Cyber-Physical Systems

Informations­technologie (IT) dringt immer mehr in Bereiche vor, in denen IT in der Vergangenheit kaum eine Rolle gespielt hat und stellt mittlerweile den größten Innovationstreiber dar. In Alltagsgegenstände eingebettete Computer, die miteinander oder dem Internet vernetzt sind, ermöglichen erst viele neue Funktionen, wie z.B. Assistenzsysteme im Fahrzeug. Cyber-Physical Systems stellen die technologische Basis der Kombination von IT mit der physikalischen Welt dar und spielen in immer mehr Bereichen wie Automotive, Luftfahrt, Transport, Energie, Produktion, Gesundheit, Infrastruktur oder auch Unterhaltung eine wichtige Rolle.

Cyber-Physical Systems stellen auch ein attraktives Angriffsziel für verschiedene Software- (z.B. Viren und Trojaner) und Hardwareangriffe (z.B. Seitenkanalangriffe) dar. Das kann erheblich Aus­wirkungen haben und sogar Leib und Leben betreffen. Da oftmals auch datenschutzsensitive Daten verarbeitet werden, können erfolgreiche Angriffe auch Aus­wirkungen auf die Privatsphäre haben.

Da Cyber-Physical Systems jedoch oftmals besondere Eigenschaften mit sich bringen, z.B. Ressourcen­beschränkungen, physikalische Zugreifbarkeit oder Echtzeitfähigkeit, ist es meist schwierig, bestehende Schutzmaßnahmen und Sicherheitskonzepte einzusetzen. Es ist jedoch essenziell, von Beginn an geeignete Sicherheits- und Daten­schutzmaßnahmen in Cyber-Physical Systems zu integrieren (Security and Privacy by Design). Ohne geeignete Sicherheitsmaßnahmen könnten viele Anwendungsbereiche nicht realisiert werden, z.B.:

• Automotive: IT ist integraler Bestandteil moderner Fahrzeuge. Eingebettete Steuergeräte sind miteinander vernetzt und kommunizieren sowohl untereinander als auch mit der Außenwelt, um neue Funktionen zur Erhöhung von Sicherheit und Effizienz sowie zum Infotainment zu ermöglichen.
• Avionik und Transport: Flugzeuge und anderen Transportsystemen wie die Bahn sind heutzutage auf Informations­technologie angewiesen, um Funktionen wie Fly-by-wire oder die Steuerung von Stellwerken zu realisieren.
• Sichere intelligente Energiesysteme: Die Kombination von Energietechnik und Informations­technologie in intelligenten Energiesystemen (z.B. E-Mobility, Smart Home, Smart Grid) ermöglicht die effiziente und zuverlässige Integration von lokalen und zentralen Ressourcen zur Energie­produktion, Speicherung, Verteilung und Verbrauchssteuerung für eine gesicherte und wirtschaftliche Versorgung.
• Industrie 4.0: Industrie 4.0 beschreibt die vierte industrielle Revolution bei durch Einsatz von Informations­technologie industrielle Produktionsanlagen und –prozesse weiterentwickelt werden.
• Gesundheitswesen: Im Gesundheitswesen ermöglicht der Einsatz (vernetzter) elektronischer Geräte zur medizinischen Versorgung und anderer Aufgaben eine Verbesserung der Gesundheits­versorgung, der Patientenbetreuung und letztendlich auch der Behandlungs­ergebnisse, z.B. durch Fernüberwachung von Vitalwerten von Patientinnen und Patienten oder älteren Menschen die in ihrem eigenen Haus leben.
• Smartphones und Wearables: Smartphones und Wearables sind die Basis für mobile Cyber-Physical Systems, die mit ihren Sensoren Daten erfassen, verarbeiten und weiterleiten, um verschiedene Anwendungen zu realisieren, z.B. Überwachung des Fitnesszustands oder Verkehrsüberwachung.

Das Fraunhofer SIT beschäftigt sich intensiv mit den Sicherheits- und Daten­schutzaspekten von Cyber-Physical Systems und deren Kommunikationskanälen. Zu den Aktivitäten in diesem Bereich gehören:

• Sicherheitsanalysen und Erweiterungen bestehender Sicherheits­architekturen für Cyber-Physical Systems
• Entwicklung von neuen Sicherheitskonzepten und -architekturen zur Absicherung von Cyber-Physical Systems sowie der genutzten Kommunikationsverbindungen
• Forschung und Entwicklung für CPS-Anwendungen
• Erstellung von Studien und Technologieanalysen zum Einsatz von Cyber-Physical Systems
• Analyse von Daten­schutzaspekten zum Nachweis der Einhaltung regulatorischer Vorgaben
• Schulungen
• Unterstützungen bei Zertifizierungsprozessen