Sicherheit und Schutz in industriellen Steuerungssystemen integrieren

Industrie-Controlsysteme (ICS) spielen eine entscheidende Rolle bei der Verwaltung verschiedener physischer Prozesse in Branchen wie Fertigung, Energie und Transport. Die Sicherheit und der Schutz dieser Systeme sind wichtig, um Unfälle zu verhindern und gegen Cyber-Bedrohungen zu schützen. Sicherheit konzentriert sich darauf, Unfälle und Schäden zu vermeiden, während der Schutz darauf abzielt, unbefugten Zugriff und Angriffe zu verhindern. Die Integration dieser beiden Bereiche ist wichtig, aber herausfordernd, da Konflikte zwischen Sicherheits- und Schutz-Zielen entstehen können. Dieser Artikel beleuchtet die Bedeutung von Sicherheit und Schutz in ICS und präsentiert eine Methode zur Lösung von Konflikten.

#Bedeutung von Sicherheit und Schutz

Sicherheit in ICS bedeutet, dass das System betrieben wird, ohne Menschen, Ausrüstung oder die Umwelt zu schädigen. Dabei werden mögliche Unfälle identifiziert und Massnahmen getroffen, um Risiken zu minimieren. Schutz hingegen befasst sich mit dem Schutz des Systems vor Cyber-Bedrohungen, wie Hacking oder Malware. Zusammen sind Sicherheit und Schutz entscheidend für zuverlässige und effektive Abläufe in ICS.

Historisch gesehen wurden Sicherheit und Schutz bei der Gestaltung und dem Betrieb industrieller Systeme separat behandelt. Mit dem Fortschritt der Technologie, insbesondere mit dem Aufkommen digitaler und vernetzter Systeme, ist jedoch der Bedarf an der Integration von Sicherheit und Schutz klar geworden. Ein ganzheitlicher Ansatz kann zu einer besseren Verwaltung von Risiken und Schwachstellen in industriellen Prozessen führen.

#Die Herausforderung der Integration

Die Integration von Sicherheit und Schutz in ICS ist nicht einfach. Es können widersprüchliche Anforderungen auftreten, bei denen Massnahmen zur Verbesserung der Sicherheit unbeabsichtigt den Schutz schwächen können – und umgekehrt. Zum Beispiel könnte die Gewährung von mehr Zugriff auf Bediener aus Sicherheitsgründen potenzielle Sicherheitslücken öffnen. Andererseits könnten strenge Sicherheitsmassnahmen notwendige Sicherheitsprotokolle behindern, was ein Dilemma schafft.

Die wissenschaftliche Gemeinschaft hat diese Herausforderungen erkannt, doch die Identifikation und Lösung von Konflikten bleibt ein wenig erforschtes Gebiet. Die Bewältigung dieser Konflikte ist entscheidend, um die Integrität der Systeme aufrechtzuerhalten und sie vor Bedrohungen zu schützen.

#Vorgeschlagene Methodik

Um die Herausforderungen der Integration von Sicherheit und Schutz anzugehen, schlagen wir eine Methode vor, die Sicherheitsanalysen mit Schutzrahmen kombiniert. Diese Methode umfasst mehrere Schritte, die sich auf die Identifizierung, Analyse und Lösung von Konflikten konzentrieren.

#Schritt 1: Sicherheitsanalyse

Der erste Schritt beinhaltet eine detaillierte Analyse der Sicherheitsaspekte des Systems. Experten bewerten die Struktur des Systems, um potenziell unsichere Handlungen und deren Folgen zu identifizieren. Durch die Zuordnung von Kontrollaktionen zu Prozessvariablen können Fachleute Gefahren erkennen, die zu akzeptablen oder inakzeptablen Verlusten führen könnten.

#Schritt 2: Schutzanalyse

Als Nächstes wird eine gründliche Schutzanalyse durchgeführt. In dieser Phase werden verschiedene Bedrohungen und Schwachstellen identifiziert, die das System beeinträchtigen könnten. Sicherheitsexperten suchen nach Schwächen, die zu Sicherheitsverletzungen führen könnten, wie unbefugtem Zugriff oder Manipulation von Daten. Bedrohungen wie Befehlseinschleusung oder Messmanipulation werden untersucht, um die Integrität des Systems sicherzustellen.

#Schritt 3: Integrierte Sicherheits- und Schutzanalyse

In dieser entscheidenden Phase arbeiten Sicherheits- und Schutzexperten zusammen, um sicherzustellen, dass ihre Ziele übereinstimmen. Sie überprüfen die Ergebnisse der Sicherheits- und Schutzanalysen, um widersprüchliche Anforderungen zu identifizieren. Zum Beispiel könnten Sicherheitsmassnahmen, die schnelle Evakuierungen ermöglichen sollen, mit Sicherheitsanforderungen kollidieren, die darauf abzielen, unbefugten Zugriff zu verhindern. Das Ziel hier ist es, einen einheitlichen Satz von Anforderungen zu erstellen, der sowohl Sicherheit als auch Schutz verbessert.

#Schritt 4: Konfliktidentifikation

Mit der Integration ist es wichtig, alle bestehenden Konflikte zu identifizieren. Dieser Schritt konzentriert sich darauf, Szenarien zu erkennen, in denen Sicherheits- und Schutzmassnahmen sich möglicherweise widersprechen. Die Herausforderung besteht darin, diese Konflikte zu erkennen, da sie oft subtil sein können und einer sorgfältigen Prüfung bedürfen.

#Schritt 5: Konfliktanalyse und -lösung

Sobald Konflikte identifiziert sind, analysieren Experten die Ursachen und entwickeln Strategien zu deren Lösung. Das Verständnis der Auswirkungen jedes Konflikts ermöglicht informierte Entscheidungen. In dieser Phase werden Sicherheits- und Schutzmassnahmen basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen überarbeitet und neu definiert.

#Schritt 6: Einschränkungen neu definieren

Schliesslich werden alle notwendigen Anpassungen an den Sicherheits- und Schutzanforderungen vorgenommen, um sicherzustellen, dass sie effektiv übereinstimmen. Minderungsstrategien werden vorgeschlagen, um die identifizierten Konflikte zu adressieren, was zu Einschränkungen führt, die sowohl Sicherheits- als auch Schutzmassnahmen im System absichern.

#Fallstudie: Tennessee Eastman Werk

Um die vorgeschlagene Methodik zu veranschaulichen, wenden wir sie auf das Tennessee Eastman Werk (TEP) an, ein bekanntes Modell zur Untersuchung industrieller Kontrollprozesse. Das TEP umfasst komplexe chemische Prozesse und verschiedene Komponenten, die darauf ausgelegt sind, Produkte sicher und effizient zu produzieren.

#Sicherheitsanforderungen

Im TEP werden Sicherheitsanforderungen als Grenzen festgelegt, um sicherzustellen, dass Prozessvariablen innerhalb akzeptabler Bereiche bleiben. Zum Beispiel ist die Aufrechterhaltung bestimmter Druckniveaus entscheidend, um Unfälle zu vermeiden. Die Analyse identifiziert potenzielle Gefahren, die mit dem Überschreiten dieser Grenzen verbunden sind.

#Schutzanforderungen

Ebenso werden Schutzanforderungen festgelegt, um das TEP vor Cyber-Bedrohungen zu schützen. Dazu gehören Massnahmen wie starke Zugangskontrollen, um unbefugten Zugriff auf die Kontrollsysteme zu verhindern. Durch die Identifikation von Bedrohungen wie Befehlmanipulation kann das Sicherheitsteam Strategien entwickeln, um gegen diese Schwachstellen zu schützen.

#Integration der Erkenntnisse

Durch die Integration der Sicherheits- und Schutz-Erkenntnisse aus der TEP-Analyse können Experten aufdecken, wie bestimmte unsichere Handlungen mit potenziellen Sicherheitsbedrohungen zusammenhängen. Zum Beispiel, wenn Ausfälle von Geräten unsichere Bedingungen schaffen, kann dies auch Gelegenheiten für Cyberangriffe bieten.

#Konfliktidentifikation

Während der Analyse merken die Experten, dass die Aktivierung von Störungen in den chemischen Prozessen mit den Zielen von Sicherheit und Schutz in Konflikt steht. Wenn zum Beispiel eine Störung auftritt, die dazu führt, dass das System ausserhalb seiner Sicherheitsgrenzen arbeitet, könnte es unbeabsichtigt Sicherheitsrisiken aussetzen.

#Konfliktanalyse und -lösung

Die Analyse der identifizierten Konflikte zeigt, dass bestimmte Störungen das TEP in unsichere Zustände versetzen können, was zu einem Kontrollverlust führt. Die Analyse hilft den Teams, die Natur dieser Konflikte zu verstehen und Strategien zur Risikominderung zu entwickeln. Durch die Neudefinition von Anforderungen auf Basis dieses Wissens können die Teams die Zuverlässigkeit des Systems erhöhen.

#Fazit

Die Integration von Sicherheit und Schutz in industriellen Kontrollsystemen ist entscheidend für die Gewährleistung zuverlässiger Abläufe. Die Bewältigung von Konflikten, die während dieser Integration auftreten, ist notwendig, um sowohl physische Prozesse als auch digitale Infrastrukturen zu schützen. Die vorgeschlagene Methodik bietet einen strukturierten Ansatz zur Identifizierung, Analyse und Lösung von Konflikten zwischen Sicherheit und Schutz.

Zukünftige Arbeiten sollten sich darauf konzentrieren, diese Methodik auf breitere Kontexte anzuwenden, einschliesslich anderer Industriesektoren und unterschiedlicher Betriebsbedingungen. Indem wir die Sicherheit und den Schutz industrieller Systeme priorisieren, können wir ihre Widerstandsfähigkeit gegen Angriffe und Ausfälle erhöhen und letztendlich Leben und Vermögenswerte schützen.

#Zukünftige Richtungen

Es gibt einen wachsenden Bedarf, unser Verständnis der Integration von Sicherheit und Schutz in industriellen Kontrollsystemen zu erweitern. Zukünftige Forschungen sollten verschiedene Industrien und Fälle untersuchen, um komplexere Konfliktszenarien aufzudecken.

Ausserdem werden mit dem fortschreitenden technologischen Wandel neue Herausforderungen auftauchen, die eine fortlaufende Anpassung der Sicherheits- und Schutzrahmen erfordern. Durch die Förderung der Zusammenarbeit zwischen Sicherheits- und Schutzfachleuten können Organisationen besser auf die Komplexität moderner industrieller Prozesse vorbereitet werden.

Letztendlich stellt die Verbesserung der Sicherheit und des Schutzes von industriellen Kontrollsystemen einen bedeutenden Schritt dar, um die Integrität und Widerstandsfähigkeit kritischer Infrastrukturen in einer zunehmend vernetzten Welt zu gewährleisten.