Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Prozesse und Kommunikationsprotokolle für ein Security Lifecycle Management in industriellen Feldbuschgeräten und -systemen (FieldPKI)

-Forschungsziel: Durch die zunehmende Vernetzung der industriellen Automatisierungstechnik sowohl bei Anlagensteuerungen als auch mit Produktionsplanungssystemen und externen Kommunikationspartnern sind ähnliche Schutzmaßnahmen gegen Angriffe wie bei gängigen Internetanwendungen erforderlich. Eine zentrale Rolle für die Schutzziele Authentisierung und Identifizierung spielt dabei eine Public Key Infrastructure (PKI). Im Projekt werden Kommunikationsarchitekturen unter Nutzung einer PKI und von Software- und Hardwaremodulen beschrieben, die für Entwicklung und Betrieb industrieller Automatisierungs- und Kommunikationslösungen benötigt werden.

-Lösungsweg: In einer optimierten PKI lassen sich z.B. mit dem Transport Layer Security (TLS) Protokolls auch über Feldbusse sichere Ende-zu-Ende-Tunnel aufbauen, die durch kryptographische Methoden vor unberechtigtem Mitlesen (Vertraulichkeit) und Manipulation (Authentizität und Integrität) geschützt werden. Nach einer ausführlichen Konzeptions- und Architekturphase erfolgt eine beispielhafte Umsetzung. Dabei werden nicht nur die technischen Aspekte, sondern auch organisatorische Prozesse über den gesamten Lebenszyklus von Automatisierungskomponenten betrachtet.

-Angestrebte Ergebnisse: Als Ergebnis dieses Forschungsprojekts werden eine Referenzarchitektur zum Schutz vor Angriffen auf die Feldbusebene, sowie Schlüsselkomponenten der optimierten PKI implementiert und quelloffen bereitstehen. Die Erkenntnisse werden auch in die aktuell laufenden Standardisierungsaktivitäten, z.B. bei PNO und CiA einfließen.

- Nutzen für KMU: Mit den Projektergebnissen werden die Hürden für eine Umsetzung und Vermarktung entsprechender Sicherheitsmechanismen in Produkten und Anlagen von KMU signifikant verringert. Die entstehenden Forschungsergebnisse können von Unternehmen der industriellen Automation verwertet werden, indem die entstandenen Ergebnisse direkt in ihrer Produktentwicklung oder als Vorlage für eine Eigenentwicklung genutzt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Mit FieldPKI wurde ein abstraktes Basismodell entwickelt, das die Zertifikatsverwaltung auf Feldgeräten abdeckt. Dabei kommt dem jeweiligen Betreiber von Feldgeräten eine besondere Bedeutung zu: die Verwaltung der Zertifikate, Schlüssel und Vertrauensanker, die für die Absicherung der operativen Kommunikation mit dem Feldgerät verwendet werden, soll seiner Kontrolle unterliegen.

Das FieldPKI Basismodell erhebt den Anspruch, für viele im Automatisierungsumfeld (und sogar darüber hinaus) übliche Technologien anwendbar zu sein. Damit wurden im Basismodell ganz bewusst keine konkreten Kommunikationsprotokolle oder Ausprägungsformen der involvierten Entitäten festgelegt. Dies geschieht erst über sogenannte Technologieabbildungen, die das Basismodell mit Blick auf eine bestimmte Technologie (z. B. PROFINET) konkretisieren.

Eine Technologieabbildung kann damit eine Technologie, für die bisher noch keine Zertifikatsverwaltung beschrieben wurde, einigermaßen niederschwellig für eine Zertifikatsverwaltung zugänglich machen. Das Basismodell stellt dabei das generische Lösungsmuster dar. Alternativ kann eine Technologieabbildung beschreiben, wie bereits existierende Ansätze zur Zertifikatsverwaltung mit FieldPKI korrelieren. Damit können Lösungsansätze nicht nur „exportiert“, sondern auch „importiert“ und auf andere Technologien übertragen werden.

Erarbeitet wurden bisher Technologieabbildungen für PROFINET, CANopen, MQTT und IEC 60802, dem TSN-Profil für die industrielle Automatisierung.

Zur Validierung des abstrakten Basismodells werden in FieldPKI für ausgewählte Technologieabbildungen - CANopenFD und IEC 60802 - Demonstratoren entwickelt. Diese sollen als Beispielausprägungen des Basismodells dessen praktische Umsetzung zeigen.