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Digital networked communications are the key to all Internet-of-Things applications, especially to smart metering systems and the smart grid. In order to ensure a safe operation of systems and the privacy of users, the transport layer security (TLS) protocol, a mature and well standardized solution for secure communications, may be used. We implemented the TLS protocol in its latest version in a way suitable for embedded and resource-constrained systems. This paper outlines the challenges and opportunities of deploying TLS in smart metering and smart grid applications and presents performance results of our TLS implementation. Our analysis shows that given an appropriate implementation and configuration, deploying TLS in constrained smart metering systems is possible with acceptable overhead.
The CAN bus still is an important fieldbus in various domains, e.g. for in-car communication or automation applications. To counter security threats and concerns in such scenarios we design, implement, and evaluate the use of an end-to-end security concept based on the Transport Layer Security protocol. It is used to establish authenticated, integrity-checked, and confidential communication channels between field devices connected via CAN. Our performance measurements show that it is possible to use TLS at least for non time-critical applications, as well as for generic embedded networks.
Die Vielfalt der Protokolle, die praktisch auf allen Ebenen der Netzwerkkommunikation zu berücksichtigen ist, stellt eine der großen Herausforderungen bei der fortschreitenden Automatisierung des intelligenten Hauses dar. Unter dem Überbegriff Internet der Dinge (Internet of Things) entstehen gegenwärtig zahlreiche neue Entwicklungen, Standards, Allianzen und so genannte Ökosysteme. Diese haben die Absicht einer horizontalen Integration gewerkeübergreifender Anwendungen und verfolgen fast alle das Ziel, die Situation zu vereinfachen, die Entwicklungen zu beschleunigen und Markterfolge zu erreichen. Leider macht diese Vielfalt momentan die Welt aber eher noch komplexer und bringt damit das Risiko mit sich, genau das Gegenteil der ursprünglichen Absichten zu erreichen. Dieser Beitrag versucht, die Entwicklungen möglichst systematisch zu kategorisieren und mögliche Lösungsansätze zu beschreiben.
Die industrielle Kommunikation war früher von relativ eingeschränkten, geschlossenen Feldbussystemen geprägt. Mit der zunehmenden Öffnung von Automatisierungsnetzen durch die horizontale und vertikale Integration in Produktionsanlagen entstehen gefährliche Angriffsflächen, die zum Diebstahl von Produktionsgeheimnissen, der Manipulation oder dem kompletten Lahmlegen der Produktionsprozesse führen können. Hieraus ergeben sich grundlegend neue Anforderung an die Datensicherheit, denen mit innovativen Lösungsansätzen begegnet werden muss.
Ziel des Forschungsvorhabens „SecureField“ war es, die Umsetzbarkeit und Anwendbarkeit des Ansatzes „(D)TLS-over-Anything“ zu untersuchen und nachzuweisen, sowie einen Werkzeugkasten zur Definition und Implementierung entsprechender Sicherheitslösungen vorzubereiten. Als langjährig etablierter Standard im IT-Umfeld stellte sich das (Datagram) Transport Layer Security ((D)TLS) Protokoll in Kombination mit einer industrie- bzw. automatisierungskompatiblen Public-Key-Infrastruktur (PKI) als äußerst vielversprechende Möglichkeit dar, Datensicherheit auch im OT-Umfeld zu erzielen. Hierbei sollten insbesondere KMU adressiert werden, für welche eigene Entwicklungsarbeiten in diesem Umfeld häufig zu aufwändig und technisch sowie wirtschaftlich zu riskant sind.
Mit „SecureField“ konnten Ergebnisse auf mehreren Ebenen erzielt werden. Zunächst konnte im Projektverlauf ein umfassendes und generisches Konzept zur Ende-zu-Ende-Absicherung von Kommunikationspfaden und -protokollen im industriellen Umfeld erarbeitet werden. Dieses Konzept besteht aus einem generischen Kommunikationsmodell sowie aus einem generischen Authentifikationsmodell.