År 2026, i rusningstid, din självkörande bil stängs abrupt av precis där den blockerar trafiken. Du klättrar ut för att se gridlock nerför varje gata i sikte, sedan berättar en nyhetsvarning på din klocka att hackare har paralyserat all trafik på Manhattan genom att slumpmässigt stranda internetanslutna bilar.

Flashback till juli 2019, gryningen av autonoma fordon och andra uppkopplade bilar, och fysiker vid Georgia Institute of Technology and Multiscale Systems, Inc. har tillämpat fysik i en ny studie för att simulera vad som krävs för framtida hackare att orsaka exakt denna utbredda förödelse genom att slumpmässigt stranda dessa bilar. Forskarna vill utöka den nuvarande diskussionen om cybersäkerhet i bilar, som främst fokuserar på hackor som kan krascha en bil eller köra på en fotgängare, att inkludera potentiell massakaos.

De varnar för att även med allt stramare cyberförsvar, mängden dataintrång har skjutit i höjden under de senaste fyra åren, men objekt som blir hackbara kan omvandla det ökande cyberhotet till ett potentiellt fysiskt hot.

"Till skillnad från de flesta dataintrång vi hör om, hackade bilar har fysiska konsekvenser, sa Peter Yunker, som medledde studien och är biträdande professor vid Georgia Tech's School of Physics.

Det kanske inte är så svårt för staten, terroristisk, eller busiga skådespelare för att behärska delar av internet of things, inklusive bilar.

"Med bilar, en av de oroande sakerna är att det för närvarande faktiskt finns ett centralt datorsystem, och mycket går igenom det. Du behöver inte nödvändigtvis ha separata system för att köra din bil och köra din satellitradio. Om du kan komma in i en, du kanske kan komma in i den andra, " sa Jesse Silverberg på Multiscale Systems, Inc., som ledde studien tillsammans med Yunker.

Frysande trafik fast

I simuleringar av att hacka internetanslutna bilar, forskarna frös trafiken på Manhattan nästan fast, och det skulle inte ens behövas för att orsaka förödelse. Här är deras resultat, och siffrorna är konservativa av skäl som nämns nedan.

"Att slumpmässigt stanna 20 procent av bilarna under rusningstid skulle innebära total trafikstopp. Vid 20 procent, staden har delats upp i små öar, där du kanske kan gå runt några kvarter, men ingen skulle kunna flytta över staden, sa David Yanni, en forskarassistent i Junkers labb.

Alla bilar på vägen skulle inte behöva vara anslutna, precis tillräckligt för att hackare ska stanna 20 procent av alla bilar på vägen. Till exempel, om 40 procent av alla bilar på vägen var anslutna, hacka hälften skulle räcka.

Att hacka 10 procent av alla bilar i rusningstid skulle försvaga trafiken tillräckligt mycket för att förhindra utryckningsfordon från att på ett ändamålsenligt sätt skära igenom trafiken som rör sig längs med staden. Samma sak skulle hända med ett hack på 20 procent under mellanliggande dagtrafik.

Forskarnas resultat visas i tidskriften Fysisk granskning E den 20 juli, 2019. Studien är inte föremål för embargo.

Det kan ta mindre

För att staden ska vara säker, intrångsskadan måste ligga under det. I andra städer, saker kan vara värre.

"Manhattan har ett fint rutnät, och det gör trafiken mer effektiv. Om man tittar på städer utan stora nät som Atlanta, Boston, eller Los Angeles, och vi tror att hackare kan göra värre skada eftersom ett rutnät gör dig mer robust med redundanser för att komma till samma platser längs många olika vägar, sa Yunker.

Forskarna utelämnade faktorer som sannolikt skulle förvärra hackningsskador, Därför kan ett verkligt hack kräva att ännu färre bilar stannar för att stänga av Manhattan.

"Jag vill betona att vi bara övervägde statiska situationer — om vägar är blockerade eller inte blockerade. I många fall, blockerade vägar spiller över trafik till andra vägar, som vi inte heller tog med. Om vi ​​skulle ta hänsyn till dessa andra saker, antalet bilar du skulle behöva stanna skulle sannolikt minska avsevärt, sa Yunker.

Forskarna tog inte heller hänsyn till att offentlig panik uppstod eller att bilister blev fotgängare som ytterligare skulle blockera gator eller orsaka olyckor. De övervägde inte heller hacks som skulle rikta in sig på bilar på platser som maximerar problem.

De betonar också att de inte är experter på cybersäkerhet, de säger inte heller något om sannolikheten för att någon ska utföra ett sådant hack. De vill helt enkelt ge säkerhetsexperter en beräkningsbar uppfattning om omfattningen av ett hack som skulle stänga en stad.

Forskarna har några generella idéer om hur man kan minska den potentiella skadan.

"Dela upp det digitala nätverket som påverkar bilarna för att göra det omöjligt att komma åt för många bilar via ett nätverk, " sa huvudförfattaren Skanka Vivek, en postdoktor i Yunkers labb. "Om man också kunde se till att bilar bredvid varandra inte kan hackas samtidigt, skulle det minska risken för att de blockerar trafiken tillsammans."

Trafikstockningar som fysik

Yunker forskar i mjuk materiens fysik, som tittar på hur beståndsdelar – i det här fallet, uppkopplade bilar – fungerar som ett helt fysiskt fenomen. Forskargruppen analyserade bilarnas rörelser på gator med varierande antal körfält, inklusive hur de tar sig runt fastnade fordon och fann att de kunde tillämpa en fysikinställning på vad de observerade.

"Om trafiken stoppas eller inte kan förklaras av klassisk perkolationsteori som används inom många olika områden inom fysik och matematik, sa Yunker.

Perkolationsteori används ofta inom materialvetenskap för att avgöra om en önskvärd kvalitet som en specifik styvhet kommer att spridas genom ett material för att göra slutprodukten jämnt stabil. I detta fall, stannade bilar spred sig för att göra tidigare flytande gator stela och fastnade.

De stängda gatorna skulle bara vara de där hackade bilar har stängt av alla körfält eller där de har blivit hinder som andra bilar inte kan manövrera runt och inkluderar inte gator där hackade bilar fortfarande tillåter trafikflödet.

Forskarna valde Manhattan för sina simuleringar eftersom det fanns mycket data om stadens trafikmönster.