Wolfgang Fritsche, IABG - Cyber Security Challenge Germany

Wolfgang Fritsche, IABG
Berlin, 02.-03.02.2015
Ziele von Industrie 4.0
Herausforderungen für die Sicherheit
Aktivitäten zu ersten Lösungsansätzen
Weitere Aktivitäten
Zusammenfassung
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Industrie 4.0 fokusiert auf Fertigungs- und
Produktionsindustrie
Kernziele von Industrie 4.0
Flexibilisierung der Fertigung
Individualisierung bei Serienfertiung („Losgröße 1“)
Integrierte Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette
(Einbindung von Kunden und Geschäftspartnern)
Erhalt der Wettbewerbsstärke
Um die Kernziele zu erreichen, ist eine Vernetzung
aller Instanzen der Wertschöpfungskette
erforderlich
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ERP
MES
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SOA + Pub/Sub für M2B
(nicht echtzeitrelevant)
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Produkt mit seinem
IT-Repräsentant. z.B.
per RFID, NFC, etc.
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TCP/UDP/IP-basiert
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I/O-Modul
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Echtzeit SOA
+ Pub/Sub für
M2M mit D1ms
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Quelle: IEC61131-3
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Durchgängige vertikale Vernetzung:
Kunde, ERP, Supplier, MES, SCADA,
factory floor, …
Echtzeitfähigkeit: Bestimmte Prozesse
erfordern Echtzeitfähigkeit bis zu 1ms
Automatisierungspyramide
Zeitsynchronisation: Bestimmte Prozesse
erfordern synchron / isochron
Drahtlos und drahtgebunden: Bestimmte
Prozesse erfordern drahtlose Vernetzung
(z.B. Steuerung beweglicher Teile)
Eindeutige und sichere Identifizierung:
Anmerkung – IP (IPv6) Adressen eignen
sich hier nicht
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Mehr als 86 % der Maschinenbau-Firmen
setzen Ethernet-Technologien ein
Mehr als 71% setzen Echtzeit-Ethernet ein
ProfiNet ist Marktführer bei den Echtzeit-EthernetProtokollen
Hauptkritikpunkt: Zu viele verschiedene
Standards treiben Kosten für Integration
Erforderliche Gateways, Inkompatibilitäten, …
Quelle: Quest TechnoMarketing, 2013
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Quelle: Quest TechnoMarketing, 2013
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Bedeutung von Sicherheit
für Industrie 4.0
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Industrial Control Systems / Cyber Physical
Systems (Steuer- und Regelungsgeräte) haben
mehrere Limitierungen bzgl. Sicherheit
Eingeschränkte Performance bewirkt Limitierung bei
Sicherheitsmechanismen
Wenig / keine Sicherheitsmechanismen implementiert
Einschränkung hinsichtlich Veränderungen / Updates
wegen Haftung
Probleme bei Durchführung von Veränderungen / Updates
wegen 24/7 operativer Betrieb
Oftmals proprietärer Code ohne Robustheit ggü.
möglichen Angriffen
Häufig keine regelmäßigen Software Updates vorhanden
Keine direkte Nutzerschnittstelle
…
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Infektion mit Schadsoftware über Internet und
Intranet
Einschleusen von Schadsoftware über
Wechseldatenträger und externe Hardware
Social Engineering
Menschliches Fehlverhalten und Sabotage
Einbruch über Fernwartungszugänge
Quelle: BSI
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Internet-verbundene Steuerungskomponenten
Technisches Fehlverhalten und höhere Gewalt
Kompromittieren von Smartphones im
Produktionsumfeld
Kompromittieren von Extranet und CloudKomponenten
(D)DoS Angriffe
Quelle: BSI
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Maleware, die speziell für Angriffe auf SCADASysteme entwickelt wurde
Anwendungsfeld: z.B. Frequenzumrichter, die bei
Steuerung von Industrieanlagen eingesetzt werden.
U.a. Störung von Anlagen des iranischen Atomprogramms
Infizierung von Programmiergeräten mit Ethernet,
USB, Profibus Schnittstellen und
Programmiersoftware
Eigenständige Verbreitung auf weitere Programmiergeräte
Bei Anschluss von Programmiergeräten an
Steuerungsanlage erfolgt die Manipulation der
Anlage
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Mögliche Herangehensweise
Analyse eines Prozesses und Unterteilung in
Prozessabschnitte
Identifikation der jeweiligen Assets in den einzelnen
Prozessabschnitten
Identifikation der Security Anforderungen der
verschiedenen Assets (abgeleitet aus den
Schutzzielen aus Sicht des Vertriebs, Wettbewerbs
und Datenschutz)
Confidentiality
Integrity
Availability
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Beispiel: Produktfertigungsprozess
Assets im Prozessabschnitt „Auftrag“
Kundenbeziehungen (C, I, A)
 Geschäftshistorie (C, I, A)
…
Produktinformationen (C, I, A)
Virtuelles Produktmodell (C, I, A)
Kunden- und Vertragsdaten (C, I, A)
 Name (C, I, A)
 Bonität (C, I, A)
…
Assets im Prozessabschnitt „Produktion“
Verfügbarkeit und Zustandsdaten der Fertigungsanlage (C, I, A)
Auslastung und Qualität der Zulieferer (C, I, A)
Informationen über Produkteigenschaften und -qualität sowie
Prozessqualität (C, I, A)
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Sichere Identitäten sind u.a. erforderlich zur
Durchführung von Produktionsaufträgen
Nachvollziehung von Aufträgen
Umsetzung von Sicherheitsfunktionen
Mögliche Anforderungen an sichere Identitäten
Eindeutigkeit (kontextbezogen, ggf. weltweit)
Manipulationssicher
Nachweisbar (Identifizierung)
Vereinbar mit Datenschutz (Pseudonymisierung,
Anonymisierung)
Dauerhaft
…
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Ansatz: Verwendung von OPC
UA
Optimiertes TCP-basierte Binärprotokoll oder webbasiert
Unabhängigkeit
Von Hersteller, Branche, Betriebssystem,
Kommunikationsprotokoll
Skalierbarkeit
OPC UA Architektur
Quelle: www.elektroniknet.de
Ab 15 kByte footprint
Unterstützung von Plug & Produce
Mechanismen zur Bekanntmachung von
Teilnehmern und deren Funktion
Standardisierung ermöglicht
Konformitätsprüfung
IEC 62541
OPC UA in Industrie 4.0
Quelle: www.automationworld.com
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Sicherheitsmechanismen in OPC UA
User Level Security
Server authentifiziert Client anhand Token und autorisiert
Objektzugriff für Benutzer
Application Level Security
Austausch von Zertifikaten (z.B. X.509) zwischen Client und Server
Transport Level Security
Verschlüsselung der ausgetauschten Datenpakete (z.B. Verwendung
von SSL/TLS, AES, …)
Skalierbares Sicherheitskonzept
Quelle: OPC Foundation
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Vielfalt relevanter Funktechnologien für Sensorik und
Steuerung bringt eigene (proprietäre) Sicherheitsmechanismen
WirelessHART
ZigBee / IEEE 802.15.4 (symmetrische Verschlüsselung und MAC)
Bluetooth (verschiedene Sicherheitsmodi)
WLAN (z.B. 802.11i)
RFID (z.B. Challenge-Response Authentifizierung)
Weiterentwicklung von IEEE 802.15.4 (e)
Timeslotted Channel Hopping Verfahren
Robuster gegen Interferenzen
Ziel: Bessere Einsatzmöglichkeiten in Industrie
WiTECK (Wireless Industrial Technology Konsortium) setzt
Standards zur drahtlosen Vernetzung um
Erster umgesetzter Standard war WirelessHART
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Standardisierungsaktivitäten der IETF
6lo: IPv6 Header Compression Mechanismus für
IEEE 802.15.4 Netzwerke
6tsch: IPv6 für Echtzeitmodus (timeslotted Channel
Hopping) von IEEE 802.15.4 (IEEE 802.15.4e)
roll: Optimiertes Routingprotokoll für Netzwerke mit
„eingeschränkter Leistung“
core: Constrained Application Protocols für Netzwerke
mit „eingeschränkter Leistung“
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AG 4: Sicherheit vernetzter Systeme
Quelle: Plattform Industrie 4.0
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Methodik
Diskussion von Bedrohungen und Risiken anhand einer
exemplarischen I4.0 Wertschöpfungskette
Berücksichtigung bekannter Sicherheitskonzepte, -architekturen
und Standards
Konzipierung Security in der vertikalen und horizontalen
Vernetzung
Lösungen
Anforderungen an sichere Identitäten für Produkte, Prozesse
und Maschinen
Darstellung der Bedeutung von Security aus
betriebswirtschaftlicher Perspektive
Identifikation von Bewertungsverfahren zur Überprüfung der
Security von einzelnen Komponenten
Identifikation von Bewertungsverfahren bei der Vernetzung von
Komponenten und Securitydomänen
Zulieferungen an I40-Referenzarchitektur
Anforderungen an Forschung und Standardisierung
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Dialogplattform Industrie 4.0 unter Leitung von
BMWi
Go Live zu Hannover Messe geplant
Quelle: ZVEI
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CyProS, BMBF, 09/12 – 09/15, ~10M€
Erarbeitung von Sicherheitskonzepten zwischen CPS und
Anwendungen
pICASSO, BMBF, 10/13 – 09/16, ~4,1 M€
Sichere und skalierbare Steuerung von CPS aus der Cloud
SecurePLUGandWORK, BMBF, 11/13 – 10/16,
~5,2 M€
Entwicklung einer sicheren, ebenenübergreifenden
Plug&Work Umgebung zur effektiven Vernetzung von
Komponenten
eApps4Production, BMBF, 11/13 – 10/16, ~3,6 M€
Sichere Bereitstellung von Informationen und Wissen von
CPS auf einer gemeinsamen Plattform
…
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Industrie 4.0 erfordert eine enge Vernetzung von
Factory Floor und Office Floor
Cyber Physical Systems des Factory Floors haben
wenig/keine Sicherheitsfunktionalität und sind
folglich zahlreichen Bedrohungen ausgesetzt
An zahlreichen Stellen werden derzeit
Sicherheitsfunktionen für Industrie 4.0 erforscht
und entwickelt
Viele Bereiche von Industrie 4.0 befinden sich noch
in der Standardisierung
Plattformen unterstützen einen Austausch
zwischen den Stakeholdern
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Wolfgang Fritsche
Leiter Competence Center
Bereich Digital Assurance
Telefon: +49 89 6088-2897
Email: [email protected]
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