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)

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:

Konfigurieren statt Programmieren
ERP-System per Low-Code anpassen

Viele ERP-Lösungen wurden einst von Spezialisten entwickelt und danach nur noch angepasst, erweitert und mit Updates versorgt. Doch steigende Digitalisierungsanforderungen, schnellere Produkteinführungen sowie der Fachkräftemangel schrauben die Anforderungen in die Höhe. Könnte Low-Code-Softwareentwicklung die Lösung sein?‣ weiterlesen

Positiver Trend
IAB-Arbeitsmarktbarometer steigt erneut

Mit einem Anstieg von 1,6 Punkte im Januar liegt das IAB-Arbeitsmarktbarometer bei 102,9 Punkten und damit über der neutralen Marke von 100. Für die Arbeitsmarktforscher deutet dies auf positive Entwicklungen auf dem Arbeitsmarkt hin.‣ weiterlesen

Netzwerk für KI-Projekte
ProKI-Zentrum Hannover startet im März

Mit ProKI, einem Demonstrations- und Transfernetzwerk für künstliche Intelligenz (KI) in der Produktion, soll die Anwendung von KI bei kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) weiter vorangetrieben werden.‣ weiterlesen

Neuer Geschäftsführer
Wolfgang Boos leitet FIR

Wolfgang Boos hat zum Jahreswechsel die Geschäftsführung des FIR an der RWTH Aachen übernommen. Er tritt die Nachfolge von Volker Stich an.‣ weiterlesen

KI-Update in schlanker Maschinendatenerfassung
Predictive Analytics für Serienfertiger

Mit den Produkten der Marke Smartblick will F&M Werkzeug und Maschinenbau gerade kleineren Unternehmen ermöglichen, Fertigungsprozesse anhand von Maschinendaten zu analysieren und zu optimieren. Jetzt hat die Firma ein Modul vorgestellt, das mit künstlicher Intelligenz 'on Edge' prädiktive Qualitätsanalysen erstellt, also Predictive Quality ermöglicht.‣ weiterlesen

Configure Price Quote-Software
Genii übernimmt Camos

Die GSG Genii Software Gruppe hat die Übernahme der Camos Software und Beratung GmbH bekanntgegeben, einem Software-Spezialisten im Bereich Configure Price Quote (CPQ).‣ weiterlesen

Display-Lichtmessung mit Daisy
Das Lichtlabor im Büro

Lichttechnische Messungen gehören bei der Produktion von Displays zum Standard. Während der Entwicklung müssen jedoch auch sehr unterschiedliche Messungen, meist detaillierter als in der Serienfertigung, durchgeführt werden. Das Zusammenspiel von Displayansteuerung, Messequipment und Auswertung der Messwerte ist dabei oft zeitaufwendig und fehlerbehaftet. Eine voll- oder teilautomatisierte Messung kann die Arbeit vereinfachen.‣ weiterlesen

ERP-Implementierung bei Unterfurtner
Transparenz im Lohn- und Projektgeschäft

Mit einem Mix aus Liefer- und Projektgeschäft wappnet sich die Firma Unterfurtner aus Österreich gegen Marktschwankungen. Dabei verursachten die unterschiedlichen Prozesse der Geschäftsbereiche früher viel Aufwand, den das alte ERP-System kaum abfederte. Der Rollout von AMS.ERP änderte das, denn die Software ist auf solche Anforderungen zugeschnitten.‣ weiterlesen

Strategische ERP-Roadmap
Der Plan macht den Unterschied

ERP-Integrationen sind herausfordernde Projekte. Oft vergrößern überbordende Funktionswünsche das Risiko des Scheiterns. Eine Alternative ist die Ausarbeitung einer langfristigen ERP-Strategie samt Roadmap.‣ weiterlesen

Impulsgeber für Forschungsthemen
Sechs neue Mitglieder im Forschungsbeirat Industrie 4.0

Julia C. Arlinghaus, Nicole Dreyer-Langlet, Katharina Hölzle, Daniel Hug, Dieter Meuser und Björn Sautter verstärken den Forschungsbeirat Industrie 4.0. Das von Acatech koordinierte Gremium berät strategisch und unabhängig, insbesondere das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).‣ weiterlesen

Sage-Software auf der Azure-Cloud

Softwareanbieter Sage stellt neue Werkzeuge bereit, die eine Brücke zwischen der eigenen Systemumgebung und der Azure-Cloud von Microsoft bilden sollen.‣ weiterlesen