Beschreibungdescription
Automatisierungssystem mit VerschlüsselungsfunktionenAutomation system with encryption functions
Die vorliegende Erfindung betrifft ein AutomatisierungsSystem mit Verschlüsselungsfunktionen gemäß Anspruch 1.The present invention relates to an automation system with encryption functions according to claim 1.
AutomatisierungsSysteme sind heute noch weitgehend über lokale, geschlossene Netzwerke miteinander verbunden. Verschie- denste Subsysteme und Baugruppen innerhalb des Automatisierungssystems werden aber zunehmend mittels Ethernet oder Pro- fibus, beispielsweise über das Internet oder Intranet, miteinander verbunden. Durch geeignete Kommunikationsmittel, wie beispielsweise so genannte Web-Services, können dann auch räumlich weit verteilte Baugruppen der Automatisierungssysteme miteinander kommunizieren und Daten austauschen. Aufgrund der damit einhergehenden zunehmenden Offenheit des Automatisierungssystems wird es immer wichtiger, bestimmte Sicherheitsaspekte bei der Übertragung der Daten zu berücksichtigen und entsprechende Sicherheitsmaßnahmen einzuführen, um Authentizität, Integrität und Vertraulichkeit beim Zugriff auf und Übertragung von Daten sicherzustellen. Dies kann beispielsweise die Einführung von Passwörtern für die Zugangsberechtigung oder auch die Verwendung von Verschlüsselungsalgo- rithmen für die zu kommunizierenden Daten sein.Automation systems are still largely connected to one another via local, closed networks. Various subsystems and assemblies within the automation system are increasingly being connected to each other by means of Ethernet or Profibus, for example via the Internet or intranet. Suitable communication means, such as so-called web services, can then also be used to communicate with widely distributed assemblies of the automation systems and to exchange data. Due to the increasing openness of the automation system, it is becoming increasingly important to take certain security aspects into account when transferring data and to introduce appropriate security measures to ensure authenticity, integrity and confidentiality when accessing and transferring data. This can be, for example, the introduction of passwords for access authorization or the use of encryption algorithms for the data to be communicated.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Automatisierungssystem anzugeben, das die oben beschriebenen Sicherheitsaspekte berücksichtigt.The object of the present invention is to provide an automation system which takes into account the security aspects described above.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Automatisierungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dadurch, dass im AutomatisierungsSystem, zusätzlich zu einem Steuerungsprozessor, der auch als Kommunikationsprozessor ausgebildet sein kann, ein Verschlüsselungsprozessor vorgesehen ist, der Verschlüsse- lungsalgorithmen zum Verschlüsseln und Entschlüssen von Daten enthält und üloer einen Datenbus mit zumindest einem Steue-
rungsprozessor des Automatisierungssystems Daten zum Verschlüsseln und/oder Entschlüsseln austauscht, können Sicherheitsaspekte insbesondere auch in zunehmend offeneren Automatisierungssystemen berücksichtigt werden.This object is achieved by the automation system with the features of claim 1. Because the automation system, in addition to a control processor, which can also be designed as a communication processor, provides an encryption processor which contains encryption algorithms for encrypting and decrypting data and üloer a data bus with at least one control If the automation processor of the automation system exchanges data for encryption and / or decryption, security aspects can be taken into account in particular in increasingly open automation systems.
Weist der Verschlüsselungsprozessor zusätzlich noch einen Datenspeicher auf, können auch verschlüsselte Daten gespeichert und vom Verschlüsselungsprozessor verwaltet werden. Insbesondere können die für eine Zugangsberechtigung notwendigen Passwörter und für eine gesicherte Übertragung notwendige Verschlüsselungsinformationen, sogenannte Verschlüsselungs- keys, somit auf einfache Art und Weise sicher gespeichert und auch verwaltet werden.If the encryption processor also has a data memory, encrypted data can also be stored and managed by the encryption processor. In particular, the passwords required for access authorization and encryption information required for secure transmission, so-called encryption keys, can thus be securely stored and also managed in a simple manner.
Somit kann erfindungsgemäß der Verschlüsselungsprozessor alle sicherheitsrelevanten Aufgaben, wie zum Beispiel die Ausführung der Sicherheitsalgorithmen, die Speicherung von geschützten Daten wie Passwörter oder andere zu schützende Daten übernehmen. Da somit alle Verschlüsselungsleistungen im Automatisierungssystem vom Verschlüsselungsprozessor übernommen werden, wird der mit dem Verschlüsselungsprozessor verbundene Steuerungsprozessor nicht mit solchen Aufgaben für die Erfüllung von Sicherheitsaspekten belastet. Damit kann die Leistung des Steuerungsprozessors auch nach Einführung von Sicherheitsaspekten weiterhin ganz und uneingeschränkt für die Steuerung des AutomatisierungsSystems zur Verfügung stehen. Insbesondere wird die Implementierung eines solchen, bereits als Hardwarekomponente verfügbaren, Verschlüsselungsprozessors einfach zu realisieren sein, womit dann auch die notwendigen Sicherheitsaspekte sehr schnell und kostengünstig im Automatisierungssystem berücksichtigt werden können. Sicherheit und Zugangsschutz lassen sich so auf einfachste Art und Weise durch die Einbindung eines Versσhlüsselungsprozes- sors im Automatisierungssystem realisieren.Thus, according to the invention, the encryption processor can take over all security-related tasks, such as the execution of the security algorithms, the storage of protected data such as passwords or other data to be protected. Since all encryption services in the automation system are thus taken over by the encryption processor, the control processor connected to the encryption processor is not burdened with such tasks for the fulfillment of security aspects. This means that the performance of the control processor can continue to be fully and unrestrictedly available for controlling the automation system even after the introduction of safety aspects. In particular, the implementation of such an encryption processor, which is already available as a hardware component, will be easy to implement, with which the necessary security aspects can then also be taken into account very quickly and inexpensively in the automation system. Security and access protection can be implemented in the simplest way by integrating an encryption processor in the automation system.
Weisen mehrere Subsysteme aus einer Anzahl von Subsystemen des Automatisierungssystems jeweils einen eigenen Verschlüs-
selungsprozessor auf, und sind diese Subsysteme und damit die Verschlüsselungsprozessoren so miteinander verbunden, dass mit den in den Verschlüsselungsprozessoren enthaltenen Verschlüsselungsalgorithmen und/oder gespeicherten verschlüssel- ten Daten eine gesicherte Kommunikation zwischen den Subsystemen im Automatisierungssystem bereitsteht, kann die Datenkommunikation zwischen diesen Kommunikationsbaugruppen des Automatisierungssystems geschützt werden- So können insbesondere auch Subsysteme auf den verschiedensten Subsystemebenen, wie beispielsweise Aktoren und Sensoren, oder Steuerungen und Peripheriegeräte, oder auch verschiedenen. Automatisierungssysteme und Diagnosesysteme, oder AutomatisierungsSysteme und übergeordnete Systeme, wie z.B. Planungssysteme, miteinander in geschützter Weise kommunizieren und Daten austauschen. Da- mit verringert sich gerade bei den zunehmend offeneren, dezentral angeordneten, Automatisierungssystemen die Wahrscheinlichkeit, dass die zwischen den einzelnen Subsystemen kommunizierten Daten ausspioniert und manipuliert werden können. Ein Vorteil dieser Ausprägung ist, dass keine zusätzli- chen Komponenten und ausgezeichnete Sicherungs-Subsysteme notwendig sind, um ein Automatisierungssystem zu schützen.If several subsystems from a number of subsystems of the automation system each have their own encryption selection processor, and if these subsystems and thus the encryption processors are connected to each other in such a way that with the encryption algorithms and / or stored encrypted data contained in the encryption processors, secure communication between the subsystems in the automation system is available, the data communication between these communication modules of the automation system can be protected In particular, subsystems on the most diverse subsystem levels, such as actuators and sensors, or controls and peripheral devices, or different ones, can also be used. Automation systems and diagnostic systems, or automation systems and higher-level systems, such as planning systems, communicate with one another in a protected manner and exchange data. This reduces the likelihood, particularly in the increasingly open, decentralized automation systems, that the data communicated between the individual subsystems can be spied on and manipulated. An advantage of this configuration is that no additional components and excellent security subsystems are required to protect an automation system.
Je nach Ausführungsform kann der Verschlusselungsprozessor entweder fest, beispielsweise auf einer Platine einer Bau- gruppe oder eines Subsystems verlötet oder aber auch für den mobilen Betrieb ausgebildet sein. So können Verschlüsselungsprozessoren beispielsweise auf einem entsprechenden Sockel steckbar oder als so genannte Chip-Karte in einem entsprechenden Kartenlesegerät lesbar sein. Gerade wenn die ge- schützten Daten nur zeitweise, zum Beispiel als Passwort, beim Zugang oder bei der Kommunikation über einen an das Automatisierungssystem anschließbaren WartungsComputer, zu dem eine gesicherte Verbindung aufgebaut werden soll, verfügbar sein müssen, ist ein austauschbarer mobil zu verwendender Verschlüsselungsprozessor von Vorteil.
Vorzugsweise enthält der Verschlüsselungsprozessor schon a priori verschlüsselte Daten, insbesondere zentral verwaltete Passwörter. Die Passwörter können schon vor der Inbetriebnahme des Automatisierungssystems im Verschlüsselungsprozessor hinterlegt werden, so dass schon bei der ersten Inbetriebnahme des Automatisierungssystems oder beim ersten Zugriff eines WartungsComputers ein gesicherter Zugang ohne größeren Verwaltungsaufwand der Passwörter möglich ist. Die vorliegende Erfindung soll nun anhand des nachfolgenden Beispiels näher beschrieben werden.Depending on the embodiment, the encryption processor can either be fixed, for example soldered to a circuit board of a module or a subsystem, or it can also be designed for mobile operation. For example, encryption processors can be plugged into an appropriate socket or can be read as a so-called chip card in an appropriate card reader. Especially if the protected data only has to be available temporarily, for example as a password, when accessing or communicating via a maintenance computer that can be connected to the automation system and to which a secure connection is to be established, an exchangeable mobile encryption processor from Advantage. The encryption processor preferably already contains encrypted data a priori, in particular centrally managed passwords. The passwords can be stored in the encryption processor even before the automation system is put into operation, so that secure access is possible without any major administrative effort when the automation system is started up or when a maintenance computer is accessed for the first time. The present invention will now be described in more detail with reference to the following example.
In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Automatisierungssystems wird der Verschlüsselungsprozessor als Coprozessor zu dem bereits in einem Subsystem vorhandenen Steu- erungsprozessor eingesetzt und über einen Datenbus mit diesem verbunden. Je nachdem, wie der Steuerungsprozessor und der Verschlüsselungsprozessor ausgeführt und zueinander angeordnet sind, kann der Austausch der Daten beispielsweise über einen entsprechenden Rückwandbus, eine serielle oder paralle- le Datenschnittstelle oder auch über eine schnürlose Infrarot- oder Funkverbindung wie beispielsweise Bluetooth, erfolgen. In der vorliegenden Erfindung kann als Verschlüsselungsprozessor beispielsweise ein aus [Helena Handschuh, "Smart Card Crypto-Coprozessors for Public-Key Cryptography", Smart Card Research and Applications, vol.1820 of Lecture Notes in Computer Science, pp.386-394, Springer Verlag 2000] bekannter Crypto-Coprozessor zum Einsatz kommen. Insbesondere sind solche Verschlüsselungsprozessoren einfach in ein Platinen- Layout zu integrieren, wenn die Verschlüsselungsprozessoren als so genannte SMD- Bausteine vorliegen. Mit solch einemIn one embodiment of the automation system according to the invention, the encryption processor is used as a coprocessor with the control processor already present in a subsystem and is connected to the latter via a data bus. Depending on how the control processor and the encryption processor are designed and arranged with respect to one another, the data can be exchanged, for example, via a corresponding backplane bus, a serial or parallel data interface, or also via a cordless infrared or radio link, such as Bluetooth. In the present invention, for example, an encryption processor from [Helena Handschuh, "Smart Card Crypto-Coprocessors for Public-Key Cryptography", Smart Card Research and Applications, vol. 1820 of Lecture Notes in Computer Science, pp.386-394, Springer Verlag 2000] known crypto coprocessor can be used. In particular, such encryption processors can be easily integrated into a circuit board layout if the encryption processors are available as so-called SMD modules. With such a
Verschlüsselungsprozessor sind bereits eine Vielzahl von Verschlüsselungsalgorithmen, wie sie zum Beispiel für das Signieren von Daten benötigt werden, ausführbar. Somit kann durch die Implementierung eines solchen Co-Prozessors bereits eine Vielzahl von Aufgaben realisiert werden, die zur Ausführung der im Automatisierungssystem benötigten Sicherheitsaspekte notwendig sind. Zudem weisen solche Verschlüsselungs-
Prozessoren im Allgemeinen bereits einen gesicherten Speicherbereich zum Speichern von verschlüsselten Daten und/oder von Passwörtern auf. Damit ist es möglich, dass der Verschlüsselungsprozessor alle für die Realisierung der Sicherheitsaspekte notwendigen Aufgaben, wie beispielsweise das Verschlüsseln und Entschlüsseln und/oder Speichern und/oder Verwalten von verschlüsselten Daten, übernehmen und selbstständig ausführen kann und damit der Steuerprozessor im Automatisierungssystem mit solchen Aufgaben nicht belastet wird.A large number of encryption algorithms, such as those required for the signing of data, can already be executed by the encryption processor. Thus, by implementing such a co-processor, a multitude of tasks can already be carried out that are necessary to carry out the safety aspects required in the automation system. In addition, such encryption Processors generally already have a secure memory area for storing encrypted data and / or passwords. This makes it possible for the encryption processor to take over and carry out all the tasks necessary for realizing the security aspects, such as encrypting and decrypting and / or storing and / or managing encrypted data, and thus the control processor in the automation system cannot perform such tasks is charged.
Über einen Datenbus kommuniziert der Verschlüsselungsprozessor mit dem Steuerungsprozessor und tauscht mit diesem die entsprechenden zu verschlüsselnden und zu entschlüsselnden Daten aus. Der Steuerungsprozessor selbst ist wiederum mit weiteren Prozessoren, insbesondere mit Steuerungsprozessoren von weiteren Subsystemen, verbunden. Zwischen den einzelnen Steuerungsprozessoren der einzelnen Subsysteme werden dann die eigentlichen zu kommunizierenden Nutzdaten ausgetauscht. In dem hier vorliegenden Beispiel wird die sichere Kommunika- tion, und insbesondere der Austausch von Nutzdaten, zwischen den Steuerprozessoren und damit zwischen den Subsystemen dadurch erreicht, dass jedes der an der Kommunikation beteiligten Subsysteme jeweils einen eigenen Verschlusselungsprozessor aufweist. Die einzelnen Verschlüsselungsprozessoren sind dabei über die entsprechenden Steuerungsprozessoren bzw. Kommunikationsprozessoren der einzelnen Subsysteme implizit so miteinander verbunden, dass die in einem der Verschlüsselungsprozessoren verfügbaren, das heißt erzeugten und/oder gespeicherten und/oder verwalteten verschlüsselten Daten zu- sammen mit den verschlüsselten Daten aller an der Kommunikation beteiligten Prozessoren für die sichere geschützte Kommunikation zwischen diesen Kommunikationsbaugruppen herangezogen werden. Mit Hilfe des Verschlüsselungsprozessors kann damit die Kommunikation hinsichtlich Authentizität, Integri- tat und Vertraulichkeit verifiziert werden.
Eine gesicherte Kommunikation kann dabei nicht nur zwischen Automatisierungssubsystemen erfolgen, sondern auch zwischen AutomatisierungsSubsystemen und anderen Systemen. Eine Symmetrie von Systemen ist dazu nicht erforderlich. Vielmehr genügt die Symmetrie bezüglich der im Automatisierungssystem implementierten Verschlüsselungs- und Entschlüsselungs erfahren.
The encryption processor communicates with the control processor via a data bus and exchanges with it the corresponding data to be encrypted and decrypted. The control processor itself is in turn connected to further processors, in particular to control processors from further subsystems. The actual user data to be communicated is then exchanged between the individual control processors of the individual subsystems. In the present example, secure communication, and in particular the exchange of user data, between the control processors and thus between the subsystems is achieved in that each of the subsystems involved in the communication each has its own encryption processor. The individual encryption processors are implicitly connected to one another via the corresponding control processors or communication processors of the individual subsystems in such a way that the encrypted data available in one of the encryption processors, ie generated and / or stored and / or managed, together with the encrypted data of everyone processors involved in the communication are used for secure, protected communication between these communication modules. With the help of the encryption processor, the communication can be verified with regard to authenticity, integrity and confidentiality. Secure communication can take place not only between automation subsystems, but also between automation subsystems and other systems. A symmetry of systems is not necessary for this. Rather, the symmetry with regard to the encryption and decryption implemented in the automation system suffices.