Smart Metering. Herausforderungen und Möglichkeiten. Prof. Dr. Uwe Heuert Professor an der Hoschule Merseburg (FH) Geschäftsführer exceeding solutions

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1 Smart Metering Herausforderungen und Möglichkeiten Prof. Dr. Uwe Heuert Professor an der Hoschule Merseburg (FH) Geschäftsführer exceeding solutions

2 Schwerpunkte Digitalisierung der Energiewende Gesetzlicher und gesellschaftlicher Rahmen Technologische Herausforderungen für Hersteller und Betreiber Prüfbedarf und -lösungen

3 Film ab!

4 2.500 Studenten 3 Fachbereiche Professur für Rechnernetze und Virtuelle Instrumentierung (seit 2004) Kooperation mit MITNETZ Strom (seit 2012) Erstes Prüflabor für Intelligente Messsysteme 2020 (2015) Hochschule Merseburg

5 exceeding solutions exceeding solutions GmbH Ingenieurdienstleistungen HRB Amtsgericht Stendal Prof. Dr. Uwe Heuert (GF) Dipl.-Ing. (FH) Oliver Punk ADDRESS Merseburger Innovations- und Technologiezentrum GmbH Fritz-Haber-Straße Merseburg / Deutschland PHONE /INTERNET info@exceeding-solutions.de

6 exceeding solutions Gegründet 09/2013 Mitarbeiter (2018) 10 von 14 sind Ingenieure und Wissenschaftler 8 of 14 sind Entwickler für Hard- and Software Geschäftsbereiche Smart metering (80%) Ultraschall- und Industrielösungen (20%) IoT (im Aufbau) Umsatz 1 Million in 2017

7 Smart Metering deployment in the EU Source:

8 Secure communication Source:

9 Welche Herausforderungen existieren? Data protection Hacking prevention Manipulation prevention Grid security Blackout prevention

10 BMWi, Januar 2017

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12 Der deutsche Weg Was ist speziell? Rolen Smart Meter Gateway Security Modul Protokolle Komplexität Betriebsbedingungen MaKo Technische Richtlinie BSI TR-03109

13 LMN Protokollstapel Meter/SMGW Schnittstelle: Wired Wireless Proprietäre Protokolle (SML) Kombiniert mit Standards (TLS, wm- Bus, AES-CBC-CMAC)

14 WAN Protokollstapel SMGW-to-GWA/EMT Schnittstelle: Oberhalb TCP/IP GPRS, LTE, ETH, PLC, Proprietäre Protokolle (COSEM/XML) Kombiniert mit Standards (TLS, HTTP, RESTful WS)

15 BSI Kryptografie Premium Qualität Ähnlich zu anderen egovernment Security Projekten (z.b. eid/nperso) Elliptische Kurven Kryptografie (ECC kein RSA oder andere) Spezielle Kurven (brainpool) AES-CBC-CMAC (authenticated encryption) TLS 1.2 (with strong restrictions and always client authentication) Zusätzliche Ende-zu-Ende Datensicherheit mit CmsSignedData und CmsAuthEnvelopedData (ähnlich zu signierte and verschlüsselte ) Alle ECC Operationen (plus RNG) in Hardware (Security Module, HSM) SM-PKI-DE Zertifizierung von SMGW (BSI PP/CC, PTB), Zähler (PTB, FNN) and Backend IT (ISO 27001)

16 Wie sieht die Kommunikation aus?

17 Noch Fragen Warum ist der deutsche Smart Meter Rollout derart verspätet? Bedeutet Komplexität gleichzeitig Sicherheit? Sind die Prozesse beherrschbar? Ist die Kommunikation stabil? Gibt es noch Business Cases? Wie steht es mit der Kundenakzeptanz? Wo findet man technische Experten?

18 Was ist eigentlich Kryptografie? Big number computation Public algorithms Private/secret key data Symmetric, asymmetric and message digest algorithms and their combinations Data structures, data encoding, protocols International standards National/proprietary standards

19 Security Strength Symmetric Depends on algorithm and key length Up-to-date: AES Asymmetric Depends on algorithm and key length Up-to-date : ECC (, RSA ) Message digest Depends on algorithm and result length Up-to-date : SHA Hybrid Depends on algorithm and key/result length of each piece Depends on further parameters (e.g. compression allowed) weakest link in chain determines Up-to-date: TLS 1.2 PKI (hybrid with 3 rd party trust) X.509 certificates from

20 TLS Security strength depends on: TLS cipher suite TLS options/extensions Hundreds of combinations

21 International DLMS DLMS -The true international metering standard

22 Vergleich - Kryptografie Category German approach International Symmetric cryptography Transport layer security Application layer security (asymmetric/hybrid cryptography) Wired LMN pairing phase 1 (SYM) [FNN] wm-bus (security mode 7) [OMS] AES-CBC-CMAC-128 TLS 1.2 (SM-PKI-DE) [RFC + BSI] >= TLS_ECDHE_ECDSA_WITH_AES_128_CBC_SHA256 SML signature [FNN] CmsSignedData (SM-PKI-DE) [RFC + BSI] CmsEnvelopedData (SM-PKI-DE) [RFC + BSI] ECC BRAINPOOL (& NIST) DLMS/COSEM security suite 0 [DLMS] wm-bus (security mode 5, 7) [OMS] AES-GCM-128 TLS [RFC] VPN DLMS/COSEM security suite 1 [DLMS] DLMS/COSEM security suite 2 [DLMS] ECC NIST ECDH_ECDSA_WITH_AES_GCM_128_SHA256

23 Standardisierung/Zertifizierung International MID DLMS OMS ESMIG Germany MID FNN OMS DKE PTB BSI

24 Herausforderungen Complex technologies Special and proprietary protocols invisible data Huge number of transactions and amount of data Limited humans Infinitely sources of error Many threats

25 es:testsystem

26 Film ab!

27 ToE - FNN Basiszähler Display Metrological LED INFO Interface BZ < < LMN Tests LMN Tracing Metrological Steuerung

28 ToE - BSI SMGW WAN test cases Virtual CLS devices Virtual wm-bus meter HAN test cases Meter CLS HAN GWA EMT PKI NTP Virtual LMN meter LMN SOCKS5 WEB WAN WAN TLS SMGW

29 Testing Services Meter SMGW Backend IT Conformance Vulnerability Interoperability Performance

30 Entwicklungsdienstleistungen Digitale Hardware Firmware Software Integration

31 Backend IT & Integration

32 Kooperation Smart Metering Customer Research Development

33 Kunden - Zertifizierer Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) TÜViT VDE Zertifizierung Institut

34 Kunden - Hersteller Sagemcom Dr. Neuhaus EFR Devolo PPC Kiwigrid Easy Meter Lackmann (Iskraemeco, Theben) EMH Energiemesstechnik EMH metering

35 Kunden Hersteller (weltweit)

36 Kunden - Messstellenbetreiber MITNETZ Strom EnBW Innogy E.on ENSO/DREWAG

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