vgbe energy journal 11 (2022) - International Journal for Generation and Storage of Electricity and Heat

Cybersecurity Konzepte aus Industrie 4.0 für bestehende Anlagen
nen, z.B. für die anschließende Durchführung
von Cybersicherheitsrisikobewertungen.
Im Rahmen eines Modernisierungsprojektes
sind dabei auf jeder Abstraktionsebene
nur die jeweils relevanten Auszüge zu
modellieren.
Anmerkung: Das Beispiel verdeutlicht, dass
der Modellierungsansatz für den Anlagenneubau,
beispielsweise eines Small Modular
Reactor (SMR) oder eines Microreactor
(MR) besser geeignet ist, da von vornherein
alle Detaillierungsebenen vollständig erfasst
werden und damit kein späteres Reverse
Engineering von Anlagenteilen erforderlich
ist.
Bezüglich Cybersecurity ist insbesondere
bei der Modellierung von Assets zu unterscheiden
zwischen:
––
Primäre Assets (Primary Assets, gemäß
ISO/IEC 27005): zu schützende Aggregate
und technische Prozesse
––
Unterstützende Assets (Supporting Assets):
autarke und vernetzte IIoT-Systeme,
welche die primären Assets ansteuern.
Typisch für Automatisierungsprojekte ist ein
ständig steigender Grad der Vernetzung.
Entsprechend obiger Terminologie wäre dies
die Vernetzung zwischen den unterstützenden
Assets. Dazu gehören neben den Safety
Automatisierungssystemen und den OT-Systemen
zunehmend auch die Elektrischen
Energiesysteme (EPS – Electrical Power Systems),
da diese auch von digitalen Automatisierungssystemen
überwacht und konfiguriert
werden sowie das Edge und Cloud Computing,
z.B. Security Information und Event
Management (SIEM) Systeme. Der sichere
Datenaustausch zwischen diesen Systemen
wird im folgenden Abschnitt betrachtet.
Sichere M2M Kommunikation,
Trust Anchor API
Tab. 1. Übersicht relevanter Teile der IEC TR 62541-:2020 OPC Unified Architecture Teil [5]
Teil
Titel
1 Übersicht und
Konzepte
2 Modell für die IT-
Sicherheit
Für I4.0 sind OPC Unified Architecture (OPC
UA) sowie Time Sensitive Networking (TSN)
grundlegende Netzwerkprotokolle. Die von
der OPC Foundation koordinierte Standard-
Entwicklung und Zertifizierung der Konformität
umfasst u.a. die in Ta b e l l e 1 enthaltenen
Teile.
Wichtig ist dabei, dass Informationssicherheit
(Teil 2: IEC TR 62541-2) bereits beim
Protokolldesign berücksichtigt wurde.
Time Sensitive Networking (Draft IEC/IEEE
60802:2022 mit TSN Profil für Industrielle
Automatisierung) gewährleistet den Datenaustausch
mit geringer Latenz und hoher
Verfügbarkeit und ermöglicht konvergente
Netzwerke mit Echtzeit Regelung.
Für sichere Machine-to-Machine (M2M)
Kommunikation und fortschrittliche Cybersecurity-Anwendungen
auch im Embedded
Bereich wird ergänzend das Generic Trust
Anchor (GTA) API designed, prototypisch
implementiert und standardisiert. Die Standardisierung
bei ISO/IEC JTC1/SC41 wurde
durch I4.0 (DIN/DKE) initiiert, in Verbindung
mit IEC TC65 und ISO/IEC JTC1/
SC27 WG4.
Das generische API (Application Programming
Interface) dient der Integration von
Sicheren Elementen (Secure Elements) innerhalb
von IIoT-Geräten (Industrielle IoT).
Das GTA API stellt eine Reihe von klar definierten
Methoden, Funktionen, Routinen
oder Befehlen für Anwendungssoftware bereit,
um den Programmierern die Verwendung
kryptografischer Ressourcen von einem
sicheren Element zu erleichtern, das als
Vertrauensanker verwendet wird.
Ein Trust Anchor ist eine Sicherheitsfunktion
für vertrauenswürdige Informationen
und enthält einen kryptographischen Algorithmus,
einen Schlüsselwert, den Emittenten
und optional weitere Parameter.
Ein Sicheres Element (SE) ermöglicht
die vertrauenswürdige Speicherung und
Nutzung z.B. von sensiblen Informationen
der Identität von IIoT-Geräten zu deren Authentifizierung
innerhalb von IIoT-Systemen.
Die GTA API unterstützt die
––
Auslagerung der meisten sicherheitskritischen
Implementierungsdetails von IIoT-
Anwendungsentwicklern sowie
––
Kapselung der benötigten Funktionalität
in einen Funktionsblock. Diese Funktionsblöcke
können von Sicherheitsexperten
unabhängig von der Anwendung gepflegt
werden.
Vorgesehene Zielumgebung für eine GTA
API, s. auch B i l d 3 :
––
Embedded-Geräte (intelligente Sensoren
/ Aktoren, speicherprogrammierbare
Steuerungen (SPS), Edge / IIoT-Geräte,
…)
––
Unbeaufsichtigter Betrieb eines Gerätes
Zusammenfassung
High-Level Überblick der weiteren OPC UA Spezifikationen, sowie
des Designs, der Security und Ziele der Skalierbarkeit; Vorstellung
des Client/Server Stacks und der Services (Schnittstellen)
Übersicht der Security: Ziele; Herausfinden der Bedrohungen für
OPC-basierte Systeme; Authentifizierung; Berechtigungskonzepte;
Forensic Readiness, Verschlüsselung etc.
3 Adressraummodell Beschreibung der Organisation von Informationen als Knoten und
Referenzen auf OPC UA Servern; Ziel: Generisches Protokoll mit
hoher Interoperabilität
4 Dienste Beschreibung der Schnittstellen zwischen Servern und Clients.
Verhalten bei Fehlern
5 Informationsmodell Darstellungsformen von Informationen; Detaillierte Beschreibung
der Konzepte für Daten-Knoten und Referenzen
8 Datenzugriff Beschreibung des Datenzugriffs von Clients auf Servern;
Organisation des Adressraum; Detaillierte Beschreibung von
Fehlermeldungen
9 Alarme und Zustände Erkennung von Ereignissen/Zuständen der Anlagen auf Servern;
Automatische Meldung, Einfordern von Quittierung etc.
11 Historischer Zugriff Beschreibung des historischen Zugriffs auf Daten und Ereignisse;
Einbettung der Informationen in das Adressraum-Modell
14 PubSub Beschreibung des Konzepts sowie relevanter
Kommunikationsparameter zur automatischen Veröffentlichung
von Daten durch Server und aktives Abonnieren durch Clients
Device
Host
System
Industrial loT Application
GTA API
Secure Element
Bild 3. Generic Trust Anchor API für
eingebettete Systeme.
––
M2M Kommunikation und vernetzte
Steuerungssysteme
––
Echtzeit Betriebsumgebung (deterministische
Laufzeit, geringe Latenzen, …)
Der Quelltextauszug in B i l d 4 verdeutlicht
die übliche aufwendige Implementierung
von Sicherheitsfunktionen in ANSI C.
// Suchen nach/Entdecken von Zertifikaten
und Schlüsselmaterial
x509_cert = secure_element_read_
certificate(subject_name=”/CN=test”)
// ... Passenden privaten Schlüssel finden ...
key_handle = secure_element_get_key(...)
// Setup und Ausführen kryptografischer
Funktionen
// ... Wahl des Algorithmus für die Signatur auf
Basis des verfügbaren Schlüssels ...
digest = secure_element_hash(data =
“Hallo KELI!”, alg = SHA256)
signature = secure_element_sign(key_handle,
digest, alg = RSA_PSS)
// Nachbearbeitung der Rohsignatur ...
Unter Verwendung von der Generic Trust
Anchor API vereinfacht sich dies wie folgt:
// GTA-Kontext öffnen, um eine Identität mit
einem bestimmten Profil zu verwenden
h_ctx = gta_context_open(personality =
“App1”,
profile = “ch.iec.30168.authenticate_basic”)
// Berechnen eines Authentifizierungs-Tags
gemäß dem ausgewählten Profil
tag = gta_authenticate_data_detached(h_ctx,
data = “Hallo KELI!”)
Bild 4. Quelltextauszug einer üblichen aufwendigen
Implementierung von Sicherheitsfunktionen
in ANSI C.
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