Informationstechnische Anforderungen zur Gewährleistung der Netzstabilität im zukünftigen Stromnetz

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1 Informationstechnische Anforderungen zur Gewährleistung der Netzstabilität im zukünftigen Stromnetz Nachhaltige Sicherstellung der Einhaltung grundlegender Anforderungen Hans Honecker IT-Sicherheit und robustes Regelverhalten in Smart Grids, Dena-Workshop, , Berlin

2 Roter Faden Grundlegende Anforderungen an die Energieversorgung Konkretisierung am Beispiel des zukünftigen Stromnetzes Primat der Versorgungssicherheit Ableitung von IKT-Schutzzielen IKT-Schutzziele im ISMS (Informationssicherheitsmanagement) IKT-Schutzziele in der Architekturbetrachtung Generische Beispiele Abstrakte Teilarchitektur, grundsätzliche Betrachtung Generisch für Verteilnetzautomatisierung, Metering-Infrastrukturen und energiewirtschaftliche Infrastrukturen 2

3 Roter Faden Grundlegende Anforderungen an die Energieversorgung Konkretisierung am Beispiel des zukünftigen Stromnetzes Primat der Versorgungssicherheit Ableitung von IKT-Schutzzielen IKT-Schutzziele im ISMS (Informationssicherheitsmanagement) IKT-Schutzziele in der Architekturbetrachtung Generische Beispiele Abstrakte Teilarchitektur, grundsätzliche Betrachtung Generisch für Verteilnetzautomatisierung, Metering-Infrastrukturen und energiewirtschaftliche Infrastrukturen 3

4 Allgemeine Anforderungen an Versorgungssysteme Allgemeine Ziele (ad hoc) Zwingende Anpassung an sich ändernde technische Rahmenbedingungen Wirtschaftlichkeit Nachhaltigkeit Effizienz Konkurrenzfähigkeit der nationalen Hersteller Nationale Unabhängigkeit (technologisch, energiewirtsch.) Technologieführerschaft Zu beachtende primäre Schutzziele Versorgungssicherheit für Gesellschaft und Wirtschaft Datenschutz 4

5 Allgemeine Anforderungen an Versorgungssysteme Allgemeine Ziele (ad hoc) Zwingende Anpassung an sich ändernde technische Rahmenbedingungen Wirtschaftlichkeit Nachhaltigkeit Effizienz Konkurrenzfähigkeit der nationalen Hersteller Nationale Unabhängigkeit (technologisch, energiewirtsch.) Technologieführerschaft Zu beachtende primäre Schutzziele Versorgungssicherheit für Gesellschaft und Wirtschaft Datenschutz 5

6 Allgemeine Anforderungen an Versorgungssysteme Allgemeine Ziele (ad hoc) Zwingende Anpassung an sich ändernde technische Rahmenbedingungen Wirtschaftlichkeit Nachhaltigkeit Effizienz Konkurrenzfähigkeit der nationalen Hersteller Nationale Unabhängigkeit (technologisch, energiewirtsch.) Technologieführerschaft Zu beachtende primäre Schutzziele Versorgungssicherheit für Gesellschaft und Wirtschaft Datenschutz Robustes Regelverhalten 6

7 IKT-Abstützung / Integration betrieblicher und versorgungswirtschaftlicher Prozesse! Änderung der energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen! Zunehmende elektrotechnisch/physikalische Komplexität der Elektrizitätsversorgung Anpassung/Neueinführung betrieblicher Prozesse, z.b. Absicherung der (unteren/mittleren) Netzebenen Angepasste Steuerung unterer und ggf. mittlerer Netzebenen Steuerung von Verbrauchern, (Klein-)Erzeugern, Speichern Ausbau energiewirtschaftlicher Prozesse, z.b. Messdienste allgemein Angebots- u. bedarfsabhängige Verbrauchs- bzw. Einspeisevergütung (Tarifübermittlung, tarifabhängige Berechnung etc.) Misch-/Kombidienste (optimierende Verbrauchssteuerung...) 7

8 Schutzziel Versorgungssicherheit im zukünftigen Stromnetz Versorgungssicherheit ist eines der zentralen energiepolitischen Ziele. [ ] Die Stromkunden müssen im Durchschnitt nur mit 19 Minuten Stromausfall im Jahr rechnen. aus Energiemarkt Deutschland Zahlen und Fakten zur Gas-, Strom und Fernwärmeversorgung, BDEW Sommer 2009 Zuverlässigkeit empirisch bestimmt. Keine (?) Aussage über Robustheit und Resilienz (vgl. Unwetterfolgen Münsterland) Versorgungssicherheit sehr hohe Anforderungen an: Verfügbarkeit in Normallagen Qualität / garantierte Eigenschaften (Spannung/Frequenz etc.) Resilienz gegen Störungen und (auch Groß-)Krisenlagen Wiederherstellbarkeit nach Großstörungen ( Schwarzfall ) 8

9 Primäre Schutzziele und Forderungen an zunehmende IKT-Durchdringung Versorgungssicherheit für Gesellschaft und Wirtschaft Datenschutz müssen (trotz / wegen / mit Hilfe) immer stärkerer IKT-Durchdringung weiter eingehalten werden. 9

10 Primäre Schutzziele und Forderungen an zunehmende IKT-Durchdringung Versorgungssicherheit für Gesellschaft und Wirtschaft Datenschutz müssen (trotz / wegen / mit Hilfe) immer stärkerer IKT-Durchdringung weiter eingehalten werden.! Anforderungen an fachliche Architektur der Prozesse Anforderungen an technische Architektur/Infrastruktur Anforderungen an IKT-Anteil der technischen Architektur 10

11 Primäre Schutzziele und Forderungen an zunehmende IKT-Durchdringung Versorgungssicherheit für Gesellschaft und Wirtschaft Datenschutz müssen (trotz / wegen / mit Hilfe) immer stärkerer IKT-Durchdringung weiter eingehalten werden.! Anforderungen an fachliche Architektur der Prozesse Anforderungen an technische Architektur/Infrastruktur Anforderungen an IKT-Anteil der technischen Architektur abzuleitende IKT-Schutzziele: Versorgungssicherheit fordert unmittelbar Verfügbarkeit und Integrität; ggf. Vertraulichkeit Datenschutz fordert unmittelbar Vertraulichkeit, Integrität; ggf. Verfügbarkeit 11

12 Primäre Schutzziele und Forderungen an zunehmende IKT-Durchdringung Versorgungssicherheit für Gesellschaft und Wirtschaft Datenschutz müssen (trotz / wegen / mit Hilfe) immer stärkerer IKT-Durchdringung weiter eingehalten werden.! Anforderungen an fachliche Architektur der Prozesse Anforderungen an technische Architektur/Infrastruktur Anforderungen an IKT-Anteil der technischen Architektur abzuleitende IKT-Schutzziele: Versorgungssicherheit fordert unmittelbar Verfügbarkeit und Integrität; ggf. Vertraulichkeit Datenschutz fordert unmittelbar Vertraulichkeit, Integrität; ggf. Verfügbarkeit Zusammenhang robustes Regelverhalten IKT-Sicherheit 12

13 Primäre Schutzziele und Forderungen an zunehmende IKT-Durchdringung Versorgungssicherheit für Gesellschaft und Wirtschaft Datenschutz müssen (trotz / wegen / mit Hilfe) immer stärkerer IKT-Durchdringung weiter eingehalten werden.! Anforderungen an fachliche Architektur der Prozesse Anforderungen an technische Architektur/Infrastruktur Anforderungen an IKT-Anteil der technischen Architektur abzuleitende IKT-Schutzziele: Versorgungssicherheit fordert unmittelbar Verfügbarkeit und Integrität; ggf. Vertraulichkeit Datenschutz fordert unmittelbar Vertraulichkeit, Integrität; ggf. Verfügbarkeit Zusammenhang robustes Regelverhalten IKT-Sicherheit 13

14 Anforderungen an IKT-Anteil und abzuleitende IKT-Schutzziele Erinnerung primäre Schutzziele : Verfügbarkeit in Normal- und Krisenlagen, Robustheit und Resilienz, Schwarzstartfähigkeit, Datenschutz Anforderungen an den IKT-Anteil: IKT darf primäre Schutzziele nicht gefährden durch Ausfälle, Störungen, Angriffsmöglichkeiten auf IKT-Schichten IKT soll primäre Schutzziele unterstützen z.b. IKT-gestützte Absicherung Niederspannungsebene! Unmittelbare Abhängigkeiten von IKT führen zu sehr hohen IKT-Verfügbarkeitsanforderungen (auch für Krisenlagen!) hoher technischer (und wirtschaftlicher) Aufwand 14

15 Einzelbeispiele für Gefährdungen des IKT-Anteils Ausfall / Störungen klassischer Kommunikationsnetze: (lokaler) Stromausfall, Fehlkonfiguration (alle TK / IKT-Netze) Fehlkonfiguration auf MPLS-Schicht durch Dienstleister schaltete ein EVU-Steuerungsnetz zeitweise in andere Netze Technisches Versagen auf Netzschicht (z.b. Router, Switches) Internet und IP-Netze mit vielen Teilnehmern: Teilnehmer gefährden sich gegenseitig (DOS, DDOS, Würmer) Verfügbarkeit der Netzebene gefährdet Angriffe auf Prozesssteuerungstechnologien: Schwere Beeinträchtigung durch Irrläufer von IT-Angriffen (Conficker et al) Gezielte, technisch hochwertige Angriffe auf IKT-basierte Prozesssteuerungstechnologien und Infrastrukturen (Stuxnet)! Bedrohungslage kann sich schnell ändern 15

16 Generische Beispielbetrachtungen Abstrakte Betrachtung (1/4) Anforderungen an Teilarchitekturen grundsätzlich betrachtet Annahme: Angedachte Teilarchitektur soll unmittelbar zur Versorgungssicherheit beitragen... Verfügbarkeitsanforderungen an Teilarchitektur wie an Versorgung? Verfügbarkeitssicherung auch gegen Angriffe, Fehlbedienung, Einfluss von Krisenlagen etc. notwendig? 16

17 Generische Beispielbetrachtungen Abstrakte Betrachtung (1/4) Anforderungen an Teilarchitekturen grundsätzlich betrachtet Annahme: Angedachte Teilarchitektur soll unmittelbar zur Versorgungssicherheit beitragen... Verfügbarkeitsanforderungen an Teilarchitektur wie an Versorgung? Verfügbarkeitssicherung auch gegen Angriffe, Fehlbedienung, Einfluss von Krisenlagen etc. notwendig? Fortsetzung Annahme: oder kann diese gefährden Integritätssicherung an Versorgungssicherung ausrichten? 17

18 Generische Beispielbetrachtungen Abstrakte Betrachtung (1/4) Anforderungen an Teilarchitekturen grundsätzlich betrachtet Annahme: Angedachte Teilarchitektur soll unmittelbar zur Versorgungssicherheit beitragen... Verfügbarkeitsanforderungen an Teilarchitektur wie an Versorgung? Verfügbarkeitssicherung auch gegen Angriffe, Fehlbedienung, Einfluss von Krisenlagen etc. notwendig? Fortsetzung Annahme: oder kann diese gefährden Integritätssicherung an Versorgungssicherung ausrichten? IKT-Schutz zu aufwendig? Mögliche Konsequenzen z.b.: Angedachte Rolle der Teilarchitektur anpassen? Gesamtarchitekturansatz anpassen? 18

19 Generische Beispielbetrachtungen Verteilnetzautomatisierung (2/4) Anforderungen an Verteilnetzautomatisierung Vergleich von Ansätzen zur Netzsteuerung (Einzelaspekt) Zentralisierte, direkte Steuerung der Fläche Verfügbarkeitsanforderung an (TK-/IKT-)Steuerungsnetz ähnlich wie an Energieversorgung selbst Vorparametrisierte/automatisierte/regeltechnische Steuerung Verfügbarkeitsanforderung an Steuerungsnetz ggf. geringer ABER: Hohe Integritätsanforderungen in beiden Fällen Sonderfall Safety: Fernparametrierbarkeit erhöht Schutzbedarf ggf. stark Beitrag zu robustem Regelverhalten erhöht Schutzbedarf 19

20 Generische Beispielbetrachtungen Intelligentes Messwesen (3/4) Anforderungen an Infrastrukturen für intelligentes Messwesen Verbraucher über Verbrauch informieren unbedenklich aus Sicht Versorgungssicherheit Lieferanten vertraglich vereinbarte Messwerte übermitteln unbedenklich aus Sicht Versorgungssicherheit Ggf. Lieferung von Netzzustandsdaten an Netzbetreiber Verfügbarkeit entsprechend Anforderungen des Netzbetriebs Anreizbasierte Verbrauchsbeeinflussung über Metering Infrastrukturen Verfügbarkeitsanforderungen Kommunikationsanbindung erhöht? Zusätzlich erhöhte Anforderungen an Integritäts-/Angriffsschutz 20

21 Generische Beispielbetrachtungen Energiewirtschaftliche Prozesse (4/4) Anforderungen an Elektrizitätsmärkte und andere energiewirtschaftliche Beiträge zur Netzstabilität/Regelung Beispiel Status Quo Strombörse: Es geht auch ohne Verfügbarkeitsanforderung an Stromhandel weit unterhalb derjenigen der Elektrizitätsversorgung selbst! IKT-Schutzziel bzgl. Integrität dennoch hoch! Prüffragen zur Bestimmung der IKT-Schutzziele allgemein: Kann die Energieversorgung ohne die betrachtete energiewirtschaftliche Teilinfrastruktur aufrecht erhalten werden? Kann/muss Energieversorgung ggf. gegen energiewirtschaftliche Teilinfrastruktur aufrecht erhalten werden? 21

22 Fazit IKT-Bedrohungslagen können sich schnell ändern schnelle Anpassung der Energieversorgung ist i.d.r. nicht machbar Robusten fachlichen Ansatz für die Rolle betrachteter Teilarchitekturen in der Gesamtarchitektur wählen. Bei Auswahl von Architekturansätzen sicherstellen, dass IKT-Schutzziele zu implementierender IKT-(Teil-)Infrastrukturen durchgehalten werden können. Exposition gegen Änderungen von IKT-Bedrohungslagen möglichst gering halten. Nachbemerkung: Argumentationslinie ist auch auf andere grundlegende Anforderungen übertragbar. 22

23 Kontakt Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) Hans Honecker Godesberger Allee Bonn Tel: +49 (0) Fax: +49 (0)

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