Schutz vor Hackerangriffen: Neue DFG-Forschungsgruppe untersucht Angriffssicherheit von technischen Gesamtsystemen

Anschläge auf Umspannwerke, Hackerangriffe auf Behörden, Drohnen über Flughäfen: Kritische Infrastruktur gerät zunehmend ins Visier von Kriminellen. Besonders gefährdet sind sogenannte cyber-physische Systeme, also technische Geräte, bei denen Software und Maschinen über das Internet in Echtzeit miteinander kommunizieren. Beispiele sind moderne Industrieanlagen, Autos oder smarte Kraftwerke. Mit der Digitalisierung wächst das Risiko: Hacker*innen können in solche Systeme eindringen und enormen Schaden anrichten. Im September ist eine neue Forschungsgruppe an der Universität Paderborn gestartet, die sich mit der Sicherheit solcher Systeme beschäftigt. "MODID"¹ - so der Titel - will den Gefahren an der Schnittstelle von "Cyber-Welt" und physischem Maschinenbau begegnen. Gefördert wird das Team aus Informatiker*innen, Maschinenbauingenieur*innen und Wirtschaftswissenschaftler*innen von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit rund vier Millionen Euro für eine Dauer von zunächst vier Jahren.

Cyber-physische Systeme können sich selbst anpassen und optimieren - das steigert Effizienz und Wettbewerbsfähigkeit. In der Produktion können gezielte Angriffe die Fertigungsprozesse allerdings stören oder sogar vollständig lahmlegen. Die Folgen: Ausfälle, Kosten, Reputationsschäden. Hier setzt die DFG-Forschungsgruppe an. "Unser Ziel ist es, Sicherheit bereits beim Design der Systeme zu berücksichtigen. Dafür entwickeln wir Abwehrstrategien, bei denen wir Angriffe auf Teilsysteme schon im Vorfeld einkalkulieren", erklärt Prof. Dr. Eric Bodden vom Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn, der die Forschungsgruppe gemeinsam mit seiner Kollegin Prof. Dr. Iris Gräßler leitet. Das Team setzt also nicht bei den Systemen selbst, sondern schon bei deren Produktion und damit bei den entsprechenden Anlagen an.

Beim Kick-off haben die Wissenschaftler*innen festgelegt, dass alle Teilprojekte ihre jeweiligen Ansätze so weiterentwickeln, dass sie im zweiten Projektjahr anhand eines gemeinsamen Evaluationsobjekts überprüft werden können. Dazu Prof. Gräßler: "Wir nutzen ein realistisches Beispiel, das im Formula Student-Rennwagen unseres UPBracing-Teams sicherheitskritische Funktionen erfüllt: das Rad- und Bremssystem samt der zugehörigen Software." Ziel ist es, mögliche Angriffe auf den Produktionsprozess des Radträgers, der in einer komplexen Produktionsanlage mit additiver Fertigung "gedruckt" wird, durch entsprechende Sicherheitsmaßnahmen "by Design" zu vereiteln. Die Entwicklung der Software, die im Fahrzeug mit dem Radträger interagiert, wird ebenfalls untersucht. "Autos sind heutzutage hervorragende Beispiele für cyber-physische Systeme: Sensordaten werden beispielsweise über das Internet geteilt und in Sekundenbruchteilen für Gefahrenmeldungen ausgewertet", ergänzt Prof. Bodden.

Parallel findet eine architekturbasierte Bewertung der Angriffsresilienz von cyber-physischen Systemen statt. Dafür entwickeln die Expert*innen Security-Metriken auf Ebene der Systemarchitektur und des Programmcodes, die es ermöglichen sollen, die Sicherheit des Systems abzuschätzen.

Die Ergebnisse sollen letztendlich nicht nur die Forschung voranbringen, sondern vor allem direkt in die Praxis der Industrie übernommen werden können. Unternehmen sowie die öffentliche Verwaltung sollen damit besser vor Angriffen geschützt sein und künftig im Umgang mit technischen Produkten sicherer werden.

1. ^ Vollständiger Titel der Forschungsgruppe: "Angriffssichere Entwicklung Cyber-physischer Systeme mittels Model-based Defense in Depth"