Positionspapier zu Smart Metering-Architekturen und Schutzprofile

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1 BUNDESMINISTERIUMS FÜR WIRTSCHAFT UND TECHNOLOGIE E-Energy - IKT-basiertes Energiesystem der Zukunft FÖRDERPROGRAMM DES BUNDESMINISTERIUMS FÜR WIRTSCHAFT UND TECHNOLOGIE (BMWI) IKT für das Internet der Energie [Bm07]: Projekt Titel Modellstadt Mannheim Vollständige Projektbezeichnung Modellstadt Mannheim in der Metropolregion Rhein-Neckar, Mannheim Förderkennzeichen: C beim Projektträgers Jülich (PtJ) für das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) Referat KI III 5 - Forschung und Entwicklung im Bereich Erneuerbare Energien Positionspapier zu Smart Metering-Architekturen und Schutzprofile Status: Draft Version: V0.9 1 Dissemination Level 2 : Public Date: Dokumentenversionierung 2 Siehe im Annex zur Erläuterung des Dissemination Levels 1

2 Inhaltsverzeichnis INHALTSVERZEICHNIS... 2 ABBILDUNGSVERZEICHNIS... 3 TABELLENVERZEICHNIS... 3 DISSEMINATION LEVEL... 3 EINLEITUNG EMPFEHLUNGEN ZUM BSI-SCHUTZPROFIL ENERGIESYSTEMMODELLIERUNG BEGRIFFE ZUM INTELLIGENTEN ENERGIESYSTEM AUF GRUNDLAGE NEUER ANFORDERUNGEN REFERENZARCHITEKTUR FÜR DAS INTELLIGENTE ENERGIESYSTEM ANWENDUNG DER REFERENZARCHITEKTUR AUF DIE THEMATIK SMART METERING SYSTEMMODELL FÜR VERBINDUNG SMART METERING MIT OBJEKTBEZOGENEN ENERGIEMANAGEMENT Modell der DKE-Fokusgruppe Inhouse Automation Aus EU-Mandat 441 abgeleitete Betrachtungen zu Gateways und Diensteplattformen GLOSSAR ABKÜRZUNGEN UND EINHEITEN

3 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Partner-Logos... 3 Abbildung 2: logische, technologieunabhänige Architekturdarstellung Smart Metering... 5 Abbildung 3: Ebenen des Energieinformationssystems... 6 Abbildung 4: logische Architekturdarstellung Smart Metering mit technischen Komponenten und Netzwerken... 7 Abbildung 5: Paradigmenwechsel im Energieversorgungssystem Abbildung 6: Das intelligente Energiesystem (Smart energy system) Abbildung 7: Smart Grid als gesamthaftes intelligentes Energieversorgungssystem Abbildung 8: Modellierung des intelligenten Energiesystems (Smart energy system) als Smart Grid zuzüglich Energiedienste in neuen Markt- und Netzführungssystemen [VDE10] Abbildung 9: Anwendung Referenzarchitektur für die Systemdomänen Objekte und Geräte Abbildung 10: logische, technologieunabhänige Architekturdarstellung Smart Metering Abbildung 11: Ebenen des Energieinformationssystems Abbildung 12: logische Architekturdarstellung Smart Metering erweitert um technische Komponenten und Netzwerke Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Dissemination Level... 3 Dissemination Level PUBLIC PP RE CONFIDENTIAL Public Tabelle 1: Dissemination Level Restricted to other programme participants (including the Commission Services) Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission) Services) Confidential, SErServices) only for members of the consortium (including the Commission Services) Abbildung 1: Partner-Logos 3

4 Einleitung Mit diesem Dokument wird der Ansatz zur Erstellung von Schutzprofilen für ein zukünftig über die gesamte Wertschöpfungskette vernetztem intelligenten Energiesystem unterstützt. Klar ist, dass die Gesellschaft dieses Vernetzung benötigt, um den Herausforderungen einer zukünftig schwankenderen Erzeugung, einer dezentraleren Erzeugung mit neuen Chancen für die Kommunenen und energetisch aktive Bürger, der notwendigen starken Erhöhung von Energieeffizienz in Verbindung von Elektrizität, Wärme-, Kälteerzeugung und Gas gerecht zu werden sowie eine umweltbewußte, nachhaltige Energiewende weg von nuklearen und langfristig schrittweise auch von fossilen Erzeugungskapazitäten einzuleiten. Diese Herausforderungen bringen zwingend die Anforderungen für ein durch Informations- und Kommunikationstechnologie verbundenes Energiesystem mit sich. Intelligente Energieversorgungssysteme (Smart Grid) mit dem funktionalen Baustein Smart Metering benötigen in Verbindung verschiedenster Wirkungsdomänen des Energiesystem (Erzeugungsdomänen, Marktdomänen, Übertragungs- und Verteilungsnetz sowie Domänen der Netznutzerobjekte mit Verbrauchern und eigenen Erzeugungseinheiten), wobei alle Domänen zunehmend mit neuen Mess- und Steuereinrichtungen zur Automatisierung des Systems ausgestattet werden, eine bidirektionale Kommunikation sowie Diensteinteraktion zwischen allen Domänen. Smart Metering kann also im Smart Grid nicht singulär betrachtet warden. Klar ist aber auch, dass die Vernetzung der energetischen Lebensadern einer Gesellschaft als kritische Infrastruktur höchste Anforderungen an Datenschutz und Informationssicherheit mit sich bringen. Dem widmet sich das Schutzprofil des BSI für eine Komponente innerhalb des gesamten intelligenten Energiesystems. Mit diesem Schutzprofil wird also die Arbeit für ein sicheres Smart Grid nicht abgeschlossen sein. In diesem Dokument sollen auch nicht die Aspekte der Informationssicherheit, denen sich das Schutzprofil widmet, beleuchtet werden, sondern der Ausgangspunkt zur Entstehung des Schutzprofiles soll noch einmal hinterfragt werden. Dazu werden in den Empfehlungen noch einmal die grundlegenden Ziele sowie grundlegenden Architekturbetrachtungen aus der DKE-Fokusgruppe Inhouse Automation, aus dem EU-Smart Metering-Mandat 441, sowie aus dem Positionspapier der VDE ITG-Fokusgruppe Energieinformationsnetze aufgenommen. Die Empfehlungen werden im folgenden Abschnitt gleich an den Anfang gestellt, um die Aufmerksamkeit sofort auf die wesentlichen Punkte zu lenken. Die Begründung der Empfehlungen ergibt sich logisch aus den Betrachtungen der dann nachfolgenden Abschnitte. Der Grundansatz besteht aber darin, den zu grob und umfassend benutzten Begriff des Gateways auf die eigentlichen Aspekte Kommunikationsbrücke Diensteplattform sichere Dienstevermittlung und Dienste aufzuteilen; Sicherheitsaspekte an logische Funktionsgruppen zu binden sowie eine Trennung von Festlegungen für technische Umsetzungen vorzunehmen. 4

5 1. Empfehlungen zum BSI-Schutzprofil 1) Empfohlen wird in der vielfältigen Diskussion zum Schutzprofil immer wieder auf den gemeinsamen Ausgangspunkt hinzuweisen, der auf der Kombination eines Energieeinsparzieles beim Energienutzer durch Verbrauchsvisualisierung und Monatsrechnung auf dem Prozessoptimierungspotential durch Smart Metering beim Energielieferanten sowie beim Messtellenbetreiber und auf der Verbindung von Smart Metering mit Inhouse-Energiemanagement als Beitrag für wachsende Energieeffizienz und Einbindung des Prosumers in zukünftige Energiemarktplätze durch eine bidirektionale Kommunikation im intelligenten Energiesystem basiert. 2) Eine Smart Metering-Definition, wie im aktuellen Dokument zum Schutzprofil enthalten, die sich nur auf die Verbindung Messendgerät, Kommunikations-Gateway sowie Schnittstelle zur Home- Automation bezieht, ist nicht vollumfänglich. Die Smart Metering-Definition ergibt sich aus nachfolgender Architektur-Darstellung zum Mandat 441 als Gesamtsystem. Abbildung 2: logische, technologieunabhänige Architekturdarstellung Smart Metering 3 3 Report V0.4 zum Mandat 441 der europäischen Smart Metering Coordination Group 5

6 3) Empfohlen wird die vertikale Sicherheitsbetrachtung über alle vier generischen Architekturebenen entsprechend nachfolgender Darstellung SUL (Service User Layer) SIS (Service Information Security) SL (Service Layer) SML (Service Mediation Layer) IL (Infrastructure Layer) Abbildung 3: Ebenen des Energieinformationssystems Die Infrastrukturebene (IL) umfasst die physikalischen Komponenten im Kommunikationsnetzwerk wie Kommunikations-Gateway als physikalische Brücke zwischen getrennten Kommunikations- Netzwerken sowie Diensteplattformen als physikalische Geräte zur Implementierung von Diensten, für die Sicherheitsanforderungen zu definieren sind. Die Dienstevermittlungsumgebung (SML) stellt die Ausführungsumgebung für Dienste auf Diensteplattformen zur Verfügung. Die Diensteebene (SL) umfasst Markt- und Netzdienste in Verantwortung verschiedener Rollen im Energiesystem, die eventuell auf der gleichen Diensteplattform laufen. Die Dienstenutzerebene (SUL) wiederum beschreibt die Anwendungsschnittstelle für Akteure, die unterschiedliche Rollen einnehmen. 4) Bei der Definition von Sicherheitsmaßnahmen für die Infrastrukturebene kann eine Nicht- Erreichbarkeit von Kommunikations-Gateways ab einem bestimmten OSI-Level akzeptiert werden, wenn bis OSI4-Ebene IP/TCP- sowie UDP-Verbindungen möglich sind, sowie auf übergeordneten Kommunikations-Layers bis zur Anwendungsschnittstelle geeignete Tunnel-Maßnahmen für bidirektionale Dienste sowie entsprechende Sicherheitsmaßnahmen für die Kommunikation von Diensten definiert werden. Zu klären ist dabei, wie Management-Prozesse für den Betreiber der IKT-Infrastruktur bezüglich der Gateways und Diensteplattformen möglich sind. 5) Empfohlen wird auf Infrastrukturebene die Diensteplattform, die in Verbindung mit dem Kommunikations-Gateway als sogenanntes Meter-Gateway über ein Gerät abgebildet werden soll, nicht mit einem Display auszurüsten. Laut nachfolgender um technische Komponenten angepassten Architektur des europäischen Smart Metering-Mandates 441 gehört das Display direkt zum Messendgerät oder als ein an das Messendgerät direkt angeschlossens externes einfaches Display, wobei dies auch dem geltenden deutschen Eichrecht genügt. Für die Zukunft wird die Verwendung von Kunden-Displays in Erweiterung der weiterhin vorhandenen 6

7 Messeinrichtungs-Displays empfohlen. Insoweit bringt ein zusätzliches Display auf dem Gateway und der Diensteplattform als physikalisches Gerät keinen Sinn, da dieses Gerät nicht zwingend im Gebäude installiert sein muss und außerdem dreifache Displays aus Gründen der entsprechend Netzkostenerhöhung auf keinen Fall sinnvoll sind. Weiterhin sollen Implementierungen von Funktionalitäten im Rahmen eines offenen Wettbewerbes erfolgen. Mit der Implementierung eines Kommunikations-Gateways, das nur als Postverteilhub fungiert (also die Messwerte in "Briefumschlägen" verschüsselt bekommt), sowie der Inhalt des Briefes vom Sender (der Messeinrichtung) unterschrieben, also signiert ist, hat das Gateway nur die Funktionalität, die sicherstellen muss, dass die Briefe mit Versandadressen und Absendern von authorisierten Akteuren empfangen werden. Dies hat keine eichrechtliche Relevanz und damit muss der Gateway auch kein Display haben. Abbildung 4: logische Architekturdarstellung Smart Metering mit technischen Komponenten und Netzwerken 6) Empfohlen wird auf keinen Fall mit der Erstellung eines Schutzprofiles eine technische Umsetzung von definierten logischen Komponenten an bestimmten Orten entsprechend der 4- Ebenen-Architektur festzulegen. Dies entspricht dem Anliegen der EU-Kommission, das auch im Arbeitsprozess des Smart Metering-Mandates 441 immer wieder betont wird, einen offenen wettbewerblichen Markt zu entwickeln und keine technologieabhängigen Festlegungen zu treffen. Einer logischen Betrachtung der vier beschriebenen Architekturebenen zur Definition von Informationssicherheitsniveaus und Datenschutzklassen, die bestimmten Komponenten 7

8 zugeordnet werden, sollte also gegenüber einer technologischen Festlegung in Verbindung mit einem Schutzprofil der Vorzug gegeben werden. 7) Im Zusammenhang mit der offenen wettbewerblichen Implementierung von logischen Komponenten des Schutzprofiles, insbesondere zum Gateway und zur Diensteplattform, sollte der Ort der physikalischen Implementierung dieser Komponenten offen gelassen werden. Für die Zukunft wird deshalb eine Änderung des Eichrechtes insoweit vorgeschlagen, dass Messdaten in Zeitreihen, aggregierten und plausibilisierten Daten auf externen Diensteplattformen gespeichert werden können, sowie über entsprechende Authentifizierungs- und Signaturmechansimen nur legitimierten Nutzern zur Enhaltung der Anforderung des Datenschutzes zur Verfügung stehen und mittels geeichter Software in Verbindung mit Kunden- Schnittstellen und displays direkt beim Kunden geprüft werden können. 8) Ein Schutzprofil, das einer Komponente innerhalb einer Smart Metering-Architektur zugeordnet wird, erfüllt die Anforderungen aus Sicht der Informationssicherheit und Datenschutz nicht vollumfänglich, wie obige Smart Metering-Architekturen aufzeigen. Insoweit ist die Thematik über das Meter-Gateway hinaus über mehrere Kommunikationsnetzwerke vom Metering-Feldbus, das lokale Objektnetzwerk, über den Nahverkehrs- bis hin zum Weitverkehrsbereich auszudehnen. In Verbindung mit einer bidirektionalen Kommunikation verschiedenster Dienste verschiedener Akteure in verschiedenen Rollen wird die Breitbandkommunikation vorgeschlagen. Alle heute in der EU bekannten Implementierungen (Italien, Schweden, Frankreich) sind Schmalband Powerline. Das reicht höchstens für einzelne Signale pro Tag. Zur echten bidirektionalen Steuerung im Smart Grid braucht man mehr Bandbreite. Es werden nicht einfach elektronische Messeinrichtungen benötigt, sondern sogenannte Smart Metering-Dienste, die sich über verschiedene Diensteplattformen ausdehnen. 9) Der Begriff Smart Meter ist nicht geeignet, um ein Messendgerät mit Display, Kommunikations- und Basisfunktionen zu definieren. Eine gewisse Zuordnung von Intelligenz ist nur im Rahmen eines Smart Metering-Gesamtssystems sinnvoll. Insoweit wäre elektronisches Messgerät ausreichend. Ein Schutzprofil ist am Smart Metering-System mit den verschiedenen aufgeführten Komponenten unter Einbeziehung aller Architekturebenen inkl. der Diensteplattform mit Maßnahmen für trusted computing, der Dienstevermittlungsumgebung mit eingebetteten Sicherheitsmechanismen, den Authentifizierungsmechanismen- und Verschlüsselungsprozessen für Dienste sowie den Rechtekonzepten für unterschiedliche Rollen als Dienstenutzer zu definieren. 10) Auf Infrastrukturebene soll ein offener wettbewerblicher Markt für Messeinrichtungen, Gateways und Diensteplattformen ermöglicht werden. Gleichzeitig ist in einer liberalisierten Umgebung und einem offenen Herstellermarkt notwendig, die Austauschbarkeit von Geräten sicherzustellen. Insoweit wird auch empfohlen hier Festlegungen zu treffen, beispielsweise zu den Basis-Kommunikationsfunktionen und sicherheitsfunktionen der Messeinrichtung (z.b. Smart Card). 11) Dem Messgerät wird mit einer eigenen Kommunikationseinheit eine bidirektionale Grundfunktion direkt zugeordnet. Dagegen ist das Kommunikations-Gateway eine dem Objekt zugeordnete Einheit, die über den Messgeräte-Feldbus (MAN) mit allen Messgeräten des Hauses 8

9 in Verbindung steht. Es ist damit nicht sinnvoll dieser Einheit, deren Zweck zuerst in der Kommunikation besteht, ein weiteres Display zuzuordnen. Ebenso wird vorgeschlagen diese Einheit nicht dem Messstellenbetreiber zuzuordnen, da bei freier Wahl des MSB viele Kommunikations-Gateways im Gebäude installiert werden könnten, was nicht im Sinne der Energie- und Kosteneffizienz ist. Diese Einheit sollte Teil der Infrastruktur des Kommunikationssystems aus Kommunikationsnetzwerk, Gateway, Diensteplattformen und Dienstevermittlungsumgebungen sein, die ein IKT-Infrastrukturbetreiber in der europäischen Rolle als information hub provider (Dienste- und Informationsdrehscheibe analog zur deutschen Rolle des Betreibers eines Energiemarktplatzes) gesamthaft aufbaut. 12) Für erweiterte Messgerätefunktionen werden Implementierungsorte außerhalb der Messeinrichtung benötigt. Diese Orte werden als Diensteplattformen bezeichnet. Diensteplattformen können auf dem Meter-Gateway ebenso implementiert werde, wie auf gesonderten Plattformen oder in Verteilungsnetzregionen auf Datenkonzentratoren (Energieddatenserver), sowie auf zentralen Plattformen oder in einer Cloud-Umgebung. Insoweit sollte im Dokument zum Schutzprofil keine technologische Umsetzung festgelegt werden, sondern sind Schutzprofile an logischen Funktionen zu binden, die dann im Wettbewerb auf verschiedenen Umgebungen implementiert werden können. 13) Messgeräte-Funktionen in Hohheit des Netzes und der Messstellenbetreiber und Energiemanagement-Funktionen in Hohheit des Kunden sind komplett verschiedenen Rollen zuzuordnen. Insoweit sind zur Umsetzung von Informationssicherhheit und Datenschutz zwei logische Gateways entsprechend obiger Darstellung, Meter-Gateway und Energiemanagement- Gateway zu unterscheiden, die bei einer möglichen Implementierung auf einer gemeinsamen Diensteplattform durch eine definierte Schutz-Brücke zu trennen sind. 14) Die von BWMI beim Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) in Auftrag gegebene Entwicklung von Schutzprofilen für die Kommunikationseinheit eines Messsystems (Meter-Gateway) begrüßen wir als einen ersten und notwendiger Schritt, um die Etablierung einer nachhaltigen "End zu End" Vertrauenskette im Smart Grid Informationssystem für alle schützenswerten Datenschutzklassen und Services im Smart Grid herzustellen, um so den vielfach vorgetragenen Bedenken der Verbraucher Rechnung zu tragen zu können. Die Etablierung eines Schutzprofiles fuer eine Systemkomponente darf allerding nicht dazu führen, das die im BSI Schutzprofil beschriebene technische Implementierung andere Implementierungen ausgrenzt - zumal die Marktrelevanz der beschriebenen technischen Implementierung nicht in allen Fällen gegeben ist ( Anschlussobjekte/Liegenschaften welche als Mehrfamilienhäuser, gewerblicher Bereich genutzt werden). 15) Die Umsteuerung des BMWI Auftrages an das BSI von Schutzprofilen für Systemkomponenten - hin zu Schutzbetrachtungen bezueglich der Funktionen, Anwendungsfälle, den darin beschriebenen Akteure in bestimmten Verantwortlichkeiten (Rollen) und den verwendeten Datenmodellen und deren Schutzklassen ist notwendig. Für jede Datenschutzklasse die in Smart Grid-Operationen verwendet wird, muss für das spezifische "Datengut" zur Herstellung von Datenschutz das notwendige Smart Grid Informationssicherheitsniveau (SGIS-Schutzniveau SGIS-Security-level 1-5) definiert werden. 9

10 2. Energiesystemmodellierung 2.1. Begriffe zum intelligenten Energiesystem auf Grundlage neuer Anforderungen Nachfolgend wird der schon in anderen Dokumenten ausreichend beschriebene Paradigmenwechsel von zentralen Erzeugungsstrukturen zu verteilten, netzwerkartigen Erzeugungs- und Speicherstrukturen dargestellt. Abbildung 5: Paradigmenwechsel im Energieversorgungssystem Die vorrangig passiven Energieversorgungsstrukturen in den unteren Spannungsebenen wandeln sich mit der zunehmenden Anzahl von dezentralen Energiequellen zu aktiven Strukturen, die zu regeln sind. Das bisher passive Energieversorgungssystem ist mit einem Energieinformationssystem aus Kommunikationssystem und Automatisierungssystem zu verbinden. Es entwickelt sich ein intelligentes Energieversorgungssystem (Smart Grid). Auf dem Weg zur Entwicklung eines gemeinsamen Modells bzw. eines gemeinsamen Verständnisses für ein Energieinformationssystem ist als erster Schritt die Zusammenführung der verschiedenen Begriffswelten der Domänen Energieversorgung, Kommunikation und Automatisierung erforderlich, um eine gemeinsame Sprache zur Beschreibung eines intelligenten Energieversorgungssystems zu entwickeln. Einen Beitrag dazu hat das VDE ITG-Positionspapier, das innerhalb der Fokusgruppe Energieinformationsnetzte entstand, geleistet 4. Auf dieser Grundlage soll für die weiterführenden Betrachtungen zuerst das intelligente Energiesystem definiert werden. Das intelligente Energiesystem (Smart energy system; auch beschrieben mit der Metapher Internet der Energie, in Deutschland mit der Marke E-Energy definiert) wird in nachfolgender Abbildung veranschaulicht. Es entspricht der Summe aus intelligentem Energieversorgungssystem (Smart Grid) als physikalische Infrastrukturebene vermittelt über IKT-Plattformen zur virtuellen Ebene der Energiedienste (energy services). 4 [VDE10] VDE ITG-Fokusgruppe; Positionspapier - Energieinformationsnetze und -systeme; 11/

11 Intelligentes Energiesystem = Energiedienste (virtuell) + Smart Grid (physisch) = Intelligentes Energieversorgungssystem = Energieinformationssystem + Passives Energieversorgungssystem Internet der Dienste Internet der Dinge Internet der Energie Abbildung 6: Das intelligente Energiesystem (Smart energy system) Das Smart Grid als physikalische Ebene umfasst dabei die IP-basierte kommunikative Vernetzung von physikalischen Energiesystemelementen. Somit kann es als ein Bereich im Internet der Energiedinge betrachtet werden. Die virtuelle Ebene zur elektronischen Kommunikation von Prozessschritten wiederum umfasst Energiedienste für den intelligenten Energiemarkt (Smart energy market) und die intelligente Energienetzführung (Smart grid operations). Diese Ebene wird durch eine elektronische Dienstekommunikation über das IP-Protokoll beschrieben und ist damit ein Bereich im Internet der Energiedienste. Analog dieser Betrachtungsweise wurde im Spiegelgremium DKE SMART.GRID zur IEC SMB SG 3 Smart Grid der Begriff Smart Grid folgendermaßen definiert und auch in die deutsche Normungs-Roadmap 5 übernommen: Der Begriff Smart Grid (Intelligentes Energieversorgungssystem) umfasst die Vernetzung und Steuerung von intelligenten Erzeugern, Speichern, Verbrauchern und Netzbetriebsmitteln in Energieübertragungs- und - verteilungsnetzen mit Hilfe von Informations- und Kommunikationstechnik (IKT). Ziel ist auf Basis eines transparenten energie- und kosteneffizienten sowie sicheren und zuverlässigen Systembetriebs die nachhaltige und umweltverträgliche Sicherstellung der Energieversorgung. Das nachfolgende Bild stellt die Wirkungen im Smart Grid auf Grundlage neuer Markt- und Netzführungstechnologien dar. 5 [Dk10] DKE - Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE in Zusammenarbeit mit E- Energy, Die deutsche Normungsroadmap E-Energy / Smart Grid Version 1.0, Frankfurt, April

12 Abbildung 7: Smart Grid als gesamthaftes intelligentes Energieversorgungssystem Zur Erläuterung der Verbindung von Energiesystemelementen als Bereich des Internets der Dinge mit dem Internet der Dienste wurde die Metapher Internet der Energie eingeführt. Das intelligente Energieversorgungssystem (Smart Grid) wiederum entspricht der Verzahnung der bisher passiven Bereiche des Energieversorgungssystem, bestehend aus den Energiesystemelementen Energiegewinnungseinrichtungen (betrieben durch Rolle Erzeuger), Energiespeicher (Verantwortlichkeit in Rolle des Speicherbetreibers), Energienutzungseinrichtungen (betrieben durch Rolle des Verbrauchers oder Endkunden) und Einrichtungen zum Energietransport mit zugehörigen Betriebsmitteln (in Verantwortlichkeit der Rolle des Netzbetreibers) mit einem Energieinformationssystem aus Kommunikationssystem und Automatisierungssystem. Das zukünftige intelligente Energiesystem aus verschiedenen Energieträgern (Elektrizität, Wärme, Gas) besteht also einerseits aus einem Netzwerk physikalischer Energiesystemelemente im Energieversorgungssystem sowie Elementen des Kommunikationssystems und des Automatisierungssystems, die miteinander kommunikativ und informationsverarbeitend verbunden sind. Es besteht aber anderseits auch aus einer virtuellen Diensteebene für den Energiemarkt und die Energienetzführung zur Abwicklung des Austausches von Energie. Die Energiediensteumgebung (Internet der Dienste) als rein virtueller Raum für Geschäftsprozesse auf Basis von webbasierten, verteilten, gesicherten und echtzeitfähigen IT-Plattformen kann nur in Verbindung mit den physikalischen Komponenten der Energieversorgung existieren. Dazu gilt es die Infrastruktur der Versorgungswirtschaft für Elektrizität, Wärme und Gas als Energieversorgungssystem mit dem Internet als Kommunikationsnetz sowie zusätzlichen Automatisierungseinrichtungen zu einem intelligenten Energieversorgungssystem über eine vermittelnde Infrastruktur zu verbinden. Weiterhin gilt es, die Prozesses des Energiemarktes und der Energienetzführung im Rahmen der Energieversorgung als 12

13 zukünftig elektronische Prozesse mit den physikalischen Energieflüssen in Einklang zu bringen, sowie die Sicherheit der Energieversorgung als kritische Infrastruktur und die Einhaltung der Bedürfnisse zur Informationssicherheit und des Schutzes privater Daten der Energienutzer trotz zunehmender Vernetzung zu gewährleisten. Dies wird deutlich hervorgehoben, um die Grenzen reiner Marktansätze sowie legislative und regulatorische Anpassungsbedarfe bei der Entfaltung der zukünftigen Energiewirtschaft zu erkennen, sowie die Netz- und Energienutzer immer im Auge zu behalten. Zu Betrachtung dieser zwei Seiten werden die schon definierten Begriffe Energiedienste (Smart energy services) für intelligenten Energiemarkt (Smart energy market) und intelligente Energienetzführung (Smart grid operations) sowie intelligentes Energieversorgungssystem (Smart Grid) genutzt, die im Rahmen eines ganzheitlichen intelligenten Energiesystems (Smart energy system, E-Energy) wirken Referenzarchitektur für das intelligente Energiesystem Das intelligente Energiesystem soll durch folgende vier Architekturebenen beschrieben werden, die zuerst mit nachfolgender Abbildung abgeleitet aus der Konzeptabbildung im vorhergehenden einleitenden Abschnitt eingeführt werden. Abbildung 8: Modellierung des intelligenten Energiesystems (Smart energy system) als Smart Grid zuzüglich Energiedienste in neuen Markt- und Netzführungssystemen [VDE10] 13

14 Die oberste Ebene wird als Dienstenutzerebene definiert. Als Dienstenutzer wirken Akteure in Form natürlicher oder juristischer Personen mit über Rollen zugeordneten Verantwortlichkeiten, welche die Dienste der darunter liegende Ebene nutzen. Die Diensteebene beinhaltet beliebige Dienste im Rahmen elektronischer und verteilter automatisierter Prozesse, die teilweise unabhängig von der unterliegenden physikalischen Infrastruktur wirken können. Die Dienste sind auf Basis standardisierter Schnittstellen in der untergeordneten Ebene der Informationsobjekte und Kommunikationsprotokolle unabhängig von der verwendeten Infrastruktur zu definieren und über vermittelnde Technologien zu verbinden. Die Ebene beinhaltet die wettbewerblichen Dienste zur Kommunikation unter den Marktpartnern als Leistungs-Portfolio des Energiemarktes und technische Dienste der Netzführung im regulierten Rahmen. Die Integration zwischen der Diensteebene und der physikalischen Infrastruktur im Bereich des intelligenten Energieversorgungssystems erfolgt durch die Dienstevermittlungsebene. Damit wird die Dienstekommunikation in verteilten und echtzeitfähigen Anwendungen mittels definierter Informationsobjekte und Objektbeziehungen (Ontologien) sichergestellt, um das Internet der Energiedinge mit dem Internet der Energiedienste zum Internet der Energie zu verbinden. Aufgrund der damit vernetzten, kritischen Infrastruktur kommt den Sicherheitstechnologien zur Einhaltung der Bedürfnisse im Bereich Informationssicherheit und Schutz privater Daten höchste Bedeutung zu. Die unterste Ebene bildet als Infrastrukturebene die physikalische Welt des Smart Grids mit den Elementen des Energieversorgungssystems, des Kommunikationssystems und des Automatisierungssystems. Diese Elemente gliedern sich folgendermaßen in technische Akteure und Leitungselemente Adressierbare technische Akteure des Energieversorgungssystems (Teilnehmer im Kommunikationssystem) mit Energiegewinnungseinrichtungen, Energienutzungseinrichtungen und Energiespeicher, Adressierbare technische Akteure des Energieversorgungssystems (Teilnehmer im Kommunikationssystem) in Form von Betriebsmitteln in Netzknoten zur Verteilung von Energie, Nicht adressierbare Elemente des Energieversorgungssystems in Form von Leitungen oder Kanälen für Energietransport und Energieverteilung, Adressierbare technische Akteure des Automatisierungssystems (Teilnehmer im Kommunikationssystem) als informationsverarbeitende Elemente mit Mess-, Stell-, Steuer- und Regeleinrichtungen, Adressierbare technische Akteure des Kommunikationssystems mit Gateways als Kommunikationsbrücken zwischen Kommunikationsnetzen in verschiedenen Systemdomänen des intelligenten Energiesystems und Diensteplattformen als physikalische Ausführungsumgebung von Diensten und Träger von Dienstevermittlungs-Technologien, Nicht adressierbare Elemente des Kommunikationssystems in Form von Leitungen zur Informationsübertragung Die Einführung elektronischer Prozesse mit Diensten im Energiemarkt und bei der Netzführung sowie die kommunikative Verbindung aller Akteute führt zum Aufbau des intelligenten Energiesystems. Der Sicherheitsaspekt für das beschriebene Modell unterliegt als Querschnittsfunktion für das Gesamtsystem einer vertikalen Betrachtung. Dieser Aspekt ist auf allen Ebenen der betrachteten generischen Architektur zu untersuchen, da die Sicherheit des Gesamtsystems von der Sicherheit des schwächsten Teils der Sicherheitsarchitektur abhängt. Insofern muss jede virtuelle oder physikalische Komponente, die Bestandteil eines Dienstebausteins mit einem definierten Sicherheitslevel ist, für sich selbst und im Zusammenspiel mit den Gesamtsystem ein für den Zweck (Dienstebaustein) notwendigen Sicherheitslevel aufweisen. Das Thema Informationssicherheit kann bei der hier geführten Architekturbetrachtung nicht ausreichend behandelt werden. Verwiesen wird hierzu auf folgende Quelle 6. 6 [Iw09] Verantwortlicher Konsortialpartner: Fraunhofer IWES (vormals ISET), Mitwirkende Konsortialpartner: David Nestle (ISET), Jan Ringelstein (ISET), Patrick Selzam (ISET), Heiko Waldschmidt (ISET), Mariam Khattabi (MVV), Sylvia Gebauer (PPC), Markus Rindchen (PPC), Stefan Sender (PPC), Peter Papendorf (PSE), Assiet Aren (UDE); Ergebnisstudie E-Energy-Projekt Modellstadt Mannheim (moma), Arbeitsschritt 1.5 Studie Aktorik und Sensorik; erschienen in moma; Mannheim;

15 3. Anwendung der Referenzarchitektur auf die Thematik Smart Metering 3.1. Systemmodell für Verbindung Smart Metering mit objektbezogenen Energiemanagement Modell der DKE-Fokusgruppe Inhouse Automation Im Dokument der deutschen Normungsroadmap 7 bei der DKE wurde die Aufstellung der Fokusgruppen Inhouse-Automation sowie Verteilungsnetzautomation vorgeschlagen, die den Normungsprozess zur Funktionsweise in der Systemdomäne der Netznutzerobjekte und der Systemdomäne der Geräte und Anlagen sowie in der Systemdomäne des Verteilungsnetzes vorantreiben soll. Im Rahmen des vom BMWi und BMU geförderten E-Energy-Projektes wurden dabei insbesondere zur Definition einer von der Hardware abstrahierten Ausführungsumgebung für ein objektbezogenes Energiemanagement mit OGEMA 8, aber auch zur Kommunikation zwischen den Energiesystemelementen für das in nachfolgender Abbildung abstrakt dargestellte Energiemanagement-LAN im Objekt mit dem EE-Bus 9 (Home area network: HAN) erste standardisierbare Lösungsansätze vorgestellt. Zur Darstellung dieser Ansätze sollen verallgemeinerte Begriffe eingeführt werden, die nachfolgend den Systemdomänen, Rollen und Funktionsbeispielen zugeordnet werden sowie die Grundlage zur Definition eines Residential Gateways als Verbindung von Meter Gateway und Energiemanagement Gateway bieten. Abbildung 9: Anwendung Referenzarchitektur für die Systemdomänen Objekte und Geräte 7 [Dk10] DKE - Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE in Zusammenarbeit mit E- Energy, Die deutsche Normungsroadmap E-Energy / Smart Grid Version 1.0, Frankfurt, April [NRW10] Nestle, D.; Ringelstein, J; Waldschmidt, H.: Fraunhofer IWES; Open Energy Gateway Architecture for Customers in the Distribution Grid, Information Technology (it) 2/2010, S , Oldenbourg Verlag, München 9 15

16 Es werden nachfolgend in verallgemeinerter Darstellung der obigen Abbildung mit Bezug zur Referenzarchitektur aufgeführt: die Verbrauchsmesseinrichtungen sowie zusätzliche Mess- und Stelleinrichtungen im Objekt (Messeinrichtungen und Steuereinrichtungen im Automatisierungssystem), das Meter Gateway (Gateway im Kommunikationssystem) als Kommunikationskomponente zwischen den Verbrauchszählern in der Objektnetzzelle zur Verteilungsnetzzelle und auch zum Energiemanagement-Gateway, das Energiemanagement Gateway (EMG) als Kommunikations-Gateway und Diensteplattform des Kommunikationssystems im Netznutzerobjekt mit einer Middleware (Dienstevermittlungsebene der Objektnetzzelle) für Informationsmodelle und Dienstekommunikation, der Energie-Manager (EM) als Träger der Agentenstruktur mit Energiemanagementdiensten als Steuereinrichtung des Automatisierungssystems, das Kommunikationsnetzwerk im Objekt als Energiemanagement-LAN (lokales Netzwerk) von einem Energiemanagement-Gateway (EMG) hin zu Geräten und Anlagen sowie als Feldbus vom Meter Gateway (MG) zu Verbrauchsmessgeräten, sowie die über den gesamthaften Regelkreis im Objekt zu steuernden Objektgeräte und Anlagen als Elemente im Energieversorgungssystem des Objektes. Zwischen dem Meter-Gateway und den Energiemanagement-Gateways sind die Maßnahmen zur Gewährleistung von Informationssicherheit und Datenschutz, dargestellt durch die Sicherheits-Brücken, zu definieren. Die Darstellung nimmt weiterhin Bezug auf die Systemdomänen, in denen die Elemente als technische Akteure des Energiesystems aufgeführt sind. Weiterhin umfasst die Darstellung beispielhafte Funktionsgruppen in den Systemdomänen und diesen Funktionen zugeordnete Rollen Aus EU-Mandat 441 abgeleitete Betrachtungen zu Gateways und Diensteplattformen Im letzten Abschnitt wurde die Anwendung der Referenzarchitektur auf die Domänengruppe Netznutzerobjekte dargestellt. Hierbei wurden zwei logische Gateways identifiziert, das Meter-Gateway in Hohheit und Verantwortung der Rolle des Messstellenbetreibers sowie das Energiemanagement-Gateway in der Hohheit und Verantwortung des Prosumers als natürlicher Akteur in den Rollen Energienutzer und Betreiber von Energiegewinnungsanlagen. Beide Gateways können in Verbindung mit einer Diensteplattform und Dienstevermittlungsumgebung als technische Akteure Träger von Diensten sein. Dabei wird das Meter-Gateway als logische Komponente zuerst Träger der Dienste im Rahmen von Smart Metering sein. Das Energiemanagement-Gateway als weiterer technischer Akteur kann Träger von Diensten im Rahmen des dezentralen Energiemanagements, von Energiedienstleistungen, der Einbeziehung in virtuelle Kraftwerke oder die vertragliche Einbeziehung in Geschäftsangebote für Systemdienstleistungen zur Vermarktung von Energieangeboten sein. Beide Gateways kommunizieren sowohl mit den energienutzenden und energieanbietenden Geräten sowie Anlagen im Objekt, mit Mess- und Stelleinrichtungen sowie mit externen Akteuren im Bereich des Energiemarktes und der Energienetzführung. Im Sinne der Entwicklung einer vernetzten Infrastruktur des Energiesystems sind Festlegungen zur Informationssicherheit und Datenschutz zu treffen. Um sich den notwendigen Sicherheitsfestlegungen anzunähern, wird als Ausgangspunkt die Architekturdarstellung der Smart Metering Coordination Group zum europäischen Smart Metering Mandat 441 gewählt. Im Mandat 441 war es leider nicht der Auftrag auch das Thema Informationssicherheit zu bearbeiten, doch lassen sich an der nachfolgenden technologieaunabhänigen, logischen Darstellung sehr gut die Anforderungen als Ausgangsbasis der deutschen Diskussionen ableiten. 16

17 Abbildung 10: logische, technologieunabhänige Architekturdarstellung Smart Metering 10 Eine Smart Metering-Architektur wird hier definiert als Modulares Messgerät-Konzept aus metrologischer Einrichtung und einem Display, einer Komponente für direkt zur Messeinrichtung zugeordnete Mindestfunktionen eines elektronischen Messgerätes sowie einer Komponente für Kommunikationsfunktionen des Mess-Endgerätes (Mess- Endgerät wird umgangssprachlich als Smart Meter bezeichnet), direkte Schnittstelle am Messgerät zum Anschluss von Zusatz-Displays, logische Funktionskomponente zusätzlich zu den direkt zum Mess-Endgerät zugeordneten Mindestanforderungen in Form von Messdatenweiterleitung, -überprüfung, Ersatzwertbildung, Historienbildung, Aggregierung, vorverarbeitende Abrechnungsfunktionen, Messgerätesteuerung ohne Zuordnung zu einem Installationsort auf einer vorgeschriebenen Diensteplattform, Schnittstellen der Mindestfunktionen und erweiterten Funktionen über das lokale Netzwerk im Netznutzerobjekt zu Funktionskomponenten der Gebäudeautomation in Hohheit anderer Rollen, mit Herstellung von Verbindungen zu Geräten und Anlagen, Schnittstellen der Mindestfunktionen und erweiterten Funktionen über ein Nachbarnetzwerk innerhalb von Objektnetzen aber auch in Netzregionen zur Bündelung mehrerer Zähler über eine Diensteplattform (Datenkonzentrator, Energiedatenserver (EnDS)) Schnittstellen der Mindestfunktionen und erweiterten Funktionen über Weitverkehrsnetze zur Verbindung mit zentralen Smart Metering-Systemen (AMI Head End System) Sehr positiv an dieser Darstellung ist die offene Implementierungsmöglichkeit der erweiterten logischen Funktionen, da es keine technologische Festlegung gibt. Dieser Punkt hat für die europäische Kommission 10 Report V0.4 zum Mandat 441 der europäischen Smart Metering Coordination Group 17

18 höchste Bedeutung, die im Report der Smart Metering Coordination Group darauf dringt, dass keinerlei technologische Festlegungen getroffen, sondern nur logische Funktionen beschrieben werden, um einen offenen wettbewerblichen Markt zu befördern. Folgende Schwächen sind im aktuellen Stand des Reportes zum Mandat 441 in der Version 0.4 und damit in der Darstellung noch enthalten. Es werden keine Untersuchungen zum Thema Informationssicherheit durchgeführt. Es wurden bisher auch noch keine detaillierten Anforderungsuntersuchungen bezüglich der Zusatzfunktionen durchgeführt, womit die Anwendungsfälle für diese Funktionen noch nicht beschrieben sind, keine Zuordnung zu logischen Funktionskomponenten erfolgte. Das Fehlen von erweiterten Anwendungsfallgruppen führt dazu, dass noch keine Datenschutzklassen innerhalb bestimmter Sicherheitsniveaus zu Datenobjekten, die durch Anwendungsfälle bearbeitet werden, zugeordnet werden können. Es ist auch nicht ausreichend, Sicherheit nur über Schnittstellen von Anwendungsfällen zu definieren, sondern Informationssicherheit wird vertikal über die gesamte 4-Schichten-Architektur von Infrastrukturservices, Dienstevermittlungsservices und den Diensten (Implementierung von Anwendungsfällen) sowie Rollen und Rechte von Dienstenutzern definiert. Insoweit bietet sich hier die Anwendung der Referenzarchitektur aus dem VDE ITG-Positionspapier an. Oben wurde die 4-Ebenen Referenzarchitektur für das intelligente Energiesystem definiert. Teil der Ebene 1 der Referenzarchitektur (Infrastruktur) ist das Kommunikationssystem. Dieses besteht in einer abstrakten Beschreibung aus Kommunikationsnetzwerk, einer Ausstattung von Objekten und Netzregionen mit Kommunikations-Gateways zur Verbindung unterschiedlicher Schnittstellen (in Analogie zum Bild des Mandates 441 (metrological area networks (MAN, home area networks (HAN), lokal area networks (LAN), neigbourhood area notworks (NAN) und wide area networks (WAN)), sowie Diensteplattformen für Messgeräte-Mindestfunktionen, Messgeräte- Kommunikationsfunktionen, erweiterte Metering-Funktionen und Gebäudeautomations-Funktionen, wobei alle drei Bereiche mit Sicherheitsanforderungen (sichere physikalische Kommunikation, sichere Kommunikations-Gateways, sichere Diensteplattformen (Trusted Computing) verbunden sind. Ebene 2 ist eine Dienstevermittlungsschicht zum Mapping der mit Gateways abgebildeten Kommunikationsstacks und auf Plattform laufenden Diensten über definierte Objektmodelle, genormte Diensteschnittstellen, Diensteintegrationsservices in verteilten Laufzeitumgebungen. Für diese Dienstevermittlungsumgebung entstehen wiederum Anforderungen aus Sicht der Informationssicherheit. In Ebene 3 als Diensteschicht wird Informationssicherheit durch Zuordnung von Sicherheitsniveaus an Diensteschnittstellen und Datenschutzklassen an Datenobjekte definiert. Sicherheitsniveaus bringen den verschiedenen Anforderungen an die Schutzmassnahmen mit sich (z.b. Verschlüsselung). Ebene 4 besteht aus den Dienstenutzern, denen Rollen und damit Verantwortlichkeiten und Rechte zuzuordnen sind. Hier sind Festlegungen zur Authentifizierung zu treffen. 18

19 SUL (Service User Layer) SIS (Service Information Security) SL (Service Layer) SML (Service Mediation Layer) IL (Infrastructure Layer) Abbildung 11: Ebenen des Energieinformationssystems Der Report zum Mandat 441 beschreibt das Kommunikationsnetzwerk im Layer IL (Verbindungen zwischen Funktionsblöcken), einzelne Funktionsblöcke ohne Trennung zwischen Mindestfunktionen des Messgerätes und erweiterten Funktionen, die außerhalb des Messgerätes existieren können. Er behandelt aber nicht die unterschiedlichen Hohheiten durch verschiedene verantwortliche Rollen in verschiedenen Systemdomänen, behandelt damit verbunden auch keine Maßnahmen zur Informationssicherheit, behandelt auch keine unterschiedlichen Verteilungsmöglichkeiten von Gateways und Diensteplattformen der Infrastrukturebene (IL) sowie der Dienstevermittlungsschicht (SML). Dazu soll im folgendem die Architekturdarstellung des Reportes erweitert werden. Unter Berücksichtigung der beschriebenen Architekturebenen sowie der Darstellung zum Mandat 441 ergeben sich mehrere Realisierungsmöglichkeiten für Kommunikations-Gateways und Diensteplattformen, die in Kombination umgesetzt werden können. Mit der nachfolgenden Darstellung wird ersichtlich, dass die Forderung nach einem offenen wettbewerblichen Markt ohne technologische Festlegungen, eine Betrachtungsweise in logischen Komponenten, die jeweils bestimmten Informationssicherheitsniveaus genügen müssen, notwendig macht. Folgende Netzwerke werden aus der Darstellung zum Mandat 441 identifiziert und sind in nachfolgender Darstellung abgebildet: MAN Metering Area Network (lokaler Mess-Feldbus) HAN Home Area Network (entspricht LAN lokales Netzwerk im Objekt, Energiemanagement- LAN) NAN Near Area Network (entspricht Nahbereichsnetzwerken in Verteilungsnetzregionen zu dezentralen Komponenten) WAN Wide Area Network (Weitverkehrsnetze zu zentralen Komponenten) Folgende technische Komponenten sind auf Grundlage der Architekturebenen und Schnittstellen im Mandat 441 umsetzbar. 1) Messendgeräte mit Mess- und Anzeigefunktion, gewissen zu definierenden Basisfunktionen sowie Kommunikationsfunktionen des Einzelgerätes 2) Externes Display, das direkt an das Messendgerät angeschlossen werden können 3) Meter-Gateway als lokale Kommunikationsbrücke im Objekt des Endkunden zur Verbindung von Messfeldbus (MAN) mit Gebäudenetzwerk in Kundenhohheit (HAN) über das Energiemanagement- Gateway (EM-Gateway) sowie Nachbarnetzwerken im Nahbereich (NAN) und Weitbereich (WAN) 19

20 4) Diensteplattform im Objekt des Endkunden zur Abbildung erweiterter Metering- und Energiemanagement-Funktionen, installierbar auf Meter-Gateway des Messstellenbetreibers oder auf eigenständigem Energiemanagement-Gateway des Endkunden 5) Kommunikations-Gateway im Nahbereich der Objekte (Verteilungsnetzregion) zur Verbindung über das Nahnetzwerk (NAN) mit dem Meter-Gateway (3) und mit Energiemanagement-Gateway (8) in Kundenhohheit, sowie über das Weitnetzwerk (WAN) mit der zentralen Diensteplattform 6) Diensteplattform im Verteilungsnetz zur Abbildung von aggregierenden, prüfenden, plausibilisierenden, speichernden sowie abrechnenden Funktionen als sogenannter Energiedatenserver (EnDS; analoger Begriff: Datenkonzentrator) 7) Zentrale Diensteplattform (auch genannt Datendrehscheibe, Information hub, Plattform für Energiemarktplatz) bei einem IKT-Infrastrukturbetreiber beispielsweise zur Abbildung zentraler Visualisierungs- und Abrechnungsfunktionen oder weiterer Energiedienstleistungen Nachfolgende Darstellung erweitert die Mandat 441-Darstellung um die oben genannten Netzwerkbezeichnungen sowie technische Komponenten. Abbildung 12: logische Architekturdarstellung Smart Metering erweitert um technische Komponenten und Netzwerke 20

21 Zur Implementierung einer Smart Metering-Infrastruktur sind auf Grundlage der vorgestellten Infrastrukturkomponenten, der auf Diensteplattformen enthaltenen Middleware-Lösungen (Dienstevermittlung) zur Verbindung von Diensten und technischen Akteuren der Infrastruktur, der Schnittstellen zwischen Funktionalitäten (Diensten), der Rechte von Dienstenutzern in verschiedenen Rollen des Energiesystems für alle vier genannten Architekturebenen entsprechende Schutzprofile und Maßnahmen zur Einhaltung der Anforderungen aus Informationssicherheit und Datenschutz zu definieren. Da mit der Betrachtung anhand logischer Schnittstellen im Report zum Mandat 441 und der oben dargestellten Erweiterung der Darstellung auf technische Komponenten verschiedene Implementierungsvarianten abbildbar sind, wird empfohlen, Schutzprofile nicht bestimmten technischen Komponenten zuzuordnen, sondern anhand logischer Funktionalitäten zu definieren. Damit werden verschiedene technische Implementierungsformen möglich. Die Zertifizierung von Komponenten kann derart umgesetzt werden, indem die Einhaltung der Schutzprofile geprüft wird, die bestimmten logischen Funktionen zugeordnet sind, die auf einer technischen Komponente implementiert wurden. In der Smart Meter Coordination Group zum Mandat 441 enthalten die Architekturdarstellungen die Anforderungen aus Sicht der Informationssicherheit nicht. Mittels der vier Architekturebenen entsprechend Abb. 8 aus Service user layer Service layer Service mediation layer Infrastructure layer sowie der Darstellung der logischen Funktionsschnittstellen und der beschriebenen, möglichen technischen Komponenten sind mehrere Implementierungsformen möglich. Die Festlegung der Informationssicherheitsniveaus führt aber zu unterschiedlichen rollenabhängigen Maßnahmen zur Sicherung der Daten. Während der Kunde zeitlich hochaufgelöste Daten von einem System bekommen soll, müssen die Daten anderen Rollen verschlossen bleiben. Die Festlegung von Informationssicherheitsniveaus muss damit zuerst Festlegungen zu Rechten von verschiedenen Rollen des Energiesystems beinhalten. Verschiedene Rollen, die auf das gleiche technische System zugreifen, erhalten unterschiedliche Rechte auf Funktionalitäten und Daten. Akteuren, die bestimmte Rollen einnehmen, werden unterschiedliche Rechte auf die Dienste in verschiedenen Anwendungsszenarien erteilt. Für diese Szenarien sind unterschiedliche Festlegungen bezüglich der Informationssicherheitsebenen notwendig. In gewissen Umgebungen (z.b. Einfamilienhaus) kann es aus Kostengründen für den Prosumer sinnvoll sein, eine Vereinigung beider logischer Gateways in ein physikalisches Gateway zu wählen. In allen Fallen sind aber klare Festlegungen für die dort ablaufenden Prozesse, Anwendungsfälle, Datenmodelle, deren Schutzklassen und die dazugehörigen Anforderungen and die Informationssicherheit zu treffen. Dies betrifft einerseits das Netzwerk der Messeinrichtungen zur Erfassung und Übertragung von abrechnungsrelevanten Daten sowie von anonymisierten Daten als Detailinformation und Grundlage für die Lastberechnungen in der Verteilungsnetzzelle. Dies betrifft im weiterem auch das Energiemanagment-Gateway und den Energiemanager zur Entgegennahme von Anreizen bis zu direkten Eingriffen in die Funktionen der Geräte. Es besteht Einigkeit darüber, dass bei unterschiedlichen Anwendungsfällen und deren Aktivitäten unterschiedliche Informationssicherheitsniveaus notwendig sind. Wenn in Anwendungsfällen persönliche Daten verwendet werden, muss neben dem technischen Schutz auch die Festlegung der Zugriffsrechte und der Zweckbindung erfolgen. 21

22 Glossar Abwicklungs- und Einigungsdienstleister (en: Clearing & Settlement): Systemrolle zur Übernahme der Haftung zum Abdecken der zukünftigen Vertragseinigungen zwischen Marktpartnern und Beistellung des Vertragspartners bei Handelsgeschäften an der Energiebörse Akteur: Natürliche oder juristische Person als Dienstenehmer in Verantwortlichkeit einer Systemrolle in der virtuellen Diensteebene des intelligenten Energiesystems sowohl als auch technisches Element in Form eines physischen Gerätes (siehe auch Begriff Element) in einer Systemdomäne des intelligenten Energieversorgungssystems als Infrastrukturebene, das als Teilnehmer des intelligenten Energieversorgungssystems mit Elementen für Erzeugung (Energiequellen), Verbrauch (Energiesenken), Speicherung (Energiesenken und -quellen) und Netzbetrieb, als Teilnehmer des Automatisierungssystems mit Elementen zur Messung, Schaltung, Steuerung und Regelung sowie als Teilnehmer des Telekommunikationssystem mit den Elementen Gateway und Dienstegenerierungspunkt eingesetzt wird. Anlagen: Systemdomäne für die energienutzenden Anlagen im gewerblichen und industriellen Bereich Anwendungsfall (en: Use Case): Struktur zur Bündelung von Aktivitäten, die von einem Akteur benutzt werden, um mit Diensten auf Informationsobjekte einzuwirken, wobei die innere Struktur soweit zu vereinbaren ist, dass Objektmodelle und Dienste-Schnittstellen Bestandteil der Normung werden. Anwendungsfallszenario: Anwendungsfall-Gruppierung für Teilprozesse zum Einsatz in verschiedenen Geschäftskonzepten übergreifend über mehrere Hauptfunktionsgruppen Automatisierungssystem: Summe der Teilnehmer zur Automatisierung im intelligenten Energieversorgungssystem (Smart Grid) Beeinflusser: Rollengruppe zur Gruppierung von weiteren den Energiemarkt und das Energiesystem beeinflussenden Stakeholdern Bilanzkreiskoordinator (Abk.: BKK; en: Balance Grid Coordinator), analog zu Regelzonen-Verantwortlicher (en: Control Area Manager): Systemrolle, die in einer Regelzone alle relevanten Daten von den Bilanzkreisverantwortlichen zusammenführt, Bilanzabweichungen ermittelt und für den finanziellen Ausgleich zwischen den Bilanzkreisverantwortlichen für zuviel oder zu wenig gelieferte Energie in der Bilanzkreisabrechung sorgt Bilanzkreisverantwortlicher (Abk.: BKV; en: Balance Responsible Party): Systemrolle mit der wirtschaftlichen und energetischen Verantwortung für eine ausgeglichene Bilanz von Entnahmen und Einspeisungen in seinem Bilanzkreis (BK), der die Fahrpläne seines Bilanzkreises an den Bilanzkreiskoordinator sendet und vom Bilanzkreiskoordinator die genutzte Ausgleichsenergie berechnet bekommt. Bündelrolle: Rechtsgeschäftsfähige Instanzen zur Bündelung von granularen Systemrollen im Wertschöpfungsnetzwerk des intelligenten Energiesystems Dienstenehmer: Organisatorische Ausprägung in Form einer natürlichen Person oder juristischen Person, die Verantwortlichkeiten von Systemrollen übernimmt Domänengruppe: Gruppe von Systembereichen mit definierten Grenzen und innerhalb der Gruppe mit ähnlichen Strukturen, mit denen eine grobe Einteilung des gesamthaften intelligenten Energieversorgungssystems anhand des physischen Stromflusses bzw. der informationstechnischen Verbindungen vorgenommen werden kann. 22