-sucedidos.

Impacto Potencial
Um ciberataque bem-sucedido no setor de óleo e gás pode ter consequências devastadoras, incluindo interrupções na produção, danos ambientais, perda de propriedade intelectual e riscos à segurança dos trabalhadores. Além disso, o impacto financeiro de um ataque pode ser significativo, tanto em termos de perdas diretas quanto de custos associados à recuperação e mitigação.

Inteligência Artificial na cibersegurança do setor de óleo e gás
A inteligência artificial está se tornando um componente essencial das estratégias de segurança cibernética, oferecendo capacidades avançadas para detectar, prevenir e responder a ameaças cibernéticas. A seguir serão apresentados os principais algoritmos relacionados a aplicação da IA em segurança cibernética no setor de óleo e gás. 

- Aprendizado de Máquina (Machine Learning)
O Aprendizado de Máquina é uma ferramenta poderosa para varredura de dados e detecção de determinadas anomalias na rede. O tipo de aprendizado dependerá basicamente da disponibilidade de dados e da finalidade pretendida com a ferramenta. Cada algoritmo de aprendizado de máquina tem sua aplicação específica na segurança cibernética. 

O aprendizado de máquina envolve o desenvolvimento de algoritmos que podem aprender a partir de dados e melhorar suas previsões ou ações com o tempo. No contexto da segurança cibernética, o aprendizado de máquina pode ser usado para detectar padrões anômalos em grandes volumes de dados de rede, identificar comportamentos maliciosos e prever possíveis ameaças.

Os principais algoritmos de aprendizado de máquina:
• Aprendizado Supervisionado: Algoritmos como árvores de decisão, máquinas de vetores de suporte (SVM) e redes neurais são usados para detecção e classificação de malware. Por exemplo, treinar um modelo em dados rotulados para distinguir entre software malicioso e benigno.
• Aprendizado Não Supervisionado: Algoritmos de agrupamento, como k-means ou DBSCAN, ajudam na detecção de anomalias ao identificar padrões que se desviam da norma no tráfego de rede ou no comportamento do usuário.
• Aprendizado por Reforço: Usado para medidas de segurança adaptativas, onde os sistemas aprendem respostas ótimas a ameaças cibernéticas por tentativa e erro. Por exemplo, o aprendizado por reforço pode otimizar configurações de firewall dinamicamente.

- Processamento de Linguagem Natural (NLP): O Processamento de Linguagem Natural (PLN) é uma área da ciência da computação e da inteligência artificial focada em capacitar computadores para compreender, interpretar e gerar linguagem humana de maneira útil e significativa. Utilizando uma combinação de métodos computacionais e linguísticos, o PLN permite que máquinas realizem tarefas como tradução automática, reconhecimento de fala, análise de sentimentos, sumarização de textos e resposta automática a perguntas. Este campo explora como os computadores podem ser programados para processar e analisar grandes quantidades de dados de linguagem natural, visando a automação de diversas funções de comunicação e análise, e a criação de interfaces mais naturais e intuitivas entre humanos e máquinas.

Os algoritmos de Processamento de Linguagem Natural (PLN) desempenham um papel crucial em várias aplicações de cibersegurança, ajudando a identificar, analisar e neutralizar ameaças de forma automatizada. Aqui estão alguns dos algoritmos e técnicas de PLN comumente utilizados em cibersegurança:
• Análise de Sentimento: Utilizada para monitorar e analisar comunicações nas redes sociais ou fóruns online para detectar sentimentos negativos ou hostis que possam indicar atividades maliciosas ou emergentes de phishing e engenharia social.
• Classificação de Texto: Algoritmos de classificação são usados para identificar e categorizar automaticamente e-mails ou outras mensagens como spam, phishing ou outros tipos de conteúdos maliciosos. Modelos como redes neurais, SVM (Support Vector Machines) e florestas aleatórias são frequentemente empregados.
• Extração de Entidades Nomeadas (Named Entity Recognition, NER): Esta técnica identifica e classifica elementos-chave nos textos, como nomes de pessoas, organizações, locais ou informações técnicas. Em cibersegurança, isso pode ajudar a identificar dados sensíveis ou pontos de interesse em comunicações que precisam de atenção especial.
• Análise de Tópicos: Métodos como LDA (Latent Dirichlet Allocation) são usados para descobrir os tópicos predominantes em grandes volumes de texto. Isso pode ser usado para monitorar comunicações internas e detectar discussões sobre tópicos suspeitos ou fora do comum.
• Modelos de Detecção de Anomalias: Algoritmos de aprendizado de máquina que aprendem padrões de linguagem "normal" e são capazes de identificar desvios desses padrões, que podem indicar tentativas de intrusão ou outras atividades maliciosas.

- Aprendizado Profundo: O aprendizado profundo ou deep learning, é um subcampo do aprendizado de máquina que emprega redes neurais com várias camadas (chamadas de redes neurais profundas) para modelar abstrações complexas nos dados. Essas redes são compostas de nós, semelhantes aos neurônios do cérebro humano, organizados em camadas que processam informações sequencialmente, permitindo que o modelo aprenda hierarquias de características desde as mais simples até as mais complexas. O aprendizado profundo é particularmente poderoso para tarefas que envolvem grandes volumes de dados e requerem reconhecimento de padrões, como visão computacional, processamento de linguagem natural, e diagnósticos médicos automáticos, pois consegue identificar padrões sutis e complexos que métodos mais simples não conseguem. A capacidade de aprender representações internas progressivamente mais refinadas dos dados permite que esses sistemas melhorem continuamente seu desempenho com o aumento da quantidade de dados e da capacidade computacional.

Os principais algoritmos de aprendizado profundo, que compõem a espinha dorsal de muitos sistemas avançados de inteligência artificial, incluem várias arquiteturas de redes neurais que são especializadas para diferentes tipos de problemas de dados e tarefas. Aqui estão algumas das mais importantes utilizadas em cibersegurança:
• Redes Neurais Convolucionais (CNNs): Usadas no reconhecimento de imagens para analisar imagens e capturas de tela a fim de detectar conteúdo malicioso ou sites de phishing.
• Redes Neurais Recorrentes (RNNs) e Redes de Memória de Longo Prazo (LSTM): Eficazes na análise de sequências de dados, como logs de comportamento do usuário, para prever e identificar possíveis violações de segurança.

- Redes Adversárias Generativas (GANs)
Redes Adversárias Generativas (GANs) são uma classe de algoritmos de aprendizado de máquina no campo do aprendizado profundo, projetadas para gerar novos dados que imitam um conjunto de dados de treinamento real. GANs consistem em duas redes neurais em competição: o gerador e o discriminador. O gerador cria amostras novas, tentando imitar os dados reais, enquanto o discriminador avalia essas amostras, diferenciando-as das reais. Ao treinar essas redes em conjunto, o gerador aprende progressivamente a produzir dados cada vez mais próximos dos reais, e o discriminador aprimora sua capacidade de detectar falsificações. Este modelo é amplamente utilizado em aplicações como a criação de imagens artísticas, simulação de cenários para treinamento de modelos de visão computacional, geração de exemplos para testes de robustez e até na síntese de voz ou música.

Redes Adversárias Generativas (GANs) estão sendo utilizadas de maneiras inovadoras na área de cibersegurança, tanto para reforçar as defesas quanto para criar sofisticadas formas de ataque. Aqui estão alguns dos principais algoritmos de GANs e suas aplicações em cibersegurança:
• DeepExploit: Um exemplo de GAN utilizado para gerar automaticamente métodos de exploração. Ele aprende a modificar os ataques de software existentes para explorar vulnerabilidades desconhecidas em sistemas. Isso permite que pesquisadores e profissionais de segurança identifiquem e corrijam essas vulnerabilidades antes que sejam exploradas maliciosamente.
• MalGAN: MalGAN é um modelo de GAN projetado para gerar variantes de malware que podem evadir sistemas de detecção baseados em aprendizado de máquina. O gerador cria amostras de malware, enquanto o discriminador (um modelo de detecção de malware) tenta detectá-las. Isso ajuda a testar e melhorar a robustez dos sistemas de detecção de malware.
• IDSGAN: Focado em evadir Sistemas de Detecção de Intrusão (IDS), o IDSGAN gera tráfego de rede malicioso que parece normal. O objetivo é melhorar os sistemas de IDS treinando-os contra-ataques mais sofisticados e difíceis de detectar, aumentando assim sua eficácia.
• AT-GAN: AT-GAN é utilizado para testar sistemas de autenticação biométrica, gerando amostras biométricas falsas (como impressões digitais ou imagens de rosto) para tentar enganar esses sistemas. Isso é crucial para avaliar e reforçar a segurança de sistemas biométricos contra tentativas de falsificação.

Esses algoritmos exemplificam como as GANs podem ser empregadas para criar desafios de segurança mais complexos e realistas, permitindo que os defensores desenvolvam sistemas mais resistentes e preparados para enfrentar as táticas de adversários reais. No entanto, também destacam o potencial uso malicioso das GANs, sublinhando a necessidade de pesquisa contínua para manter a segurança eficaz.

Conclusão
A segurança cibernética no setor de óleo e gás é uma preocupação crítica, e a inteligência artificial oferece soluções avançadas para proteger essas infraestruturas essenciais. Algoritmos de aprendizado de máquina, processamento de linguagem natural e aprendizado profundo estão sendo utilizados para detectar, prevenir e responder a ameaças cibernéticas de maneira eficaz. Apesar dos desafios na implementação, os benefícios da IA na melhoria da segurança cibernética são claros, proporcionando uma proteção robusta e proativa para operações críticas.
Com investimentos contínuos em tecnologias de IA e a capacitação de talentos, o setor de óleo e gás está bem-posicionado para enfrentar os desafios da segurança cibernética e garantir a resiliência e a continuidade de suas operações. A adoção estratégica de soluções baseadas em IA não apenas fortalece a defesa contra ciberataques, mas também contribui para a eficiência operacional.

Sobre o autor:  Affonso Lima Vianna Junior é graduado em Engenharia Mecânica pela UGF, com mestrado e doutorado em Engenharia Oceânica pela COPPE-UFRJ. Tecnólogo em Análise e Desenvolvimento de Sistemas pela UNESA e Especialização em Computação Forense e Segurança da Informação pelo IPOG. Tem 40 anos de experiência na área de engenharia já tendo assumido funções de gerenciamento e coordenação nos setores de Óleo e Gás, Naval e Gases Industriais. Experiência também de 12 anos na área acadêmica como professor e coordenador de curso e pós-graduação.