Verla ssliche Software fu r kritische Infrastrukturen

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1 Verla ssliche Software fu r kritische Infrastrukturen Zukunftsworkshop Schlu sseltechnologien, Berlin B. Beckert, T. Dreier, A. Grunwald, Th. Leibfried, J. Mu ller-quade, A. Pretschner, R. Reussner, P. Sanders, H. Schmeck, G. Snelting, S. Tai, W. Tichy, P. Vortisch, D. Wagner, M. Zitterbart KIT Universita t des Landes Baden-Wu rttemberg und nationales Großforschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Clusterinitiative VSKI Die Vision VSKI garantiert Verlässlichkeit von Software in zukünftigen Groß-Infrastrukturen für Energie, Verkehr, Computing VSKI schafft Verlässlichkeit durch einzigartige Informatik-Verfahren zu Algorithmik, Datenschutz, Fehlertoleranz, Performanz, Sicherheit, Verfügbarkeit, Vertrauenswürdigkeit für zukünftige dezentrale, dynamische, heterogene, offene, selbstorganisierende, virtualisierte E-Energy, E-Traffic, Cloud computing 2 Berlin, Verlässliche Software für kritische Infrastrukturen

3 Clusterinitiative VSKI Die Vision VSKI garantiert Verlässlichkeit von Software in zukünftigen Groß-Infrastrukturen für Energie, Verkehr, Computing VSKI schafft Verlässlichkeit durch einzigartige Informatik-Verfahren zu Algorithmik, Datenschutz, Fehlertoleranz, Performanz, Sicherheit, Verfügbarkeit, Vertrauenswürdigkeit für zukünftige dezentrale, dynamische, heterogene, offene, selbstorganisierende, virtualisierte E-Energy, E-Traffic, Cloud computing VSKI meistert Herausforderungen an Funktionalität und Zuverlässigkeit von Software für kritische Infrastrukturen 2 Berlin, Verlässliche Software für kritische Infrastrukturen

4 Verlässliche Software für E-Energy E-Energie: Intelligente Erzeugung, intelligente Verteilung, intelligenter Verbrauch, intelligente Speicherung Beispiele Verlässliche Software für E-Energy: Virtuelle Kraftwerke: Nachweis virtuelle Grundlastfähigkeit erfordert verlässliche (Software-)Kombination realer Energiequellen VSKI Ansatz: Selbstorganisation, Ausfallsicherheit, Software Model Checking Smart Home: Smart Metering, Demand Side Management: Schutz von Integrität und Vertraulichkeit bei garantierter Effektivität VSKI Ansatz: Information Flow Control, gestufte Aggregation, Anonymisierung Stromzapfsäule: Schutz vor Manipulation / Missbrauch, Sicherstellung fairer Preisfindung / Abrechnung VSKI-Ansatz: Verifikation, Information Flow Control, Beweissicherheit 3 Berlin, Verlässliche Software für kritische Infrastrukturen

5 Verlässliche Software für E-Traffic E-Traffic: Intelligente Verkehrssteuerung, Intermodales Echtzeit-Management, Kooperative Systeme Beispiele Verlässliche Software für E-Traffic: C2X-Kommunikation: verlässliche Kommunikation zwischen Verkehrsteilnehmern / mit Infrastruktur VSKI-Ansatz: Netzwerksicherheit, Datenschutz, dienstgütebasierte Kommunikation, Model Checking Multimodales Verkehrsmanagement: intelligente Ressourcenverteilung, verkehrsmittelübergreifende Anschlusssicherung VSKI-Ansatz: hocheffiziente Algorithmik mit Qualitätsgarantie in großen Netzen, ausfallsichere Systeme, automatische Eichung von Modellen aus Messdaten Mobility Pricing: verkehrsmittelübergreifende, dynamische Bepreisungsund Bezahlsysteme VSKI-Ansatz: Beweissicherheit, Datenschutz, Ausfallsicherheit / Rückfallebenen, Verifikation 4 Berlin, Verlässliche Software für kritische Infrastrukturen

6 Verlässliche Software für Cloud-Computing Cloud Computing: Virtualisierung, Föderierung, Lastverteilung, Fehlertoleranz Beispiele Verlässliche Software für Cloud Computing: Architektur, Leistungsmanagement: Zuverlässige Antwortzeiten, minimaler Energieverbrauch bei unsicherem Nutzungsprofil VSKI Ansatz: Metamodellierung, automatische Eichung von Modellen aus Messdaten, stochastische Lastverteilung Fehlertoleranz: Zuverlässige Performance / Datenkonsistenz auch im Fehlerfall VSKI Ansatz: Overhead-Begrenzung, dynamische Verlagerung, Architektur für Snapshot-Strategien, Geo-Redundanz Datenschutz: Verschlüsselung sensitiver Daten notwendig, aber dann können diese nicht mehr in Cloud verarbeitet werden VSKI Ansatz: partielle homomorphe Kryptographie, Anonymisierung, gestufte Aggregation 5 Berlin, Verlässliche Software für kritische Infrastrukturen

7 Informatik-Querschnittsthemen Algorithm Engineering optimiert Verfahren anhand Experimenten mit realen Problemen VSKI hat SPP 1307 Algorithm Engineering mitbegründet Selbstorganisation liefert Algorithmen, die sich flexibel auf dynamische Situationen einstellen VSKI hat SPP 1183 Organic Computing / GRK 1194 Selbstorganisierende Sensor-Aktor Netze mitbegründet Verifikationstechnologie kann heute ganze Betriebssysteme korrekt beweisen. Model Checking wird routinemäßig in Industrie eingesetzt VSKI ist an entspr. Projekten (Verisoft) beteiligt Software-Sicherheitsprüfung bietet neue Analyseverfahren, die tatsächliches Programmverhalten untersuchen: Röntgen statt Passkontrolle VSKI hat SPP 1496 Zuverlässig sichere Software mitbegründet 6 Berlin, Verlässliche Software für kritische Infrastrukturen

8 Gesellschaftliche Querschnittsthemen Beispiele juristische / gesellschaftliche Fragen: Datenschutz: zukünftige Infrastrukturen liefern feingranulare Nutzerdaten. Wie verhindert man Missbrauch von Nutzerprofilen (zb Stromverbrauchsdaten, Bewegungsprofile) bei Notwendigkeit der Nachvollziehbarkeit von Transaktionen / Verhalten Haftung: Wie identifiziert man in hochverteilten, virtualisierten, selbstorganisierenden Systemen im Schadensfall den Verantwortlichen? Wer haftet in dezentral organisierten Systemen? Wer haftet im Echtzeitsoftware-Verkehrsmanagement? Beweis: Wie können Beweise in dezentralisierten, selbstorganisierten Systemen gesichert, Verhalten nachvollzogen werden? Software als Institution: Entwicklung neuer Konzepte innovationsoffener Regulierung in softwarebasierten kritischen Infrastrukturen 7 Berlin, Verlässliche Software für kritische Infrastrukturen

9 VSKI Die Notwendigkeit E-Energy, E-Traffic, Cloud Computing sind bald Realität aber Herausforderungen an Software-Verlässlichkeit noch ungelöst systemisches Risiko für Gesellschaft z.zt. nicht beherrschbar KIT hat bereits große Projekte zu E-Energy, Software-Verlässlichkeit 8 Berlin, Verlässliche Software für kritische Infrastrukturen

10 VSKI Die Notwendigkeit E-Energy, E-Traffic, Cloud Computing sind bald Realität aber Herausforderungen an Software-Verlässlichkeit noch ungelöst systemisches Risiko für Gesellschaft z.zt. nicht beherrschbar KIT hat bereits große Projekte zu E-Energy, Software-Verlässlichkeit geballte interdisziplinäre Anstrengung schafft Verlässliche Software für kritische Infrastrukturen 8 Berlin, Verlässliche Software für kritische Infrastrukturen