Sicherheit durch Simulation Ist Simulation sicher?
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- Ferdinand Holst
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1 Sicherheit durch Simulation Ist Simulation sicher? Prof. Dr. Universität der Bundeswehr München Fakultät für Informatik ITIS e.v. an der Universität der Bundeswehr München
2 Bedeutung (computer-basierter) Simulation Potential computer-basierter Simulation: PUSH neue Technologien neue Erkenntnisse bzw. Innovationen PULL Markt-/ Produktanforderunen Axiome, Theorien Reale Experimente/ Prototypen Modelle/ Simulationen
3 Bedeutung (computer-basierter) Simulation (2) Vorzüge von (computer-basierten) Simulationen Nachbildung nicht existierender Systeme / Situationen Flexibilität Wirtschaftlichkeit Erklärungsfähigkeit Visualisierung Sicherheit!!
4 Bedeutung (computer-basierter) Simulation (3) Wozu wird Simulation eingesetzt? Ausbildung, Training System- / Prozess-Analysen Entscheidungsunterstützung Computer-Spiele Beispiel 1 Beispiel 2 Unterschiedliche Anforderungen an die Simulation! Beispiel: Sicherheit durch Simulation...
5 Sicherheit durch Simulation Ist Simulation sicher? Übersicht: Bedeutung (computer-basiert) Simulation Beispiele für sicherheitsrelevante Simulationsanwendungen Die Entwicklung eines Simulationsmodells Ausblick
6 Sicherheit durch Simulation - Beispiel 1: Entwickelt von szenaris GmbH
7 Sicherheit durch Simulation - (2) Beispiel 2: Modellierung menschlichen Verhaltens
8 Sicherheit durch Simulation Ist Simulation sicher? Übersicht: Bedeutung (computer-basiert) Simulation Beispiele für sicherheitsrelevante Simulationsanwendungen Die Entwicklung eines Simulationsmodells Ausblick
9 Das Prinzip der Entwicklung eines Simulationsmodells (Komplexes) System Abstraktion, Aggregation Modell(e) Lösungen Simulation OR Modell. Verhalten Exper. Anwendungen Reales dynamisches Verhalten Interpretation & Prognose Quantitative / qualitative Ergebnisse Analyse / Entscheidungsunterstützung / Ausbildung
10 Das Prinzip der Entwicklung eines Simulationsmodells (2) Entwicklungsprinzipien: Modellhafte Nachbildung der Realität immer zielgerichtet! Abstraktion / Aggregation (so genau wie nötig, so einfach wie möglich) Komplexitätsreduktion durch divide et impera : mehrstufiger Entwicklungsprozess komponentenorientierte Modellentwciklung Dokumentation
11 - Ist Simulation sicher? Problem: Beispiel: Komplexitäts- Explosion 3 Lampen ( Ein / Aus ): 2 3 = 8 Zustände Steuerung Ampel 3 Lampen ( Ein / Aus ): 2 3 = 8 Zustände 2-Ampelsystem: = 2 6 = 64 Zustände
12 - Ist Simulation sicher? (2) Zustandsraum-Explosion Einfache Funktionsüberprüfungen z.b. Erreichbarkeit eines Zustands Zustandsräume !! Numerische Analyse (z.b. Leistungs- /Zuverlässigkeitsanalysen) Zustandsräume: (1/2 Tag auf PC) (auf PC berechenbar) (auf PC Cluster) Konsequenz: Modell so genau wie nötig, so einfach, effizient wie möglich!
13 Prinzipieller Modell-Entwicklungs- und Einsatzprozess Rollen : M&S-Phasen: Quellen: Problem Definition Anwenderwissen Kunde Anwender Domänen Experte System Analysis Model Formalisierung Domänenwissen Modellierungs - wisssen Modellierer Implementierung HW-/ SWwissen Projekt Manager Programmierer Experiment Interpretation Experimentier - wissen
14 Sicherheit durch Simulation Ist Simulation sicher? Übersicht: Bedeutung (computer-basiert) Simulation Beispiele für sicherheitsrelevante Simulationsanwendungen Die Entwicklung eines Simulationsmodells Ausblick
15 - Ist Simulation sicher? (3) Folgen aus M&S Fehlern: Gepäckverteilungsanlagen auf einigen Flughäfen (Denver, 1994: Verlust ~ 4,2 Mio US-$) Intel-Pentium- Bug (1994) Schiffs-Navigationssystem ( Royal Majesty, 1995)
16 Wodurch wird Simulation sicher? Maßnahmen, um Simulation sicher (d. h. qualitativ gut) zu gestalten: Simulation: experimentelle Anwendung eines quantitativen Modells Standardisierung von Entwicklungs- und Einsatz-Prozessen, (Zwischen-)Produkten und Dokumentation Qualitätssichernde Maßnahmen: Verifikation (bzgl. Korrektheit) Validation (bzgl. Passgenauigkeit, Gültigkeit)
17 Wodurch wird Simulation sicher? (2) Anforderungen an einen standardisierten Modellierungs- / Simulations-Prozess: unterschiedliche Entwicklungs- und Nutzungs-Phasen, u. a. wegen unterschiedlicher Wissensquellen unterschiedlicher Verantwortlichkeiten ( Rollen ) Übergabe von Zwischenergebnissen ( Produkte, Dokumente ) iterativem Vorgehen (u. a. Änderungen, Verfeinerungen, Wiederverwendung)
18 Prinzipieller V-Modell XT Ansatz Problem Specification Application Products Decision Point Design Implementation & Test
19 Modell-Entwicklungs- und Einsatzprozess Phasen und Produkte im Modellbildungsprozess: Unscharfe Aufgabenstellung Wissen über das reale System Modellierungsmethoden Lösungstec hniken Experimentdaten Phasen Syst em - analyse Formalisierung Experiment Zwischenprodukte Strukturierte Problembeschreibung Implementierung Problemdefinition Kommunikatives konzeptuelles Modell Formales Modell Ausführb ares Modell Simula tionserg ebnisse t Project Objectives Objectives 1 Modell : X X X X X X Mode M ell Docu c umen- - tation Pragmatik Semantik Syntax [Näheres hierzu: u.a. Teilkonzeption M&S in der Bundeswehr] Interpretation Bericht
20 Produkte Aktivitäten Rollen
21 Qualität bzw. Glaubwürdigkeit von Modellen und deren Ergebnisse Grundsätzlich zu hinterfragen: Ist das Modell richtig? ( Korrektheit) Verifikation Ist es das richtige Modell?( Eignung, Gültigkeit) Validierung
22 Maßnahmen zur Qualitätssicherung M&S-Qualität - Glaubwürdigkeit Empfundene Eignung Fragestellung Validation Empfundene Korrektheit Verifikation Eignung bzgl. (Anforderungen, Randbedingungen) Korrektheit bzgl. (Spezifikation Implementierung) Fähigkeit Verlässlichkeit Genauigkeit Konsistenz Vollständigkeit ( Formalismen, Transformationsregeln)
23 Hauptobjekt mit Modellattributen Systemgrenze Objekt Objekt Objekt Objekt Model Documentation Umweltobjekt V&V-Aktivitäten Zwischenprodukte Problem definition Structured problem, description Project Objectives System analysis Conceptual model Formalization Formal model Implementation Executable model Experimentation Simulation results Interpretation Consistency of transformation (pairwise comparison) Internal consistency & completeness
24 Unser Ansatz (siehe auch Studie Leitfaden zur V&V ):
25 Tailoring (Zuschneidern) Zweck: Reduktion/Vereinfachung des V&V-Prozesses
26 Sicherheit durch Simulation Ist Simulation sicher? Übersicht: Bedeutung (computer-basiert) Simulation Beispiele für sicherheitsrelevante Simulationsanwendungen Die Entwicklung eines Simulationsmodells Ausblick
27 Zusammenfassung: Sicherheit durch Simulation -... Computer-basierte Simulation: Zunehmend unverzichtbares Hilfsmittel für Ausbildung & Training System- / Prozess-Analysen Entscheidungsunterstützung in nahezu allen Bereichen: Natur- / Ingenieurswissenschaften Sozialwissenschaften militärisches Umfeld Wirtschaft Politik
28 Zusammenfassung:... Ist Simulation sicher? Problem: Komplexität realer Systeme!!! Simulationsergebnisse:... sieht realistisch aus! Stand von Wissenschaft und Technik: Methoden zum Nachweis von Korrektheit und Gültigkeit: eingeschränkt verfügbar Trend: Modell- (Komponenten)- Bibliotheken Vorgehensprozesse international standardisiert (u. a. IEEE ) Risiko-Kosten-Modelle fehlen
29 Zusammenfassung:... Ist Simulation sicher? (2) Situation in der Praxis: Risiko-Minimierung verursacht Kosten (Aufwand und Zeit) Gewährleistung von Schutzrechten ( intellectual property rights )
30 Sicherheit durch Simulation Ist Simulation sicher? Ausblick Modelle und computer-basierte Simulation: Schlüsseltechnik für künftige Innovationen! Problem: Beherrschbarkeit der steigenden Komplexität Standardisierung von M&S-Prozessen Risiko-Kosten-Modelle erforderlich!
31 Sicherheit durch Simulation Ist Simulation sicher? Vielen Dank Für Ihr Interesse!
32 Ist Simulation sicher? Problem: Komplexität... sieht realistisch aus! Wissenschaft und Technik: Methoden zum Nachweis von Korrektheit und Gültigkeit: eingeschränkt verfügbar Trend: Modell- (Komponenten)- Bibliotheken Vorgehensprozesse international standardisiert (u. a. IEEE ) Risiko-Kosten-Modelle fehlen 32
33 Ist Simulation sicher? Praxis: Risiko-Minimierung verursacht Kosten (Aufwand und Zeit) Gewährleistung von Schutzrechten ( intellectual proprietary rights )
34 Sicherheit durch Simulation Ist Simulation sicher? Ausblick Modelle und computer-basierte Simulation: Schlüsseltechnik für künftige Innovationen! Problem: Beherrschbarkeit der steigenden Komplexität Standardisierung von M&S-Prozessen Risiko-Kosten-Modelle erforderlich!
35 Sicherheit durch Simulation Ist Simulation sicher? Vielen Dank Für Ihr Interesse!
Sicherheit durch Simulation Ist Simulation sicher?
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