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Mit digitalen Signaturen kann ein System auch überprüfen, ob ein Softwarepaket oder -update aus einer vertrauenswürdigen Quelle stammt. Bei Stuxnet zum Beispiel wurde Schad-Code in SPS-Systeme eingeschleust, um Motoren zu einer nicht vorgesehenen Drehzahl zu veranlassen. Dies wiederum veranlasste die SPSen, einen falschen Fertigungsprozess auszuführen [2]. Wenn dagegen jede Software und auch jedes Softwareupdate digital signiert wird, bevor es in die SPS geladen wird, kann diese deren Echtheit verifizieren, bevor sie mit der Ausführung beginnt.

Mit demselben Prinzip der digitalen Signatur lässt sich ein System auch vor Manipulationen an der Hardware schützen. Zum Beispiel könnten Angreifer die Kalibrierung eines Sensors verändern. Die solcherart manipulierten Sensoren würden daraufhin fehlerhafte Werte an ihre Master senden, was wiederum Störungen der jeweiligen industriellen Prozesse zur Folge hätte.

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Besonders anfällig für solche Attacken sind umfangreiche, geografisch weit verstreute Systeme beispielsweise für die Verteilung von Flüssigkeiten, in denen man den Zugang zum Standort der einzelnen Sensoren nicht zuverlässig absichern kann.

Eine digitale Signatur löst das Problem. Wenn ein Sensor oder Sensormodul Messdaten an einen Master überträgt, kann er zusätzlich seine ‚signierten‘ Kalibrierdaten übertragen. Als Alternative kann der Master die Sensoren regelmäßig abfragen, indem er eine ‚Challenge‘ sendet und die Sensoren mit einer ‚Response‘ antworten, in der die jeweiligen Kalibrier- oder Konfigurationsdaten indirekt enthalten sind.

Eine digitale Signatur lässt sich ebenfalls verwenden, um Hardware zu authentifizieren. Dies ist beispielsweise sinnvoll, wenn ein Fernbedienungsterminal an ein SCADA-Netzwerk angeschlossen wird. Es ist gewiss nicht wünschenswert, dass eine unbekannte (d.h. nicht authentifizierte) Hardwarekomponente kritische Informationen empfängt oder sendet. Stattdessen möchte man, dass eine kritische Industriesteuerung ausschließlich aus Hardware bekannter Herkunft besteht. Hier authentifiziert eine digitale Signatur die Hardware und schafft dadurch Vertrauen.

Verschlüsselung ist eine weitere nützliche und weithin angewandte Technik, die Schutz vor der ungewollten Offenlegung von Informationen bietet. Produktionsrezepturen zum Beispiel sind häufig äußerst wertvolle Güter, da sie das gesamte Wissen zur Herstellung von Produkten enthalten. Durch das Überwachen von Sensordaten oder Aktor-Parametern könnte man in den Besitz wertvoller Informationen über einen Produktionsprozess oder sogar persönlicher Daten kommen.

Es gibt beispielsweise viele Publikationen über Angreifer, die Angaben über die Gewohnheiten von Nutzern einholen konnten, indem sie über das Smart Grid ihr Energieverbrauchsprofil verfolgten. Die Verschlüsselung von Daten in Industrie-Netzwerken könnte derartiges Spionieren verhindern und würde hier auf die gleiche Weise angewandt wie in der klassischen IT-Infrastruktur.

Security-ICs zur Unterstützung der Kryptografie

Bis hierher ging es um verschiedene Anwendungen der Kryptografie für die Industriesteuerungs-Sicherheit. Da kryptografische Funktionen häufig softwaretechnisch implementiert werden, stellt sich die Frage, weshalb man in einer Industriesteuerung Security-ICs einsetzen sollte.

Tatsächlich gibt es hierfür mehrere Gründe, zumal Security-ICs eine ganze Reihe spezifischer Vorteile bieten: sichere Speicherung von Chiffrierschlüsseln; Schutz vor der Offenlegung von Schlüsseln durch Seitenkanal-Attacken; einfache Implementierung fehlerfreier Kryptografie-Lösungen; beschleunigte Berechnung; Zufallszahlen sind von hoher Güte; vertrauenswürdige Software durch einen sicheren Boot-Vorgang.

Jede Sicherheits-Implementierung muss standardisierte Krypto-Algorithmen verwenden wie etwa AES, Triple DES für symmetrische Krypto-Lösungen, RSA oder ECDSA für Public-Key-Kryptografie. Innerhalb dieser Kryptografiesysteme sind die Schlüssel das wertvollste Gut.

Sicheres Speichern von Chiffrierschlüsseln

Wird eine Kryptografielösung in Software auf einem Standardprozessor implementiert, werden die Schlüssel im Systemspeicher abgelegt, von wo sie mithilfe von Malware, über ein Debug-Port (JTAG) oder durch mechanische Einwirkung leicht ausgelesen werden können. Diese Schwachstellen werden durch Security-Schaltkreise äußerst wirksam eingedämmt.

Sichere Mikrocontroller enthalten integrierte Schutzlogik. Sicheres Booten und die Memory Management Unit (MMU) des Mikrocontrollers bieten Schutz gegen das Einschleusen von Malware, und der JTAG-Port lässt sich sperren.

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