Sicherheit für Gebäude, Wasser- oder Stromleitung - Drahtlose Sensoren für den Infrastrukturschutz

Gerade Infrastrukturnetze sind immer wieder Ziel von Angriffen. Die sicherer zu machen sei „eine wesentliche gesellschaftliche Herausforderung“, meint das
„European institute for research and strategic studies in telecommunications“, kurz Eurescom. Damit stimmt das Institut mit der Europäischen (EU) Kommission überein.
Während es schon lange physische Attacken auf Gebäude oder Leitungen gibt – also mit Bomben, Sägen und mehr – haben inzwischen verstärkt Hacker die Elektronik der Infrastrukturen im Blick, so Eurescom. Das Heidelberger Unternehmen hat dagegen als Projektkoordinator ein „sicheres Kommunikationsnetz aus drahtlosen Sensoren“ mit dem unverständlichen Kürzel „WSAN4CIP“ entwickelt. Damit könne „kritische Infrastruktur kostengünstig besser geschützt“ werden. Laut der Eurescom GmbH sind Modellprojekte an einer Wasserversorgung und einem Energie-Objekt erfolgreich verlaufen. Gefördert und finanziell unterstützt wurde das „WSAN4CIP“-Projekt der Heidelberger und ihrer Partner aus mehreren Staaten drei Jahre lang durch die EU-Kommission.

Schutz der kritischen Infrastruktur
„Was wir aufgebaut haben, haben wir im Februar beim Projekt Review an einem Umspannwerk des portugiesischen Versorgers Distribuição Energias de Portugal EDP live gezeigt“, berichtet Projektkoordinator Uwe Herzog. „Im Prinzip haben wir eine Reihe von Sensoren gebaut und jeweils im einzelnen Objekt verteilt. Die messen bestimmte Signale und leiten die weiter über sichere W-LAN-Kommunikationswege. Eine Zentrale arbeitet die Signale grafisch auf.“
Die meisten Sensoren seien kaufbare Standard-Komponenten. Zwar könnten diese zerstört werden, ob bewusst oder unbewusst. Doch wenn die keine Signale mehr bekommen, gebe es Störungsmeldungen, die vor Ort zu überprüfen seien, so Herzog. „Auch die Knoten, wo die Daten der Sensoren zusammenlaufen, können manipuliert werden“, zählt er die Hauptschwierigkeiten auf, die in der Projektphase gelöst werden mussten. „Unser Schwerpunkt waren die Kommunikation und die Speicherung der Daten auf den Knoten vor Ort, Mikro-Kernel genannt.“
Dabei mussten Störungen im Radiofrequenzbereich verhindert, die Komponenten abhörsicher und „das Routing“ sicher gemacht werden. „Weil beispielsweise Hochspannungsmasten ja nicht für jede Software-Aktualisierung extra besucht werden können, brauchten wir dafür die passende Technik. Das Update muss wiederum sicher erfolgen, damit nicht ein Böser die Software für seine Zwecke manipulieren kann“, erklärt Projektkoordinator Herzog.
Über den Erfolg in einem Wassernetz der FWA Frankfurter Wasser- und Abwassergesellschaft mbH aus Frankfurt (Oder) ist er besonders stolz: „Ein hoher Schutz der kritischen Infrastruktur durch eine drahtlose Sensoren- und Stellglieder-Lösung  ist wesentlich leichter, schneller und weniger kostenintensiv als bei einer drahtgebundenen Lösung.“ Denn die FWA hatte zuvor ein Sicherheitssystem per Glasfaserkabel eingerichtet. Das muss – anders als „WSAN4CIP“ – im Boden eingegraben, in Rohren verlegt und direkt mit den Sensoren verbunden werden.

Infrastruktursicherheit wird preiswerter
Nun überwachen drahtlose Sensoren den Zugang auch von Eindringlingen und messen den Wasserdruck sowie den Wasserfluss. Die Daten werden jeweils im Bedarfsfall weitergeleitet. Ein weiteres Alarmbeispiel: Wenn der Wasserdruck plötzlich abfällt, könnte dafür sowohl ein unbeabsichtigter Wasserrohrschaden als auch ein bösartiger Angriff verantwortlich sein.
Fehler oder Absicht kann auch dahinter stecken, wenn die Sensoren eine zu hohe Temperatur in einer Umspannstation messen. Weshalb die „WSAN4CIP“-Sensoren „schnell und verlässlich Informationen über Störungen im Stromversorgungsnetz und wo sie aufgetreten sind“ übertragen und Alarm auslösen, wie modellhaft beim Energieversorger EDP getestet wird.
Das System könne „den Zustand der Auslösespule für den Stromkreisunterbrecher und die Öltemperatur des Stromtransformators sowie die Aktivität in allen drei Phasen der Mittel- und Niederspannungsleitungen messen, um den Ort von Stromleitungsstörungen zu entdecken.“ Durch eine Infrarotkamera funktioniere das auch bei „Hotspots der Mittel- und Niederspannungs-Transformatoren.“ Zur Auswertung aller überwachten Parameter wird das in der Energiewirtschaft standardisierte SCADA-System (Supervisory Control and Data Acquisition) benutzt, wofür die Eurescom-Forscher eine spezielle Schnittstelle entwickelt haben.
„Weil manche Sensoren ja zugänglich sind, kann man nie behaupten, die Manipulation ist ganz unmöglich. Aber ziemlich sicher ist unser System“, gibt sich Uwe Herzog von den „WSAN4CIP“-Ergebnissen überzeugt. Denn 100-%-Sicherheit gebe es nirgends.
Nun seien die Industriepartner dabei, „die im Projekt erarbeiteten Standards und Ergebnisse aufzugreifen und in Produkte umzusetzen“, berichtet Herzog. Dann könne die Infrastruktursicherheit preiswerter werden. Denn die standardisierten Schnittstellen zur SCADA-Leittechnik der Energie- oder Wasserwirtschaft seien jedenfalls bereits bei „WSAN4CIP“ vorhanden.
Für Installationsbetriebe in ganz Europa könnte sich dadurch ein interessantes Betätigungsfeld ergeben. Denn ob Wasserhochbehälter, Umspannwerke, Gasdruckregelstationen, Hochspannungsmasten und vieles mehr: Infrastruktur ist überall.

Autor: Heinz Wraneschitz

Bilder: Autor