Väitös, matematiikka ja tilastotiede, MSc Joaquín de la Barra Toloza

Väitöskirjan nimi: Models of Portfolio Decision Analysis for Mitigating Risks in Critical Networks

Väittelijä: Joaquín de la Barra Toloza 
Vastaväittäjä: Professori Enrico Zio, Politecnico Milano, Italia
Kustos: Professori Ahti Salo, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu 

Nykyiset yhteiskunnat ovat riippuvaisia kriittisestä infrastruktuurista, kuten sähkö- ja rautatieverkoista, vedenjakelujärjestelmistä ja tietoliikenneverkoista, jotka tuottavat välttämättömiä palveluja. Luonnonuhat, tekniset viat, inhimilliset virheet ja tahalliset hyökkäykset voivat vahingoittaa infrastruktuuria ja häiritä sen toimintaa. Infrastruktuurista vastaavien toimijoiden on siksi päätettävä, miten rajalliset resurssit käytetään vikojen ennaltaehkäisyyn, haavoittuvien osien vahvistamiseen ja palvelujen palauttamiseen häiriöiden jälkeen.

Väitöskirjassa kehitetään menetelmiä näiden päätösten tueksi. Niiden avulla voidaan esimerkiksi arvioida, mitä sähkö- tai rautatieverkon osia tulisi vahvistaa ja missä järjestyksessä häiriöstä kärsineitä rautatieverkon osia tulisi palauttaa toimintaan. Menetelmissä huomioidaan, ettei tulevia häiriöitä voida ennustaa varmasti ja että yhden ominaisuuden parantaminen voi edellyttää kompromisseja muiden ominaisuuksien kanssa. Tutkimus yhdistää infrastruktuurin suorituskyvyn arvioinnin, vaihtoehtoisten toimenpiteiden vertailun sekä rajallisten resurssien kohdentamisen.

Sähkönjakeluverkoille kehitetään menetelmä kustannustehokkaiden vahvistamistoimenpiteiden yhdistelmien tunnistamiseen. Se tukee päätöksentekoa myös silloin, kun eri uhkien todennäköisyydet tai luotettavuustavoitteiden suhteellinen tärkeys tunnetaan vain osittain. Näin investointeja voidaan vertailla ilman tarkkoja tietoja, joita voi olla vaikea saada.

Rautatiejärjestelmille kehitetään menetelmiä palvelujen kannalta kriittisimpien osien tunnistamiseen ja investointien kohdentamiseen palvelujen luotettavuuden ja häiriönsietokyvyn parantamiseksi. Lisäksi tarkastellaan, missä järjestyksessä häiriöstä kärsineet osat tulisi palauttaa toimintaan palvelujen kokonaismenetyksen minimoimiseksi. Menetelmillä voidaan huomioida useita palveluja ja tavoitteita rajallisia resursseja kohdennettaessa.

Väitöskirjassa tarkastellaan myös väärennettyjen mikrosirujen toimitusketjujen häirintää. Väärennettyjä mikrosiruja voi päätyä laillisiin toimitusketjuihin ja siten vaikuttaa elektronisista komponenteista riippuvaiseen kriittiseen infrastruktuuriin. Koska torjuntaan käytettävät resurssit ovat rajalliset, viranomaisten on päätettävä, mitä toimenpiteitä käytetään ja mihin ne kohdistetaan. Toimittajat ja ostajat voivat puolestaan muuttaa toimintaansa toimenpiteiden seurauksena. Kehitetty malli huomioi nämä reaktiot ja auttaa tunnistamaan toimenpideyhdistelmiä, joilla väärennettyjen mikrosirujen kauppaa voidaan vähentää.

Kokonaisuutena väitöskirja osoittaa, miten riskien arviointia, päätösanalyysia ja matemaattista optimointia voidaan yhdistää kriittisen infrastruktuurin vahvistamista ja palauttamista sekä siihen kohdistuvien uhkien torjuntaa koskevan päätöksenteon tueksi. Menetelmät tukevat päätöksentekoa myös silloin, kun tiedot tulevista uhista tai eri tavoitteiden tärkeydestä ovat puutteellisia. Infrastruktuurista vastaavat toimijat, järjestelmäoperaattorit ja päätöksentekijät voivat hyödyntää menetelmiä vaihtoehtojen vertailussa ja rajallisten resurssien tehokkaassa kohdentamisessa.

Avainsanat: kriittiset infrastruktuurit, todennäköisyyspohjainen riskinarviointi, portfoliopäätösanalyysi, tasapainomallit

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu.

Yhteystiedot: joaquin.delabarra@aalto.fi