Smart Home. Hamburg Christian Nordlohne. ISIK - IT - Sicherheitsbotschafter im Handwerk it-sicherheit-handwerk.de

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1 Smart Home Hamburg Christian Nordlohne 1

2 Gliederung Einführung Grundbegriffe Kabelgebundene Technologien Kabellose Technologien Gefahren Praxis und Handlungsempfehlungen 2

3 Warum Smart Home? Motivation der Branche Umsatz in 2011 ca. 400 Mio. Dollar Prognostiziert für 2017: 2,4 Mrd. Dollar Ca. 22 Prozent der deutschen Haushalte, die über Breitbandtechnik verfügen, werden mit einem Smart Home-System ausgestattet sein Quelle: Studie von Strategy Analytics 3

4 Smart Home - Definition Smart Home dient als Oberbegriff für technische Verfahren und Systeme in Wohnräumen und -häusern, in deren Mittelpunkt eine Erhöhung von Wohn- und Lebensqualität, Sicherheit und effizienter Energienutzung auf Basis vernetzter und fernsteuerbarer Geräte und Installationen sowie automatisierbarer Abläufe steht. Quelle: Wikipedia 4

5 Warum IT-Sicherheit bei Smart Home? Motivation der Verbraucher: Wunsch, ihre Smartphones und Tablet-PCs mit der Haustechnik zu vernetzen Vernetzung von intelligenten Geräten betrifft IT-Sicherheit! Quelle: Studie von Strategy Analytics 5

6 Smart Home Grundbegriffe Animation: Heizungssteuerung (1/5) 6

7 Smart Home Grundbegriffe Animation: Heizungssteuerung (2/5) 1. Sollwerterhöhung der Temperatur an Sensor auf 22 C 2. Logik/Regler sendet Aktor neuen Stellwert: 80% 3. Aktor steuert Elektromotor der Heizung: 8 Volt 4. Heizungsventil wird geöffnet 5. Temperaturerhöhung, bis Sollwert erreicht ist 7

8 Smart Home Grundbegriffe Animation: Heizungssteuerung (3/5) 8

9 Smart Home Grundbegriffe Animation: Heizungssteuerung (4/5) 6. Sensor meldet Istwert von 22 C: Stellwert zurück auf 0% 7. Logik/Regler sendet Aktor neuen Stellwert: 0% 8. Aktor steuert Elektromotor der Heizung: 0 Volt 9. Heizungsventil wird geschlossen 9

10 Smart Home Grundbegriffe Animation: Heizungssteuerung (5/5) 10

11 SENSOR LOGIK/REGLER AKTOR 11

12 Kabelgebundene Technologien KNX BACnet LON OPC 12

13 KNX Einführung und Kommunikation (1/2) Unter Home Electronic Systems international standardisiert (ISO/IEC ) Anwendung in Heimautomation und kommerzieller Gebäudeautomation Sensoren und Aktoren als Menge von Kommunikationsobjekten Kommunikationsobjekt: typisierter Wert, wie etwa eine Temperatur, Schalterzustand, Stellgröße. Kommunikationsobjekte kommunizieren über Gruppenadressen 13

14 KNX Einführung und Kommunikation (2/2) Sensoren senden Nachricht mit Wert an Aktoren Aktoren prüfen, ob ein eigenes Kommunikationsobjekt mit der Gruppenadresse verknüpft ist Netzwerkintegration im KNX-System erfolgt über herstellerunabhängiges, datenbankbasiertes Installations-Tool (ETS - Engineering Tool Software). 14

15 15

16 KNX Medien und Sicherheit Übertragung über: verdrillte Zweidrahtleitung (KNX Twisted Pair = KNX TP) vorhandenes 230V Netz (KNX Power Line = KNX PL) Funk (KNX Radio Frequency = KNX RF) Ethernet (KNX IP) KNX sendet seine Daten unverschlüsselt! 16

17 BACnet Einführung und Kommunikation Ende der 80er Jahre entwickelt von der American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) BACnet (Building Automation and Control networks) ist standardisiert in ISO 16484: Building automation and control systems - Part 5: Data communication protocol Client-Server-Kommunikation: BACnet Objekte Teilnehmer stellen Server-Objekte bereit können von anderen Teilnehmern als Clients angesprochen werden 17

18 BACnet Medien und Sicherheit Übertragung z.b. über verdrillte Zweidrahtleitung (z.b. BACnet MS/TP) Ethernet (BACnet/IP) Sicherheit (Shared Secret) seit 2008 möglich 18

19 LON Einführung und Kommunikation 1990 entwickelt - Dezember 2008 IEC/ISO14908-x Sprache von LON heißt LONTalk-Protokoll Aufgaben im Automationsnetzwerk sind in Funktionsblöcken/Objekte enthalten jeder Netzwerkteilnehmer/ Knoten kann mehrere enthalten 19

20 LON Einführung und Kommunikation Funktionsblöcke beinhalten Netzwerkvariablen (englisch: standard network variables, kurz: SNVT [sprich: Snivit]) für Kommunikation mit anderen Funktionsblöcken und Konfigurationsparameter (englisch configuration properties, kurz: SCPT [sprich: Skipit]) mit denen das Verhalten der Funktionsobjekte verändert/parametriert werden kann Verwaltung und Inbetriebnahme: LonWorks Network Services (LNS) Client-Server-Architektur mit integrierter Datenbank 20

21 LON Medien Übertragung z.b. über verdrillte Zweidrahtleitung (z.b. LON FTT-10) vorhandene 230V Netz (LON-PLT) Ethernet (LON IP) 21

22 LON Sicherheit Challenge/ Response: Shared Secret Knoten erhalten 48-Bit-Schlüssel Empfänger-Knoten erzeugt 64-Bit-Zufallszahl und sendet diese an den Sender Sender verschlüsselt Nachricht und Zufallszahl mit Schlüssel Empfänger prüft mit eigenem Schlüssel 22

23 OPC OLE for Process Control Entwickelt von der OPC Task Force 1996: Veröffentlichung der OPC Specification Version 1.0 OPC Foundation bietet Zertifikate für Software an Client-Server-Modell Herstellerunabhängig wird teilweise auch in KNX Netzen verwendet 23

24 Kabellose Technologien EnOcean Z-Wave ZigBee 24

25 EnOcean Standardisiert im März 2012, ISO/IEC Erfinder: EnOcean GmbH in München kurzer Funksignale: nur geringe Mengen an Energie Frequenz 868 MHz Verschlüsselung eingebaut 25

26 Z-Wave Von Firma Zensys und Z-Wave Alliance entwickelt seit 2012 von der ITU-T als Standard G.9959 definiert ISM-Band: USA 908,42 MHz, Europa 868,42 MHz und MHz-Band Reichweite in Gebäuden bis zu 30m Topologie: Vermaschtes Netz Ein Netz bis zu 232 Clients 26

27 ZigBee Einführung IEEE standardisiert Entwicklung der ZigBee-Allianz, die Ende 2002 gegründet wurde Sonderimplementationen: Nicht alles kompatibel ISM-Bänder: 868 MHz (Europa), 915 MHz (USA) und 2,4 GHz (weltweit) Kann je nach Gebäudestruktur zwischen zehn und 75 Metern überbrücken 27

28 ZigBee Geräte und Topologie Drei Gerätetypen Einfache Geräte (Lichttaster) unterstützen nur einen Teil des ZigBee-Protokolls: ZigBee End Device Full Function Devices (ZigBee-Router) Ein Koordinator: verwaltet und steuert das Netzwerk vermaschtes Netzwerk (Stern - Router/ Baum - Routern) 28

29 ZigBee Sicherheit Unterstützt AES 128Bit Konfiguration ermöglicht sicheres und ungesichertes Beitreten des Netzes bei ungesichertem Beitritt wird der Schlüssel an den neuen Knoten gesendet Knoten haben Zugriffssteuerungsliste, um Rechte des Senders zu prüfen (Access Control List, ACL) 29

30 Anbindung/Bedienung übers Internet Beispiel: Lampe schalten Internet Heimnetzwerk WEB- SERVER AKTOR Internet-Router 30

31 Smart Home: Gefahren Mitlesen von Daten Nutzername/ Passwort Wiedereinspielen von Befehlen Ein- und Ausschalten der Alarmanlage Übernahme der Kontrolle Steuerung sämtlicher Geräte 31

32 Smart Home Praxis I: Steuerung einer Lampe Szenario Smart Home-Steuerung einer Lampe über Web-Server Zugang über Router Angreifer liest Daten mit 32

33 Smart Home Praxis I: Aufbau Internet 33

34 Smart Home Praxis I: Angriffspunkte Internet 34

35 Smart Home Praxis I: Mitlesen bei unverschlüsselter Verbindung Bei Verwendung einer unverschlüsselten Verbindung ist es möglich, Nutzername und Passwort mitzulesen Schutzmaßnahmen Übertragungsverschlüsselung (https) Virtual Private Network (VPN) 35

36 Smart Home Praxis II: Angriff auf das Bussystem Szenario Gebäudeautomation mit KNX vollständig implementiert Zugang zum Bus (z.b. Lichtschalter im Sanitärbereich) Angreifer steuert Bussystem durch Einspielen von Befehlen 36

37 Smart Home Praxis II: Aufbau Spannungsquelle Aktor KNX Sensor Sensor (Schalter) Programmierung: Gruppenadresse 1/0/0 37

38 Smart Home Praxis II: Aufbau Spannungsquelle Aktor KNX Sensor 1/0/0 : $01 Sensor (Schalter) Aktion: Schalter betätigen 38

39 Smart Home Praxis II: Aufbau Spannungsquelle Aktor KNX Sensor 1/0/0 : $00 Sensor (Schalter) Aktion: Schalter betätigen 39

40 Smart Home Praxis II: Angriff Spannungsquelle Aktor 1/0/0 : $01 KNX USB Sensor Schnittstelle Sensor (Schalter) 40

41 Smart Home Praxis II: Steuerung durch Angriff auf das Bussystem Keine Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz des Bussystems installiert Schutzmaßnahmen Zugang zum Bussystem einschränken Bus absichern: Beispiel KNX-Guard 41

42 Smart Home Praxis Handlungsempfehlungen Auf Verschlüsselung achten Verbindung zu Steuerungselementen (https und VPN) Mögliche Verschlüsselung des Bus-Protokolls Zugang zum Bussystem einschränken Heimnetzwerk absichern 42

43 Qualifizierungsseminar III für IT-Sicherheitsbotschafter Thema: Smart Home Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Qualifizierungsseminar II für IT-Sicherheitsbotschafter Fragen? Thema: Grundlagen der Netzwerksicherheit Christian Nordlohne Falk Gaentzsch Institut für Internet-Sicherheit if(is) Westfälische Hochschule 43

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