Pictures of the Future    Frühjahr 2006

Sensible Strukturen

Ob Gesundheitswesen, Energie- und Wasserversorgung, Transport, Industrieproduktion, Telekommunikation oder Notfalldienste wie Feuerwehr und Polizei: All diese Bereiche sind für eine moderne Zivilisation lebensnotwendig – und zugleich unterschiedlichsten Bedrohungen ausgesetzt. Nicht nur technisches oder menschliches Versagen, etwa Fehlbedienungen, können zu Ausfällen führen, sondern auch Naturereignisse. Umgeknickte Strommasten, durch Blitzschlag zerstörte Transformatorstationen oder durch Überflutung unpassierbare Straßen und Schienen sind immer wieder die Folge von Unwettern oder Hochwasser. Wie etwa in der Schweiz im September 2003: Dort beschädigte ein umgestürzter Baum eine wichtige 380-kV-Leitung. Die Folge war letztlich ein flächendeckender Netzzusammenbruch in fast ganz Italien – ein ähnlicher Blackout wie einen Monat zuvor in den USA und Kanada (siehe Pictures of the Future, Frühjahr 2004, Netzstabilität).

Eine weitere Bedrohung ist die Kriminalität. Terroranschläge, aber auch Würmer und Viren im Internet oder Hacker, die sich illegal in Firmennetzwerke einwählen. "Hacker könnten im Prinzip die Stromversorgung oder das U-Bahnnetz einer ganzen Stadt lahm legen, wenn es ihnen gelänge, Steuersignale zu manipulieren", sagt Sven Lehmberg, Leiter des Kompetenzfeldes "Intrusion Prevention for Products and Solutions" bei Siemens Corporate Technology (CT). Mit Informationstechnologien werden immer mehr Infrastruktur-Komponenten gesteuert, die Netze und Dienste von Strom- und Energieversorgern ebenso wie die der Bahnbetreiber oder Notfalldienste. Internet-Würmer beispielsweise haben bereits mehrfach die Betriebsfähigkeit von US-Stromversorgern beeinträchtigt. Steuerungs- und Kontrollsysteme sind dann nicht mehr voll einsatzfähig. Auflaufende Meldungen lassen sich nicht mehr anzeigen, Störungen nicht rechtzeitig beseitigen oder kompensieren – so dass es zu Stromausfällen kommen kann.

So genannte Homeland-Security-Technologien sollen helfen, Infrastrukturen zu schützen und ihre Ausfallsicherheit zu gewährleisten. Hierzu zählen typische Sicherheitstechnologien für Informations- und Kommunikationssysteme: Verschlüsselungs- und Zugangskontrollmechanismen – etwa rollenbasierte Systeme und Identitätsmangement –, Authentisierungsverfahren über Smartcards, sichere RFID-Tags oder biometrische Verfahren: Fingerabdruck, Sprecher- oder auch 3D-Gesichtserkennung.

Zu umfassenden Sicherheitslösungen gehören aber auch sicherheitsfördernde Technologien. "Das sind solche, die nicht mit dem Schwerpunkt auf Sicherheit entwickelt wurden, aber dennoch wesentlich zum Aufbau eines Sicherheitssystems beitragen können", erklärt Alla Heidenreich, Leiterin des CT-Forschungsprojektes Homeland Security. Hierunter versteht sie etwa Sensormeldesysteme zur Überwachung physischer Zustände – zum Beispiel multifunktionale Radar-Sensoren und faseroptische Sensoren zur Messung physikalischer Größen oder zur Erkennung gefährlicher Substanzen. Ein Beispiel ist die Überprüfung von Transportbehältern. Verteilte Sensoren können beim Be- und Entladen Daten über den aktuellen Zustand innerhalb des Containers liefern. So haben Siemens-Forscher Sensoren entwickelt, mit deren Hilfe sich eine automatische Vor-Ort-Analyse gefährlicher chemischer und biologischer Substanzen in Luft und Flüssigkeiten schnell durchführen lässt.

Redundante Netze. Auch mobile Ad-hoc-Netze oder selbstoptimierende Kommunikationsnetze sind sicherheitsfördernde Technologien. Denn sie können helfen, die Kommunikation trotz teilweise ausgefallener Infrastrukturen aufrechtzuerhalten. Innerhalb eines solchen Netzes können mobile Geräte wie Handys oder Laptops sofort und ohne eine übergeordnete Infrastruktur eine Verbindung zueinander aufbauen (siehe Pictures of the Future, Frühjahr 2005, Ad-hoc-Netze). Dies ähnelt der Struktur des Internets, das so robust ausgelegt ist, dass ein Totalausfall kaum auftreten kann. Jedes Handy oder Notebook dient dann nicht nur als Sende- und Empfangsstation, sondern auch als Router für andere Teilnehmer. Mesh-Netze etwa sind grundsätzlich redundant ausgelegt. Bei Ausfall oder Überlastung eines Senders wird der nächstliegende gesucht. Basierend auf dieser Technik entsteht in Tempe nahe Phoenix, Arizona, im Frühjahr 2006 das weltweit größte städtische WLAN-Netz. Es deckt mehr als 100 km&2sup; Fläche ab. Etwa 400 Laternenmasten werden zu Internet-Funkmasten.

Auch bei Stromnetzen reduzieren ineinander verwobene Leitungsnetze das Ausfallrisiko. Denn beim Ausfall einer Verbindung gibt es in der Regel mehrere alternative Leitungen, um die Stromversorgung aufrechtzuerhalten. Je enger die Maschen, umso sicherer das Netz. Laut einer Analyse des Verbands der Netzbetreiber (VDN) aus dem Jahr 2005 ist Deutschland Europameister bei der Versorgungssicherheit. Der Grund: ein engmaschiges Netz mit kurzen Transportwegen und über das ganze Land verteilte Kraftwerke. So war übers Jahr 2004 gerechnet jeder deutsche Stromkunde durchschnittlich 23 Minuten lang ohne Strom. In Frankreich waren es 59, in Italien 91 und in den USA sogar über 200 Minuten.

Zum Aufbau einer umfassenden Sicherheitslösung für kritische Infrastrukturen sind Technologien aus verschiedenen Bereichen notwendig. Dabei müssen sicherheitsfördernde Technologien mit typischen Sicherheitstechnologien für IT-Systeme kombiniert werden. Schon die Produktentwicklung sollte dabei unter Einbeziehung von Sicherheitskonzepten erfolgen, die zur Ausfallsicherheit beitragen. "Unser Ziel ist es, die vorhandenen technologischen Kompetenzen innerhalb der Corporate Technology bei Siemens zu bündeln, um innovative Sicherheitslösungen für kritische Infrastrukturen zu konzipieren", fasst Michael Munzert die Aufgaben des Kompetenzfeldes Homeland Security zusammen.
                                                                                                             Sylvia Trage