Security und Safety in der Eisenbahnsignaltechnik das Yin und Yang der Systemsicherheit?

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1 Security und Safety in der Eisenbahnsignaltechnik das Yin und Yang der Systemsicherheit? Prof. Dr. Jens Braband Siemens AG Safety in Transportation, November 2011 Siemens AG

2 Einführung Yin und Yang stehen für polar einander entgegengesetzte und dennoch aufeinander bezogene Kräfte oder Prinzipen (Wikipedia). Der Vortrag gibt einen Überblick zum Thema safety und security in der Eisenbahnsignaltechnik. Es werden sowohl die normativen Grundlagen als auch typische Anwendungen vorgestellt. Auf die Zertifizierung von IT-Security-Komponenten für Eisenbahnanwendungen wird eingegangen. Inhalt Beispiele 3 Normen 5 DIN EN Anwendungen 11 Zertifizierung 14 Fazit 16 Seite 2 November 2011

3 Beispiel Security Bedrohungen Polish police yesterday arrested a 14-yearold schoolboy for endangering public safety when he hacked the Lódż tram system and disrupted traffic. Using a TV-style remote control he built himself, Adam D. allegedly changed the points on the city s tram system. This derailed some tram cars, causing them to crash and injure up to 12 passengers. Seite 3 November 2011 newly uncovered documents that show al- Qaida plans for derailing an American train on the upcoming 10th anniversary of the 9/11 attacks. One idea outlined in handwritten notes was to tamper with an unspecified U.S. rail track so that a train would fall off the track at a valley or a bridge.

4 Security-relevante Anwendungen Verwenden von COTS-Produkten und Systemen für signaltechnisch sichere Anwendungen nimmt zu: GSM-R für Funkübertragung kommerzielle HW- und Betriebssysteme Neue Gefährdungen bezüglich der Sicherheit dieser Anwendungen: absichtliche Modifikation von Daten manipulierter Verbindungsaufbau durch Dritte Bisher verwendete Mechanismen genügen nicht: Sicherheitscode (CRC) Adressierungsmechanismen Security wird benötigt, um safety zu gewährleisten. COTS commercial off-the-shelf Seite 4 November 2011

5 Normen für die Entwicklung sicherheitskritischer Systeme EN 50126: The specification and demonstration of reliability, availability, maintainability and safety (RAMS) EN 50128: Software for railway control and protection systems EN 50129: Safety-related electronic systems for signaling EN 50159: Safety-related communication in transmission systems Seite 5 November 2011

6 Security oder Safety Sicherheit (safety): Ist das Freisein von nicht akzeptierbaren Risiken eines Schadens. Sicherheit (security): Ist in den Eisenbahn-Normen nicht explizit definiert, wird aber meist als Zugriffsschutz verstanden. Im technischen Sinne wird in den Eisenbahn-Normen unter security Informationssicherheit verstanden, d. h. das Sicherstellen von Vertraulichkeit, Verfügbarkeit und Integrität. In der Praxis wird folgendermaßen unterschieden: safety: Schutz vor (unbeabsichtigten) Fehlfunktionen security: Schutz vor (absichtlichen) Angriffen Trotzdem besteht eine breite Überlappung der Begriffe, teilweise sogar Begriffskonfusion. Seite 6 November 2011

7 DIN EN CENELEC Nachweis Zugriffsschutz CENELEC Sicherheitskritische Kommunikation in offenen und geschlossenen Netzen Referenzarchitekturen Anforderungen an den Einsatz von COTS-Systemen und Produkten Die DIN EN besitzt auch außerhalb der Eisenbahnsignaltechnik Bedeutung, z. B. lehnt sie sich an die IEC an. IEC Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer/programmierbarer elektronischer Systeme Seite 7 November 2011

8 Referenzarchitektur Seite 8 November 2011

9 Kategorien von Übertragungssystemen Seite 9 November 2011

10 Referenzarchitekturen nach EN Spezifikation von vier Architekturen geschlossenes Netz: Sicherungscode offenes Netz: schlüsselabhängiger kryptographischer Sicherungscode (MAC) offenes Netz: Sicherungscode und Nachrichtenverschlüsselung offenes Netz: Sicherungscode plus Authentifikationscode Seite 10 November 2011

11 Architektur vom Typ B0 Beispiel Zone A Netzwerk Zone B LST-Anwendung Tunnel LST-Anwendung Management Benutzer Ermöglicht die Verbindung sicherer (safe) Zonen mit Hilfe von sicheren (secure) Tunneln unter Einsatz von COTS-Security-Komponenten Erlaubt weitgehende Orthogonalisierung der Safety- und Security- Eigenschaften (bis auf Rückwirkungsfreiheit) Zulassung bzw. Zertifizierung kann weitgehend separiert werden Seite 11 November 2011

12 Security Gateway Verbinden zweier Einrichtungen, zwischen denen sicherheitsrelevante Daten übertragen werden. Betriebszentralen - Unterzentralen - Kopplung Kosteneinsparung durch Ersetzen geschlossener Netze. Datenverschlüsselung auf Übertragungsstrecke (Referenzarchitektur B0 nach DIN EN 50159) Überwachen der Funktionalität der Strecken und der Komponenten des Systems. Für das Verfahren liegt eine Zulassung des EBA vor. EBA - Eisenbahn-Bundesamt Seite 12 November 2011

13 Security Gateway Systemaufbau Seite 13 November 2011

14 Zertifizierung DIN EN deckt nur die Aspekte der Kommunikationssicherheit explizit ab, nicht z. B. IT-Security-Management Ansätze zur Benutzung zertifizierter Komponenten: BSI Empfehlung nach Verschlusssachen-Anweisung, z. B. VS - NfD beschränkter Anwendungs- und Anbieterkreis Zertifizierung nach Common Criteria kein Schutzprofil für Anwendungen der Eisenbahnsignaltechnik vorhanden ISA 99/IEC Reihe zugeschnitten auf Anwendungen der Industrieautomatisierung, noch nicht vollständig abgestimmt Wünschenswert wäre eine allgemein anerkannte Zertifizierungsgrundlage, nach der möglichst viele Produkte zertifiziert werden bzw. deren Zertifikate wieder verwendbar sind Seite 14 November 2011

15 Ansatz: Schutzprofil nach Common Criteria Im DKE AK wird ein Schutzprofil als Vornorm erstellt Die generische Systemarchitektur besteht aus einer Menge von Zonen mit gegebenen Sicherheitseigenschaften (safety), die durch Tunnel verbunden werden. Für diese generische Architektur wurden Bedrohungen, Annahmen, Security-Ziele sowie funktionale Security-Anforderungen identifiziert. Für eine spezifische Implementierung muss die generische Architektur instantiiert werden und die spezifischen Security-Anforderungen für das Produkt müssen definiert und nachgewiesen werden. Damit wäre der Einsatz kommerzieller, nach Common Criteria zertifizierter Produkte in der Eisenbahnsignaltechnik möglich. Seite 15 November 2011

16 Überblick Schutzprofil IT-Sicherheitsbedarf (APE-SD) Annahmen zum sicheren Betrieb (A) Bedrohungen (T) Organisatorische IT- Sicherheitspolitik (S) Die funktionalen IT- Sicherheitsanforderungen liegen standardisiert vor IT-Sicherheitsziele (APE-OBJ) IT-Sicherheitsziele für das technische System (O) IT-Sicherheitsziele für die Umgebung (O) Es werden diejenigen Anforderungen ausgewählt, die nötig sind, um die IT- Sicherheitsziele zu erfüllen Gleichzeitig werden IT- Sicherheitsziele für die Umgebung abgeleitet sowie Annahmen definiert IT-Sicherheitsanforderungen (APE-REQ) Funktionale IT- Sicherheitsanforderungen für das technische System (F) IT-Sicherheitsanforderungen für die Umgebung (F) Nicht-IT- Sicherheitsanforderungen Daraus resultieren sicherheitsrelevante Anwendungsbedingungen für den Einsatz Seite 16 November 2011

17 Fazit Zunehmender Einsatz von COTS-Produkten und Systemen im Bereich sicherheitskritischer Systeme fordert den Einsatz von Security-Mechanismen. Bahnbetreiber fordern kostengünstige, standardisierte und interoperable Lösungen. Einsatz von COTS-Security-Lösungen wird angestrebt, aber spezielle Anforderungen des Bahnbetriebs (Fahrzeug- oder Streckentauglichkeit) sind oft bei der Entwicklung von Security-Produkten nicht berücksichtigt. Eisenbahnanforderungen sollten auf Grundlage allgemeiner IT-Security-Standards definiert werden. Safety und security gehören in modernen Eisenbahnsignalsystemen zusammen - Mangelnde security beeinträchtigt die Betriebssicherheit. - Safety-Schwachstellen können u. U. Security-Probleme nach sich ziehen. Seite 17 November 2011

18 Vielen Dank für f r Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr. Jens Braband Siemens AG Safety in Transportation, November 2011 Seite 18 November 2011

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