Anzeige
Anzeige
Anzeige
Beitrag drucken

Datenplattform nach dem Security-by-Design-Prinzip

Produktionsdaten sicher in der Cloud verarbeiten

Am Fraunhofer-Institut für Angewandte und Integrierte Sicherheit AISEC entsteht gerade eine Plattform zum Austausch von Fertigungsdaten, die Sicherheitsanforderungen schon während der Entwicklungsphase berücksichtigt. Dieser Security- by-Design-Ansatz ist prototypisch umgesetzt und soll bei mittelständischen Maschinenherstellern und -betreibern erprobt werden.

Die einzelnen Komponenten der Systemarchitektur mit den von ihnen durchgeführten Funktionen. (Bild: Fraunhofer AISEC)

Die einzelnen Komponenten der Systemarchitektur mit den von ihnen durchgeführten Funktionen. (Bild: Fraunhofer AISEC)

Der Austausch von Daten aus der laufenden Produktion kann sowohl für den Hersteller als auch für den Betreiber der Fertigungsmaschinen von Vorteil sein. So kann der Hersteller die Maschinendaten z.B. dahingehend auswerten, mechanische Schwachstellen innerhalb einer Serie zu ermitteln und die entsprechenden Parameter in zukünftigen Serien zu optimieren. Sind genügend Daten verfügbar, kann der Betreiber den Verschleiß von Maschinen durch Methoden prädiktiver Instandhaltung prognostizieren und ihm mit vorbeugenden Maßnahmen entgegenwirken. Durch Echtzeitauswertung der Maschinendaten ist ferner eine kollaborative Qualitätskontrolle von Erzeugnissen durch deren Abnehmer möglich, ohne dass Zulieferer dadurch ihr geistiges Eigentum preisgeben müssen. Das kann im Fall von bedarfssynchroner Produktion dazu beitragen, Produktionsausfälle aufgrund fehlerhafter oder qualitativ minderwertiger Teile zu vermeiden.

Schützenswerte Information

Doch der Datenaustausch über Unternehmensgrenzen hinweg rückt die Themen Datenschutz und -sicherheit in den Fokus, da Fertigungsdaten oft sensible Informationen zum Unternehmen und den hergestellten Produkten enthalten. Im Projekt ‚Anonymization4Optimization (A4O)‘ am Fraunhofer-Institut für Angewandte und Integrierte Sicherheit AISEC wird gerade an einer Plattform gearbeitet, die einen solchen Datenaustausch ermöglicht und dabei den Schutz von Intellectual Property (IP) etwa vor Hackern oder Konkurrenten in den Mittelpunkt rückt. Projektpartner ist das Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der TU München, als Projektträger ist der Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e.V. beteiligt. In einem solchen Kontext muss auch die Verarbeitung der Daten auf externen Cloud-Plattformen hohen Sicherheitsanforderungen entsprechen. Im Folgenden wird die Funktionsweise der Plattform erläutert, die aktuell unter Laborbedingungen getestet wird.

Abgesichert Daten tauschen

Die Daten zur späteren Auswertung liefert eine Werkzeugmaschine über die angeschlossene speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Diese Daten werden im Edge-Servernetz (Edge Computing Framework) aufbereitet, bevor sie weiter an die Cloud-Plattform übermittelt werden. Die Absicherung der Kommunikation sowie der Datenschutz finden über ein Kommunikations- bzw. Anonymisierungsmodul statt. Die Auswertung in der Cloud erfolgt dann auf Basis dieser anonymisierten Daten. In der Cloud bietet das vorgeschaltete Datenkontrollmodul dem Datengeber die Möglichkeit, die Daten aus der Ferne zu attestieren.

Datenverarbeitung im Container

Die Module wurden an mehreren Punkten innerhalb der Systemarchitektur platziert. Sowohl im Edge-Servernetz auf Unternehmensseite als auch in der externen Cloud speichern bzw. visualisieren eine dokumentenorientierte Datenbank sowie eine Analyseplattform die Maschinendaten. Beides ist durch eine Container-Virtualisierung vom unterliegenden Linux-Betriebssystem isoliert. Die Bedienung erfolgt durch eine selbstentwickelte grafische Benutzeroberfläche, die im Edge-Servernetz ausgeführt wird. Mit ihrer Hilfe kann der Maschinenbetreiber angeben, welche Maschinendaten von der SPS abgerufen werden sollen. Außerdem kann der Datengeber bestimmen, welche Daten in die Cloud ausgeleitet werden und ob diese vorher anonymisiert werden sollen.

Kommunikationsmodul als Schaltzentrale

Das Kommunikationsmodul des Edge-Servernetzes ist die zentrale Schaltzentrale der Systemarchitektur. Es ist für den Abruf von Maschinendaten und die Anbindung zusätzlicher, externer Sensoren zuständig. Maschinendaten, die zusätzlich über eine gesicherte Verbindung in Richtung Cloud auszuleiten sind, anonymisiert das Modul bei Bedarf und signiert sie anschließend digital. Für die digitale Signatur steht ein privater Schlüssel des Maschinenbetreibers bereit, der idealerweise in einem Hardware-Security-Modul (HSM) gespeichert ist. Das öffentliche Gegenstück des Schlüssels liegt dem externen Maschinenhersteller vor, der mithilfe des Datenkontrollmoduls die Authentizität und Integrität der empfangenen Daten verifizieren kann. Ist die Überprüfung erfolgreich, nimmt die Cloud-Datenbank die Daten auf. Eine spezifische, ebenfalls digitial signierte Anfrage seitens des Maschinenbetreibers ermöglicht es mithilfe des Datenkontrollmoduls, sämtliche Cloud-Daten zu löschen, wodurch er die volle Kontrolle über seine Daten behält

Unbrauchbar für Angreifer

Das Anonymisierungsmodul des Edge-Servernetzes verändert die Daten so, dass sie für die Zielanwendungen der Cloud noch verständlich sind, aber anderen nichts nutzen. Hierfür wird das Datenschutzmodell ‚Differential Privacy (DP)‘ verwendet. Es zeichnet sich durch starken mathematischen Datenschutz und Skalierbarkeit aus. Letzteres ist im Big-Data-Umfeld moderner Produktionsanlagen nützlich. DP verändert die Originaldaten so stark, dass diese nicht mehr erkannt werden können, deren statistische Eigenschaften jedoch erhalten bleiben. Dabei ist bei der Parametrisierung der DP-Algorithmen immer auf den jeweiligen Anwendungsfall zu achten, damit die benötigten Statistiken später bei der Auswertung aus dem Datensatz generiert und zur Verfügung gestellt werden können. Der beschriebene Anwendungsfall stellt eine Möglichkeit dar, wie eine Systemarchitektur von Unternehmen unter Beachtung der Prinzipien von Security by Design umgesetzt werden kann. Durch die offene Architektur ist eine Vielzahl weiterer Anwendungsfälle möglich.


Das könnte Sie auch interessieren:

Viele neue Produkte und Geschäftsmodelle erfahren heutzutage Geburtshilfe durch Simulation. Mit digitalen Zwillingen verschmelzen Grenzen zwischen simulierten und realen Produktwelten. Entwicklung und Fertigung lassen sich so deutlich effizienter organisieren.‣ weiterlesen

Die Forschungspartner Technische Hochschule Deggendorf und die Technische Universität München sowie den beiden Unternehmen Schindler & Schill (EasyLogix) und Systema haben das BMWi-ZIM-Projekt MobiCM erfolgreich abgeschlossen. Ziel war die Entwicklung eines Systems zur Zustandsüberwachung von Produktionsmaschinen.‣ weiterlesen

Die Engineering-Plattform DesignSpark von RS Components hat die Marke von einer Million Mitglieder geknackt. Seit seiner Einführung 2010 unterstützt die Plattform Ingenieure, Techniker und Studierende mit einer Vielzahl an technischen Tools und Ressourcen.‣ weiterlesen

Die Normungsorganisationen DIN und VDE DKE haben eine Kooperationsvereinbarung mit 'Enterprise Singapore' getroffen. Die Zusammenarbeit soll unter anderem die Bereiche Industrie 4.0 sowie künstliche Intelligenz umfassen.‣ weiterlesen

Als globale Krise ist die Corona-Pandemie eine besondere Herausforderung für die Automobilindustrie. Der Absatz neuer PKW ging weltweit um 23 Prozent, in Europa sogar um 27 Prozent zurück. VDA-Geschäftsführer Dr. Kurt-Christian Scheel erläutert, wie sich die Branche gegen die Krise stemmt und dabei ihre Flexibilität unter Beweis stellt.‣ weiterlesen

Pandemien gehören im aktuellen Allianz-Risiko-Barometer zu den größten Bedrohungen für Unternehmen. Die damit einhergehenden Sorgen haben sogar den Klimawandel verdrängt, der in der aktuellen Erhebung den 9. Platz belegt.‣ weiterlesen

Der Impuls für einen ERP-Wechsel kommt häufig aus dem mittleren Management. Dies ist nicht verwunderlich, weil in den Fachabteilungen die größten Berührungspunkte zur Software bestehen. In der Praxis bewegen immer wieder ähnliche Gründe Unternehmen dazu, ein neues ERP-System zu suchen.‣ weiterlesen

In digitalen Produktions- und Geschäftsprozessen nutzen Unternehmen in immer stärkerem Maße intelligente Automatisierungssysteme. Eine Schlüsselrolle nimmt dabei die Robotic Process Automation, kurz RPA, ein. Mit diesen Softwarerobotern können zeitraubende Aufgaben etwa im Service beschleunigt werden. Dabei muss die Entwicklung einer RPA-Lösung nicht einmal lange dauern.‣ weiterlesen

Viele Produktionsräume müssen besonders sauber gehalten werden. Ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV in Dresden hat für Reinigungsaufgaben in Industrieumgebungen kürzlich zwei Varianten eines modularen Reinigungsroboters entwickelt.‣ weiterlesen

Die Lage ist paradox: Die einen verdammt das Virus zur Untätigkeit, weil Lieferketten reißen, Aufträge ausbleiben, Quarantäne ansteht – oder gar der Betrieb geschlossen ist.‣ weiterlesen

Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige