Cybersicherheit Herausforderungen für die Industrie

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1 Fraunhofer-Gesellschaft 2014 Cybersicherheit Herausforderungen für die Industrie Prof. Dr. Michael Waidner TU Darmstadt & Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie? ZVEI Spitzengespräch Mainz, 24. Februar 2015

2 Outline 1. Introduction 2.»Industrie 4.0«and Cybersecurity 3. R&D Projects at Fraunhofer SIT 4. Summary 2

3 Impact of Cybercrime and Espionage on Germany Cyber attacks considered serious threat by 74% of all enterprises (1), 85% of all users (2) 49% of all attacks are»opportunistic«(3) Many got already hit by cyber attacks 38% of all users (1), 21% with identity theft (2) ; 30% of all enterprises with cyber crime (1), 54% with industrial espionage, >50% through»hacking«(4) Significant damages 40 M /a in reported cases of computer fraud (reality likely 11x) (5) ; 40 B /a (1,6% BIP) total cost of cyber crime (6), larger than total costs of car incidents ) Sources: (1) BITKOM 3/5 2014, (2) SCHUFA 9/2013, (3) IBM 3/2013, (4) Corporate Trust 7/2014, (5) BKA 8/2014, (6) Center for Strategic and International Studies 6/2014, (7) Bundesanstalt für Straßenwesen 8/2010 3

4 Why is Cybersecurity a Challenge? Digital Space is Everywhere: Connected, programmable, open and shared. Generating massive amounts of data, often sensitive, mostly unstructured. Every new technology, service, consumption, business model creates new security and privacy challenges. 4

5 Prototypical Attacks Targeted, organized, financially or politically motivated Zeus Trojan and Botnet (2007) Jérôme Kerviel vs. Société Générale (2008) Anonymous (2008) False Flag Operations: Iranian Cyber Army vs. Baidu Search Engine (2010) DigiNotar (2011), RSA/Lockheed-Martin (2011), Saudi Aramco (2012), EADS (2012),... Stuxnet (2010) PRC Unit 61398, Shanghai (2013) NSA / GCHQ Programs (2013- ) 5

6 Prototypical Attacks: Advanced Persistent Threat RSA / Lockheed-Martin, : Social engineering & phishing March 3: Fake to some RSA employees: [2011 Recruitment plan.xls] with embedded flash zero-day CVE in Adobe Flash Player. Planted Poison Ivy trojan horse. 2: Digital Shoulder Surfing Poison Ivy connects back to control server, giving full control to attacker. Attacker gradually moves towards higher value accounts and data. Sources: F-Secure, New York Times, Information Week : Collecting SecureID secret seed records, downloading them from staging server. RSA issues warning on March 17 Unusually fast (e.g., attack on Nortel went unnoticed for more then 10 years) 4: Exploiting compromised SecureID to break into the target systems at defense industry. June 3: Lockheed discloses a blocked attack, which exploited the breach at RSA. RSA announced replacement program for tokens (>40M tokens worldwide, Lockheed > ). August 2011: RSA acknowledge immediate 66M$ for recovery. March 27, 2012: NSA attributes attack to Chinese hackers 6

7 Snowden Revelations on NSA/GCHQ Activities PRISM TAO TEMPORA BULLRUN MYSTIC MUSCULAR HACIENDA etc. Mass surveillance of Internet and mobile networks Wiretapping of selected individuals, including Chanceller Merkel Suspicion of support for industrial espionage Circular trading to evade national law Direct access auf cables satellites, Internet backbone, cloud providers in the USA/UK and likely also in EU/Germany Manipulation of central infrastructures (SSL PKIs, DNS, BGP) Manipulation of supply chain (»Tailored Access Operations«) Systematic backdoors in NIST standards, in specific products Collection of vulnerabilities in products 7

8 Why is Information Technology not Secure? Several fundamental problems Insiders Usability Long Innovation Cycles Slow Adoption of Security Best Practices Software Quality 8

9 Why is Information Technology not Secure? Slow Adoption of Security Best Practices in Industry Firewall Risk assessment Disk encryption Strong authentication VPN / Network encryption Identity Management Governance (CISO, etc.) Auditing Security monitoring Mail encryption ISO 27001, etc. Data Leakage Prevention Cyber insurance Cloud monitoring Organisation Encryption Other State-of-the-art security could stop 80% of currently successful attacks Most product vulnerabilities could be identified automatically Source: Studie Industriespionage 2014; Corporate Trust, 30. Juli 2014 (Grafiken 24, 27, 29)

10 Why is Information Technology not Secure? 80/20 rule: Best practices, e.g., BSI, SANS 20 80% benefit for 20% costs Change & Configuration Management Inventory of Authorized and Unauthorized Devices Inventory of Authorized and Unauthorized Software Secure Configurations for Hardware and Software on Mobile Devices, Laptops, Workstations, and Servers Secure Configurations for Network Devices such as Firewalls, Routers, and Switches Identity & Access Management Account Monitoring and Control Controlled Access Based on the Need to Know Controlled Use of Administrative Privileges Application Security Application Software Security Awareness & Training Penetration Tests and Red Team Exercises Security Skills Assessment and Appropriate Training to Fill Gaps Security Information & Event Management Maintenance, Monitoring, and Analysis of Audit Logs Vulnerability Management & Incident Response Continuous Vulnerability Assessment and Remediation Incident Response and Management Network Security Limitation and Control of Network Ports, Protocols, and Services Secure Network Engineering Wireless Device Control Perimeter Defense, Intrusion Detection & Prevention Boundary Defense Data Loss Prevention Malware Defenses Business Continuity & Recovery Data Recovery Capability Source: 10

11 Why is Information Technology not Secure? Software Quality: Constant Number of New Vulnerabilities vulnerabilities in software products Slow adoption of Security & Privacy by Design Source (Disclosures): IBM X-Force 2013 Mid-Year Trend and Risk Report, September

12 Leitmotiv for Cybsersecurity Research in Darmstadt Security and Privacy by Design Security 100%»Security & Privacy by Design«Proactive vs. reactive Effective & efficient Throughout lifetime Design for Intrusion Tolerance We are here 0% Investment 12

13 Outline 1. Introduction 2.»Industrie 4.0«and Cybersecurity 3. R&D Projects at Fraunhofer SIT 4. Summary 13

14 Die 4. Industrielle (R)evolution Sicherheit & Industrie 4.0 = Sicherheit & Cloud, Big Data, CPS, ICS,... Cloud Horizontale Integration: Neue Wertschöpfungsnetze Durchgängigkeit des Engineering: Verschmelzung der digitalen und realen Welt Vertikale Integration: Rekonfigurierbarkeit und digitale Durchgängigkeit Big Data Cyber-Physical Systems Industrial Control Systems Quelle: DFKI 2011, FU / acatech, Berlin

15 IT-Sicherheit wird als Barriere für I4.0 wahrgenommen VDE-Trendreport 2013 Quelle: VDE-Trendreport 2013, Befragung Unternehmen und Hochschulen 15

16 IT-Sicherheit wird als Barriere für I4.0 wahrgenommen Beispiele 16

17 Evolution der industriellen IT Sicherheit Folgt (langsam) der allgemeinen Entwicklung der IT-Sicherheit State of the Art IT, ca State of the Art IT, ca Sicherheit für heutige Industrielle IT Sicherheit für»industrie 4.0«Hacking CPS Kein Air Gap, alles verbunden Outsourcing von Kern-Diensten Geteilte Ownership von Maschinen Verlust von Perimeter-Kontrolle Funktionen und Daten gehen in die Cloud Notwendigkeit für sichere Identitäten und vertrauenswürdige Infrastrukturen Komplexität erfordert»security by Design«Big Data führt zu Vertraulichkeitsproblemen 17

18 Prioritäten für die industrielle IT-Sicherheit Geschäfts und Produktions-IT schwer vergleichbar Business IT Industrie 3.0 Industrie 4.0 Design focus on security Design focus on safety Off as basic safe state Confidentiality, Integrity Complex safe states Integrity, Availability Complex failure cascades Confidentiality and knowledge protection due to cross company service orientation Gleiche Definition von IT-Sicherheit Protection of IP and data Soft timing requirements Protection of data and physical objects Hard timing requirements PII from employees and customers Ähnliche Probleme Large number of digital entities Unlimited resources Defined environment Trained users Small number of digital entities Resource constrained Rough, insecure environment Very large number of devices, identities, events, M2M/D2M relations Strong accountability due to cross company service orientation Unterschiedliche Anforderungen Machine = Innovation Cycle Machine >> Security & Innovation Cycle Bidirectional secure integration with business IT (ERP, cloud, big data,...) Open system, connected Closed system, disconnected 18

19 Prioritäten für die industrielle IT-Sicherheit 1. Integrität / Integrity Sabotage Unbemerkter Verlust ab Produktqualität Unbemerkte Zunahme an Ressourcenverbrauch Unbemerktes Nutzen gefälschter Komponenten 2. Verfügbarkeit / Availability Shutdown im unsicheren Zustand Verlust an Produktivität 3. Zurechenbarkeit / Accountability Unfähigkeit, notwendige Beweise vorzulegen Keine Problemerkennung bzw. Attribution 4. Vertraulichlichkeit / Confidentiality Wirtschaftsspionage Produktpiraterie Mitarbeiter- bzw. Kunden-Datenschutz 19

20 Angriffspunkte in der Industrie Service IaaS Clients Big Data Designs Business IT Industrial IT 20

21 Was folgt daraus für die Forschung? Sechs wichtige Themenfelder für Sicherheit & Industrie 4.0 Bauanleitungen»Security by Design«für Einzel- und Gesamtsysteme Vertrauenswürdige Infrastrukturen und sichere Identitäten Wissensschutz, Piraterieschutz und Nachweisbarkeit Benutzbarkeit Faktor Mensch Rechtssicherheit und Datenschutz Quelle: 21

22 Outline 1. Introduction 2.»Industrie 4.0«and Cybersecurity 3. R&D Projects at Fraunhofer SIT 4. Summary 23

23 Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie SIT 170 Mitarbeiter in Darmstadt und St. Augustin (Bonn) Cloud Computing Secure Engineering Mobile Systems Industrie 4.0 Security Test Lab Security & Risk Management Identity, Privacy, Encryption IT Forensics Mitglied der Darmstädter Cybersicherheits-Zentren Network Security Media Security 24

24 Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie Industrie 4.0 Testen und Bewerten von Sicherheitskonzepten, Technologien, Cloud-Angeboten Industrial Rights Management, Trusted Core Network, Anti-Piracy for Designs / Configurations, Trusted Computing / Identities, SIEM für I40 Hardware-based security in routers/firewalls for industrial networks 25

25 Beispiel 1:»Industrial Rights Management«Szenario: CAD/CAM-Gestützte Produktentwicklung Produkt-Idee = Geistiges Eigentum = Know-how CAD-Workstation Produktionsdaten CAM-Workstation Farbrikationsdaten Werkzeugmaschine (z.b. CNC) Produkt Aktuelle und künftige Produktionsumgebungen weisen ein hohes Potential für ungewollten Datenabfluss auf. 26

26 Beispiel 1:»Industrial Rights Management«Erweiterung der CAD-CAM-gestützen Produktionsumgebung um transparente Sicherheitsfeatures und Kontrollmöglichkeiten Erweiterung der Werkzeugmaschine um: Sichere und eindeutige Identifizierbarkeit Kryptographische Funktionen Stückzahlkontrolle Erweiterung der CAD/CAM-Umgebung um SW-Protection Module: Festlegung von erlaubten Werkzeugmaschinen-IDs Verschlüsselung von Fabrikationsdaten Festlegung von erlaubten Stückzahlen 27

27 Beispiel 2:»Trusted Core Network«Kunden, Planer, Designer, Orchestrierung, Wartung,... Production as a Service Trusted Core Network 28 Fraunhofer-Gesellschaft 2015 Trusted Production Platform as a Service

28 Beispiel 2:»Trusted Core Network«Verteilte, redundante Kontrolle (peer-to-peer) Ausbreitung von Angriffen und Malware unterbinden Erkennung / Monitoring mit schnellen Warnungen Schutz von Konfigurationsdaten Sichere und effiziente Managementprozesse 29

29 Netzknoten / Router prüfen Geräte in der Nachbarschaft Trusted Network Discovery 30

30 Soll-Zustand und Identität wird regelmäßig per TPM verlässlich berichtet. 31

31 Wenn auf einem Knoten die Konfiguration geändert oder ungewollte Software installiert oder gestartet wird... 32

32 ... wird die Änderung dezentral erkannt. Reaktionen können eingeleitet werden (Quarantäne, Beibehaltung wichtiger Funktionen)... 33

33 ... und es wird eine Warnung produziert. INFECTED NODE INFECTED NODE INFECTED NODE 34

34 Trusted Core Network und TrustMaNet Prototyp für Trusted Core Network: Hirschmann Eagle Router mit integrierter TPM prüfen sich gegenseitig. Prototyp für TrustMANET: Vertrauenswürdiges Mobiles Ad-Hoc Netzwerk. Gegenseitige Prüfung in drahtlosen, mobilen Ad-Hoc Netzen. Design für Zero Touch Config 35

35 Beispiel für IT-Sicherheit in der Industrie 4.0 Platzhalter für die IT-Gipfel Demo 37

36 Outline 1. Introduction 2.»Industrie 4.0«and Cybersecurity 3. R&D Projects at Fraunhofer SIT 4. Summary 42

37 Zusammenfassung Industrie 4.0 und IT-Sicherheit Hohe Integration in der Industrie 4.0 führt zu neuen Risiken Forschung: Sechs wichtige Themenfelder für Sicherheit & Industrie 4.0 Praxis: 80/20 Regel der IT-Sicherheit Beispiele aus dem Fraunhofer SIT Industrial Rights Management Trusted Core Network Bericht zum Eberbacher Gespräch»Sicherheit in der Industrie 4.0« 43

38 Prof. Dr. Michael Waidner Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie SIT Institutsleiter Technische Universität Darmstadt Fachbereich Informatik, Professor CASED & EC SPRIDE, Direktor Rheinstraße 75, Darmstadt (Büro) (Mobil) 44