Security & Safety in der Industrie 4.0

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1 Security & Safety in der Industrie 4.0 Prof. Dr. Dieter Wegener, Sprecher ZVEI-Führungskreis Industrie 4.0 KITS-Konferenz 2016 Frankfurt am Main, 09. Mai 2016 ZVEI Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.v.

2 Digitalisierung der Wirtschaft: Die physische Welt und das Internet verschmelzen Business DAS INTERNET DER DIENSTE Kultur Consumer Querschnittsthemen, die für alle Bedarfsfelder gelten Semantische Technologien, Betreibermodelle, Cloud Computing, Betreiberplattform für Dienste IoS: Internet of Services Industrie 4.0 Smart Factory Smart Plant Energie Smart Grid Mobilität Smart Mobility Gesundheit Smart Health Wohnen CPS Szenario Smart Home Smart Home Smart Building Losgröße 1 Das Windrad Das E-Auto Der Patient Der Bewohner Querschnittsthemen Cyber Physical Systems, die für alle Bedarfsfelder gelten Sicherheit, Standards & Normen, Engineering, Mikroelektronik & Embedded Software, Aus- und Weiterbildung IoT: Internet of Things Quelle: Acatech / ZVEI DAS INTERNET DER DINGE Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 2

3 Industrie 4.0 hat Auswirkungen auf jedes Unternehmen in 3 Dimensionen Smart Services Smart Factory Smart Plant Smart Products Führungskreis Industrie 4.0 Quelle: ZVEI nach PwC Berlin, Folie 3

4 Industrie 4.0 betrifft die gesamte Wirtschaft: 3 Fragen sollte sich jedes Unternehmen stellen 03 Welche neuen Geschäftsmodelle kann ich meinen Kunden anbieten? Führungskreis Industrie Wie kann ich meine Wertschöpfungskette digitalisieren? Quelle: ZVEI nach PwC 02 Welches meiner Produkte und Services sollte digitalisiert werden? Berlin, Folie 4

5 Führungskreis Industrie 4.0 Austausch mit der politischen Plattform Industrie 4.0 Geschäftsstelle (GS) (Ifok, VDI Technologiezentrum) Strategiekreis (SK) AG 1 Referenzarchitektur, Standards und Normung AG 2 Forschung und Innovation Lenkungskreis (LK) AG 3 Sicherheit vernetzter Systeme AG 4 Rechtliche Rahmenbedingungen AG 5 Arbeit, Aus- /Weiterbildung GMA SG Strategie & Use Cases SG Modelle & Standards SG Forschung SG Sicherheit Ausschüsse Vertragsrecht/ Gewerblicher Rechtsschutz Ausschuss Berufsbildung Nutzer IKT Forschungseinrichtungen Führungskreis Industrie 4.0 (FK I4.0) Einbindung über Use Cases AG: Arbeitsgruppe SG: Spiegelgremium Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 5

6 Kooperation von Plattform Industrie 4.0 und Industrial Internet Consortium Quelle: Robert Bosch GmbH Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 6

7 Übersicht 1 Industrie4.0-Komponente und RAMI Standardisierung Security & Safety in der Industrie 4.0 Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 7

8 ZVEI-Führungskreis formuliert Handlungsfeld Industrie 4.0 aus technischer Sicht Produktentwicklung Produktion Interoperabilität Interoperabilität Service Wertschöpfungskette "Office Floor" (Machine-to- Business) ERP PLM MES Logistics "Shop Floor" (Machine-to- Machine) Control Quelle: Siemens AG Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 8

9 ZVEI-Führungskreis definiert Industrie 4.0- Komponente für verschiedene Branchen Produktentwicklung Produktion Interoperabilität Interoperabilität Service "Office Floor" (Machine-to- Business) "Shop Floor" (Machine-to- Machine) PLM Wertschöpfungskette ERP MES Control Logistics Auf Shop Floor Level ist zu beachten: hohe Branchenabhängigkeit, 1 detailliert in Normen/Standards Referenzarchitekturen 2 abhängig vom Use Case Process Hybrid Discrete Industrie 4.0-Komponente = CPS (Cyber-physical system) Energy Water & wastewater Chemicals Oil & gas Pulp & paper Metals & mining Pharmaceutical Glass Solar & solar Food & beverage Consumer products Marine Automotive Aerospace Machinery Electronics Führungskreis Industrie 4.0 Quelle: Siemens AG Verschiedene Use Cases Berlin, Folie 9

10 Jede Industrie 4.0-Komponente wird auf Basis des RAMI 4.0 konzipiert Industrie 4.0-Komponente RAMI 4.0 Referenzarchitektur-Modell Industrie 4.0 Verwaltungsschale z.b. Maschine Industrie 4.0-konforme Kommunikation Führungskreis Industrie 4.0 Quelle: ZVEI / Plattform I4.0 Berlin, Folie 10

11 Verteilung entlang Lebenszyklus: Die Verwaltungsschalen können zentral gehostet werden Engineering-Phasen/-Tools beim Betreiber IT-Serverlandschaft beim Betreiber Komponenten von einzelnen Komponentenherstellern, Systemintegrator(en) Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 11

12 Security als Grundlage für sichere Kommunikation Ergebnisbericht Sichere unternehmensübergreifende Kommunikation zunehmende Flexibilisierung und eine viel höhere Interaktionsdichte, auch über Unternehmensgrenzen hinweg. Agile Kommunikation über Unternehmensgrenzen hinweg Dezentrale Just-in-Time Lieferung von Informationen für die auftragsgesteuerte Produktion in Losgröße 1 Voraussetzung: - Vertrauen in die sichere Verarbeitung - Sichere Wertschöpfungsnetzwerke Unternehmen B Maschine Komponente Verwaltungsschale Verwaltungsschale Verwaltungsschale Verwaltungsschale Unternehmen C Produkt Quelle: Plattform Industrie 4.0 CA CA Trust Center CA Produkt Produkt Produkt Daten Unternehmen A Mensch Maschine Komponente Komponente Prozesse Stärker bei Industrie 3.0 Industrie 4.0 Industrie 4.0 vertraut Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 12

13 Industrie 4.0: Security-Bereiche zwischen Office Floor und Shop Floor müssen zusammenwachsen Büroumfeld Produktionsumfeld Industrie 4.0: Sektoren wachsen zusammen Geräte & Systeme sehr einheitlich (z.b. PC) oft Spezialanfertigung Relevanz der Verfügbarkeit Fokus internationale Security Standards mittel (Abläufe im Sekunden und Minutenbereich) Interoperabilität und standardisierte Systeme vorhanden ISO Reihe sehr hoch (Abläufe z.t. im Millisekundenbereich) Zuverlässigkeit und Spezialanwendungen nicht vorhanden z.t. IEC (in Arbeit) Security Zuständigkeit CIO / CISO Profil aktuell nicht vorhanden Security I4.0 Quelle: ZVEI Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 13

14 Security in RAMI 4.0 Quelle: ZVEI - SG Sicherheit / Plattform Industrie 4.0 Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 14

16 Standardisierung und Innovation ergänzen sich Standardisierung Vollkonsens Normung Limitierter Konsens Standardisierung über Konsortien De-facto-Standardisierung durch Marktführer Standardisierung und Innovation Standards / Normen legen die Anforderungen an die Lösung fest Stellt Freiraum für innovative Lösungen sicher Reduziert Entwicklungsrisiko und schafft schnelleren Marktzugang Mitwirkung bringt große Vorteile Quelle: VDE Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 16

17 Normungslandschaft BITKOM VDMA ZVEI Führungskreis Industrie 4.0 Quelle: DIN und eigene Grafik Berlin, Folie 17

18 Digitalisierung der Wirtschaft: Der Standardisierungs-Zoo Business DAS INTERNET DER DIENSTE Kultur Consumer IoS: Internet of Services Industrie 4.0 Querschnittsthemen, die für alle Bedarfsfelder gelten Semantische Technologien, Betreibermodelle, Cloud Computing, Betreiberplattform für Dienste Energie Mobilität Gesundheit Wohnen Industrie 4.0 Smart Factory Smart Plant Energie Smart Grid Mobilität Smart Mobility Gesundheit Smart Health Wohnen Wohnen CPS Szenario Smart Home Smart Home Losgröße 1 Das Windrad Das E-Auto Der Patient Der Bewohner Querschnittsthemen Cyber Physical Systems, die für alle Bedarfsfelder gelten Sicherheit, Standards & Normen, Engineering, Mikroelektronik & Embedded Software, Aus- und Weiterbildung Quelle: Acatech / ZVEI / AIOTI DAS INTERNET DER DINGE IoT: Internet of Things Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 18

19 Shop Floor trifft Office Floor Die Normungslandschaften im Shop Floor und Office Floor unterscheiden sich Die Industrie (gerade die mittelständige) braucht die klassische Vollkonsens- Normung (Rechtssicherheit durch verlässliche, validierte und interessensneutrale Festlegungen) Die Vollkonsens Normung muss auf die Internet-Welt zugehen Die Normung muss eine Plattform für inhaltliche Zusammenarbeit mit Foren und Konsortien z. B.: W3C, OMG, OneM2M, OPC u.a. schaffen Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 19

20 Digitalisierung erfordert proaktive Normung Verzahnung und Iteration von Roadmapping vornormativer Entwicklung (Use Case, Referenzarchitektur) Normung / Standardisierung Profile und Referenzimplementierung (Testbeds, Test, Interoperabilität, Plugfest) ist notwendig Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 20

21 Auftrag der Plattform Industrie 4.0 an den Fulda Kreis Umsetzung des Standardisation Council Industrie 4.0 Zusammensetzung des Fulda Kreis : Dr. Klaus Mittelbach, ZVEI-Geschäftsführung Hartmut Rauen & Naemi Denz, VDMA-Geschäftsführung Wolfgang Dorst, bitkom-vertreter Dr. Stefan Weisgerber, DIN-Vertreter Dr. Bernhard Thies & Michael Teigeler, DKE-Geschäftsführung Roland Bent, DKE-Vorsitzender Prof. Dr. Dieter Wegener, DKE-Stellv.-Vorsitzender Dr. Peter Adolphs, PI4.0-AG1-Vorsitzender Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 21

22 Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 22

23 Zusammenspiel verschiedener Akteure Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 23

24 Zusammenspiel der verschiedenen Akteure top down Identifikation bottom up Generierung AG1 der Plattform Industrie 4.0 Standardisierungsgremien strategische Steuerung Standardization Council I4.0 Abstimmung Konsolidierung Labs Network Industrie 4.0 Initiierung und Koordination Standardisierungsgremien DIN, DKE, ISO, IEC, etc. Szenarien und Ergebnisse Unternehmen und Testzentren Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 24

25 Kurzzyklischer, iterativer Verlauf der Normung Industrie 4.0 Standardisierungs-Roadmap Testbeds Testbeds Testbeds Use UseCases Use Cases Labs Network Industrie 4.0 (LNI) Standards Standards Standards Führungskreis Industrie 4.0 Bestehende, Neue, Vollkonsens, Konsortien Berlin, Folie 25

27 Security-Unterschiede zwischen Industriesystemen und Office-Systemen Anti-Virus-Programme Produktlebenszyklus Echtzeitanforderungen Einsatz von Patches Security Tests / Audits Outsourcing physische Sicherheit Industriesysteme unüblich / schwer anzuwenden bis zu 20 Jahre und länger aus Safety-Gründen hoch unregelmäßig / langwierig keine gängige Praxis selten variiert sehr stark Office-Systeme üblich / leicht anzuwenden 3 bis 5 Jahre Verzögerungen sind akzeptabel regelmäßig / geplant Geplant und z.t. vorgeschrieben üblich hoch (v.a. für kritische IT) DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE 27

28 Schnittmenge zwischen funktionaler Sicherheit und IT-Sicherheit RAMS* Cyber Security Functional Safety IEC Industrial IT Security IEC IT Security Office * RAMS: Reliability, Availability, Maintainability, Safety Handlungsfeld Security for functional safety AK IT Security des TBINK DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE 28

29 Zielkonflikte zwischen funktionaler Sicherheit und IT-Sicherheit Berührungspunkte Leitprinzipien / Unterschiede Update und Änderung der Systeme Grundlage der Gefährdungslage (GL) Risikoanalyse Funktionale Sicherheit: Die technischen Systeme bei Bedarf ändern (bei einer Änderung muss i.d.r. eine Konformitätsbewertung erfolgen!) IT-Sicherheit: Technische Systeme müssen regelmäßig aktualisiert werden Funktionale Sicherheit: Wird im Zuge der Konformitätsbewertung festgelegt (Hinweis: GL wird für einen Zeitpunkt X (=Inverkehrbringen) ermittelt, aber fortlaufende Anpassung im Kontext des Arbeitsschutzes) IT-Sicherheit: ändert sich täglich Moving Target Funktionale Sicherheit: Basiert auf einem festlegbaren Risikobaum zum Zeitpunkt des Inverbringens IT-Sicherheit: Bezieht sich auf subjektive, stark variierende Einschätzung Herausforderung: Sicherheits-Maßnahmen sind ständig zu aktualisieren und folgen einer anderen Systematik, wie die, die den Sicherheitsanforderungen zugrunde liegt DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE 29

30 Aktivitäten des TBINK-AKs IT Security Anwendungsregel Safety & Security Normenlandschaft IT-Security Vertretene Branchen: - Industrieautomation / Industrie 4.0 Plattform (AG-Security) - Railway Signaling - Haushaltsgeräte / Smart Home - Luftfahrt - Gefahrenmeldeanlagen - Smart Grid / Netzleittechnik -. 30

31 VDE Anwendungsregel Safety & Security Scope der Anwendungsregel: Die IEC fordert die Berücksichtigung boshafter und nicht autorisierter Handlungen während der Gefährdungs- und Risikoanalyse und verweist dabei hauptsächlich auf die IEC 62443, währenddessen die IEC die Safety nicht ausreichend fokussiert. Die Anwendungsregel gibt Empfehlungen zur systematischen Harmonisierung der Themen IT-Sicherheit und Funktionale Sicherheit für Systeme vor allem der Industrieautomation (IEC 61508, IEC 62443). Sie unterstützt sowohl Hersteller, Systemintegratoren als auch Betreiber VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.v. 31

32 Ansatz der IEC 62443: Defense in Depth Quelle: Dr. Pierre Kobes, Siemens AG DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE 32

33 Sicherheit durch RAMI 4.0 und NAMUR Empfehlung 153 Quelle: Martin Schwibach, BASF SE DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE 33

34 Zuordnung der Security-Ziele zu Safety- und Betriebsfunktion Safety-Funktion mit Security-Maßnahmen Security-Integrität für Safety Security-Verfügbarkeit für Safety Security-Vertraulichkeit für Safety Betriebsfunktion mit Security-Maßnahmen Security-Integrität für Betrieb Security-Verfügbarkeit für Betrieb Security-Vertraulichkeit für Betrieb Anlage Quelle: Prof. Frank Schiller, Beckhoff DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE 34

35 RAMI-Modell als Denkansatz DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE 35

36 Vernetzung und Innovationstransfer DKE-TBINK-AK DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE 36

37 Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 37

38 Ziele des ZVEI Führungskreises Industrie 4.0 Sitzung vom Zusammenarbeit und Konsensbildung der Automationshersteller des gesamten Shopfloors, u.a. über Arbeitskreise, orchestrieren 2. Proaktive Vernetzung des Führungskreises auf horizontaler und vertikaler Ebene mit VDI/VDE-GMA, DKE, IKT und Anwendern organisieren 3. Shopfloor-Sichtweise darstellen und dem Officefloor (IKT) Möglichkeiten zum Andocken geben 4. Shopfloor-Sichtweise mit Andockmöglichkeiten des Officefloors durch SG 1-4 in AG 1-4 der Plattform Industrie 4.0 spiegeln 5. Öffentlichkeitsarbeit zu Industrie 4.0 im ZVEI koordinieren Führungskreis Industrie 4.0 Berlin, Folie 38