Security in SmartGrids

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1 Security in SmartGrids ComForEn Lehner Franz

2 SmartGrids?

3 Zukünftige Herausforderungen Strom kann nicht gespeichert werden Produktion und Verbrauch muss ausbalanciert sein Überproduktion verursacht Negative Energiepreise Google: negative Energie Preise 3

4 Lösung: Smart Grid? BILLING Zentrales Lesen & Steuern Network Power Control Fern Abschaltung Sensor Node Strom Qualität Smart Meter Sensor Node Durchfluss & Druck Remote Steuerung Gas Wasser Heizung Waschen Energie Verbrauch Vorausberechnung 4

5 Software?

6 Software? 6

7 Hardware?

8 Ein Flip Flop in Verilog Hardware IST Software! regregister_value; // als Register oder Speichervariable wirereset, clock, set, en, datain; clock or negedge reset) begin// reagiert auf positive clock-flanke oder fallende reset-flanke. if(!reset) //asynchrones Rücksetzen, wenn reset= LOW register_value <= 1'b0; elseif(set) // synchrones Setzen, wenn set= HIGH register_value <= 1'b1; elseif(en) register_value <= datain; end Moderne CPU s wie eine Core besteht aus Millionen Zeilen Code mit Fehlern! Sehr Bekannt: Pentium Divisions Bug Intel Core CPU hat um die 80 Bekannte Fehler (siehe Errata) 8

9 Neue Risiken im SmartGrid?

10 Aktuelle EnergieNetze Alte / Neue Risiken EnergieNetze sind Redundant (n+1) Punktuelle Ausfälle sind vorgesehen Fehlfunktionen sind einkalkuliert Stromerzeuger sind Synchronmaschinen Neu: Software Fehlverhalten können in die Masse gehen Flächendeckende Lastschwankungen sind möglich Stromerzeuger zunehmend Elektronisch Digitale Zähler sind ein kommendes Angriffsziel 10

11 Neue Risiken Grundtypen Software / Hardware Fehler Netzwerk Fehlsteuerung SmartGrid Lastmanagement Manipulation Erpressung Cyberattacken Rückgang der Rotatorischen Masse Identische Regelalgorithmen keine individuale Streuung.. 11

12 Neue Risiken Scenario: Digitaler Stromzähler stürzt wg. Datumsfehler/Fehlsteuerung ab und dreht den Strom ab. Vergleiche: IPhone Wecker verschlief Zeitumstellung Ausfall von 20 Millionen Bankomatkarten (von 120 Mill) am wg. Software Fehler Problem: 1. Flächendeckender Lastabwurf Wiedereinschaltung? 2. PV Anlagen sind ebenfalls abgeworfen 3. Was tun wenn sich die Relais nicht mehr einschalten lassen? Ersatzgeräte, Überbrücken? 12

13 Neue Risiken Scenario: PV Anlage eines Herstellers stellt wegen eines Softwarefehlers hervorgerufen durch Frequenzschwankungen die Erzeugung ein. (oder Datumsfehler) Vergleiche: IPhone Wecker verschlief Zeitumstellung Ausfall von 20 Millionen Bankomatkarten (von 120 Mill) am wg. Software Fehler Problem: 1. Flächendeckender Erzeugungsabwurf & Wiederkehr? 2. Kann das Grid diese Lastschwankung - da Flächendeckend - kompensieren? 13

14 Neue Risiken Denkbare Szenarien: Um Mitternacht bei Jahreswechsel stellen 100k Wärmepumpen den Betrieb ein Durch ein seltsames Frequenzmuster schalten sich 10 Mill Energiesparlampen ab 1 Million Elektroautos versuchen gleichzeitig ungesteuert zu Laden oder das Netz zu stützen Bei zu wenig RotatorischerMasse können sich PV Umrichter Aufschaukeln. Es gibt eine ziemlich Große Bandbreite von Fehlern die gleichzeitig Passieren können. 14

15 Epressen?

16 Der Trend.. ORF / FPÖ / SPÖ / Grüne / Gehackt Gema Gehackt PlayStation Netzwerk Gehackt Pentagon Gehackt CA / SSL System gehackt! (Diginotar) Einbruch bei RSA! (Tausch von 40 Mill SecurID Token) Erpressungen sind mittlerweile etabliert 16

17 Die Mediale Wahrnehmung täuscht Hack & Co ~ 20% der Angriffe werden erkannt 1 von 1000 Angriffen wird öffentlich 17

18 Erpressungen? Polizei? Lösung? 18

19 Erpressungen? 19

20 Hacken?

21 Hacker Hardware Modchip? Endkunde - StromKosten800 Euro / Jahr - GasKosten1500 Euro / Jahr Kosten für ein Zähler Hacking Gerät zb Gerät wird nicht Permanent benötigt - Funktioniert auch beim Nachbarn und bei der Oma. Angenommen 10% Reduktion = 80 Euro Euro = 230 Euro Ersparnis / Jahr Ziemlich Risikolos, nicht feststellbar Und das bei 80 Euro Investition Alles schon passiert! Xbox, Playstation, Nintendo, Premiere, Iphone, 21

22 Hacker Hardware Modchip? Marktanalyse Hacker Chip Hersteller ~120 Millionen Haushalte in Europa (US Markt?) 5-10% sind potentielle Modifikations Kunden 5-6 Verschiedene Zähler Typen Potential für min. 6 Millionen Hacker Hardware Geräte Entwicklung: 2 => 12 Mill Gewinn: 18 => 108 Mill Herstellung: 10 Vertrieb: 50 Verkaufspreis:80 22

23 Existierende Angriffe auf Smartmeter Prepaid Electrical Meter Messer in den Aufladeslot zerstört HW (Strom fließt weiter) Geöffenete Microwelle Zerstört das Gerät (Strom fließt weiter) Software Fehler im Messwerk (Ein kurzer Spannungseinbruch ließ den Zähler stoppen) Entwickler Test Key Auftgetaucht (Hat immer auf 50 Pfund aufgeladen, etwa 1 Million Haushalte taten es! UK!) AufladeTerminal gestohlen (Sperren des AufladeTerminals funktionierte nicht richtig) Under voltage Attack gegen Keycard (Kein Validierungslesen gegen den Aufladeschlüssel) Bi-Stabiles Relais Lösung: Ratschläge für die Leute, Guthaben NUR von vertrauenswürdigen Händlern zu kaufen 23

24 Alternative Dezentrale Strategien?

25 Key Facts: Kühlschrank / Wärmepumpe Immer am Stromnetz Nach Stromausfall sind die Kühlschränke die größten Verbraucher beim Netzanfahren Haben eine enormes Lastverschiebungs Potential Kann Dezentral ausgeführt werden! Nach Stromwiederkehr 0-10 min Zufallsgesteuert Wartezeit für Einschalten Verschiebung des Untern / Obern Schwellwertes je nach Frequenzlage im Netz (+ Zufallsschwankung) Bei Radikalen Frequenzeinbruch Lastabwurf Kostet vielleicht 1 Euro / Kühlschrank 25

26 Key Facts: Heizungen Finden sich im Boiler, Geschirrspüler, Waschmaschine,.. Haben ein enormes Laststreckungs Potential Verbraucher würde eher 1-10 min länger waschen/heizen akzeptieren (passiert ja nur manchmal), als das Starten irgendwann Kann Dezentral ausgeführt werden! Nach Stromwiederkehr 0-10 min Zufallsgesteuert Wartezeit für Einschalten Reduktion der Heizleistung / Pause je nach Frequenzlage im Netz (+ Zufallsschwankung) Kostet vielleicht 1 Euro / Gerät 26

27 Conclusio Lösungen brauchen nachhaltige Konzepte und nicht die strikte Konzentration auf SmartMeter Viele Lösungen (Kühlschrank,Heizung, Stromkabel in Garage) haben Jahrzehnte Vorlaufzeit, es muss dringend JETZT gehandelt werden. Neben der Vernetzung gibt es auch die Möglichkeit der Dezentralen Intelligenz Gesetzliche Regelungen für Software Sicherheit und Updatebarkeit fehlen Fehlende Vorschriften für Regelungs-Individualität zb. PV Umrichter 50.2 Hz Problem 27

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