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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum unidirektionalen Übertragen von Daten aus einer vor äußerer Beeinflussung zu schützenden Anlage nach außen. Auf Grund von Sicherheitsbestimmungen, die die Datenquelle und/oder das Netzwerk der Anlage betreffen, erfolgt diese Übertragung bislang zeitaufwendig, periodisch manuell, oft mittels externer Datenträger.
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Hierzu ist physikalischer Zugriff auf Teile der Anlage erforderlich. Damit besteht prinzipiell ein Sicherheitsrisiko, zum Beispiel durch Computerviren, unautorisierten Zugriff auf weitere Daten oder Ähnliches.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Sicherheit bei der Datenübertragung zu verbessern.
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Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur unidirektionalen Datenübertragung von Daten in einer Anlage umfassend ein erstes Netzwerk und ein zweites Netzwerk, wobei zwischen einem Sender des ersten Netzwerks und einem Empfänger des zweiten Netzwerks eine Datendiode geschaltet ist
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Gegenüber dem Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass mittels der Datendiode eine unidirektionale Übertragung der Daten, und damit von Informationen, garantiert werden kann. Auf diese Weise lässt sich dafür sorgen, dass die relevanten Daten aus einer schutzwürdigen Anlage heraus gesendet werden können, ohne dass über diesen Weg eine Manipulation oder ein Zugriff durch einen unbefugten Dritten möglich ist. Damit werden in vorteilhafter Weise die Sicherheitsbestimmungen erfüllt und gleichzeitig lassen sich die zum Beispiel zur Überwachung einer Anlage erforderlichen Informationen automatisch, das heißt ohne menschliches Handeln, übertragen.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Senderseite und die Empfängerseite nur über einen einzelnen zur Datenübertragung fähigen Kanal in Verbindung zueinander stehen, wobei über den Kanal Daten nur entlang eines Signalwegs (nämlich dem vom Sender zum Empfänger), aber nicht entlang eines Rückwegs übermittelbar sind. Es ist auch vorstellbar, dass in der Vorrichtung der Rückweg vollständig fehlt oder nicht angeschlossen bzw. belegt ist. Beispielsweise ist die Anlage auf einem militärisch genutzten Fahrzeug, insbesondere auf einem Schiff, angeordnet bzw. in dieses militärisch genutzte Fahrzeug integriert. Denkbar ist insbesondere, dass die Senderseite über die Datendiode mit einem fahrzeugseitigen ersten Netzwerk, in dem die relevanten Daten gespeichert werden, verbunden ist. Weiterhin ist es vorstellbar, dass die Vorrichtung fester Bestandteil der Anlage ist oder in einem separaten Gehäuse eingefasst, beispielsweise vergossen ist. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass bei der Datenübertragung über die Datendiode ein nicht-verbindungsorientiertes Datenprotokoll, wie z. B. ein UDP-IP-Broadcast-Telegramm oder das proprietäre NMEA 0183-Protokoll verwendet wird. Weitere Beispiele für nicht-verbindungsorientierte Datenprotokolle der sogenannten Transportschicht (der vierten OSI-Ebene) sind: UDP-Light (RFX 3828), ICMP, IPX, TIPC, NETBEUI. Vorstellbar ist auch die direkte Verwendung eines Protokolls aus der sogenannten Vermittlungsschicht (dritte OSI-Ebene), wie zum Beispiel IP. Beispielsweise ist die Anlage Teil eines Wasserfahrzeugs und die Vorrichtung ist zur Zustandsüberwachung, d. h. zum „condition monitoring“, vorgesehen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Sender eine senderseitige Stromversorgung umfasst und der Empfänger eine empfängerseitige Stromversorgung umfasst, wobei die senderseitige Stromversorgung von der empfängerseitigen Stromversorgung getrennt, insbesondere galvanisch getrennt ist. Dadurch kann in vorteilhafter Weise ausgeschlossen werden, dass über eine gemeinsame Stromversorgung Daten ausgetauscht bzw. manipuliert werden, wodurch die Sicherheit weiter erhöht wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Netzwerk die vom ersten Netzwerk kommenden Daten sammelt und zu einem dritten Netzwerk sendet. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass ein Sicherheitsstandart des ersten Netzwerks höher ist als ein Sicherheitsstandart des zweiten Netzwerks und/oder des dritten Netzwerks. Weiterhin ist es vorgesehen, dass das dritte Netzwerk außerhalb der Anlage lokalisiert ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Anlage senderseitig und/oder empfängerseitig einen Softwareübersetzer umfasst. Mittels des Softwareübersetzers wird auf Sender- und/oder Empfängerseite dafür gesorgt, dass Informationen bzw. Daten in ein für die Datendiode vorgesehenes Protokoll übersetzt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine optische Datendiode, die einen Optokoppler oder Lichtwellenleiter umfasst, aufweist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die optische Datendiode auf der Senderseite einen optischen Sender, wie z. B. eine LED, und auf der Empfängerseite einen optischen Empfänger, z. B. einen Fototransistor, aufweist. Dabei werden die Daten über Licht vom optischen Sender zum optischen Empfänger übermittelt. Auf diese Weise wird in vorteilhafter Weise, insbesondere durch galvanische Trennung, eine wirkungsvolle Realisierung einer Datenübertragung bereitgestellt, die die unidirektionale Übertragung garantiert. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine faser-optische Netzwerkkomponente umfasst.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Sender und der Empfänger über eine serielle Schnittstelle, insbesondere eine serielle Schnittstelle ohne Rückkanal, kommunizieren. Beispielsweise wird eine RS-232-Schnittstelle genutzt, bei der die Verdrahtung R × D (Receive-Pin) am Sender zum T × D (Transmit-Pin) am Empfänger fehlt. Die GND-Leitung wäre jedoch geteilt. Als Alternative wäre eine RS-422-Schnittstelle denkbar, bei der das Leiterpaar R × D± am Sender zum T × D± am Empfänger fehlt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Sender und der Empfänger eine Ethernet-Schnittstelle zur Übertragung nutzen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Sender und/oder der Empfänger einen Wandler für einen Wechsel eines Schnittstellentyps umfasst. Dadurch lässt sich die Schnittstelle der Anforderung der Anlage anpassen.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum unidirektionalen Übertragen von Daten mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei bei der Übertragung ein nicht-verbindungsorientiertes Protokoll verwendet wird. Beispielsweise wird als nicht-verbindungsorientiertes Datenprotokoll ein UDP-IP-Broadcast-Telegramm oder ein proprietäres NMEA 0183-Protokoll, verwendet. Weitere Beispiele für nicht-verbindungsorientierte Datenprotokolle der sogenannten Transport-Schicht (vierte OSI-Ebene) sind: UDP-Light (RFX 3828), ICMP, IPX, TIPC, NETBEUI. Vorstellbar ist auch die Verwendung eines Protokolls aus der Netzwerkschicht (dritte OSI-Ebene), zum Beispiel IP. Die Netzwerk-Verbindung kann hier beispielsweise über Glasfaser erfolgen, wobei nur die eine Richtung verbunden ist, um auch in dieser Konfiguration die Kommunikation physikalisch auf eine Richtung zu beschränken. Bei geringerer Sicherheitsanforderung wäre auch eine Kommunikation über nicht vollständig verdrahtetes Kupfernetzwerk nutzbar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die übertragenen Daten, insbesondere in Form von Datenpaketen, verschlüsselt, signiert und/oder überprüft werden.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die 1 zeigt eine Vorrichtung zum Übertragen von Daten gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform, wobei die Daten über RS232 aus einem Server in ein per Optokoppler unidirektional beschaltetes RS422 gewandelt werden, um empfängerseitig via RS232 nach Wandlung zum Ziel zu gelangen.
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Die 2 zeigt eine Vorrichtung zum Übertragen von Daten gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform, wobei die Daten via RS232 einen Optokoppler erreichen, der unidirektional das Ziel via RS232 erreichen kann.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 ist schematisch eine Schaltskizze für eine Vorrichtung 1 zum Übertragen von Daten gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einer Zustandsüberwachung, d. h. bei einem sogenannten Condition Monitoring, eines Wasserfahrzeugs dargestellt. Insbesondere handelt es sich bei dem Wasserfahrzeug um ein Militärschiff oder ein militärisch genutztes U-Boot, in dem die Funktionen einzelner Komponenten – z. B. der Antriebsanlage – über ein internes Netzwerk gesteuert werden. Im Rahmen des Condition Monitoring sollen Betriebszustände aus dem internen Netzwerk des Fahrzeugs nach außen übertragen werden, die Manipulation des Fahrzeugs und seiner Komponenten von außen sollen jedoch sicher ausgeschlossen sein. Um die Sicherheit des wasserfahrzeugseitigen Netzwerks nicht zu gefährden, ist es vorgesehen, dass die Vorrichtung 1 zur Übertragung von Daten bei einer Zustandsüberwachung von einem Sender 10, insbesondere von einem mit dem Netzwerk in Verbindung stehenden Sender 10, zu einem Empfänger 20 eine Datendiode, die die Übertragung nur in eine Richtung zulässt, umfasst. Insbesondere ist die für die unidirektionale Übertragung vorgesehene Datendiode derart ausgestaltet, dass Daten vom Sender 10 zum Empfänger 20 übermittelbar sind, aber eine Übertragung von Daten vom Empfänger 20 zum Sender 10 an den physikalischen Voraussetzungen für die Übertragung scheitert. Vorzugsweise wird die Vorrichtung 1 zwischen zwei bidirektionale Datenübertragungen 8 zwischengeschaltet. Insbesondere umfasst die Datendiode einen einzigen Kanal zur optischen Übertragung von Daten, wobei der Kanal zur optischen Datenübertragung Sender 10 und Empfänger 20 verbindet, während Sender 10 und Empfänger 20 galvanisch getrennt voneinander sind. Beispielsweise umfasst die optische Datendiode einen Optokoppler 40. Dabei ist es vorgesehen, dass der Optokoppler 40 einen optischen Sender 12, vorzugsweise in Form einer LED, und einen optischen Empfänger 22, vorzugsweise in Form einer Fotodiode oder eines Fototransistors, umfasst. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der optische Empfänger 22 Teil des Empfängers 20 und der optische Sender 12 Teil des Senders 10 ist, auch wenn der Optokoppler 40 den optischen Sender 12 und den optischen Empfänger 22 in einem, vorzugsweise lichtundurchlässigen, Bauteil vereint. Weiterhin ist es vorgesehen, dass der optische Sender 12 mit einem senderseitigen Datenausgang 3 einer seriellen Schnittstelle, insbesondere einer für eine elektrisch symmetrische Datenübertragung ausgelegten Schnittstelle wie einer RS-422-Schnittstelle, verbunden ist, während der optische Empfänger 22 mit einem empfängerseitigen Dateneingang 2 einer seriellen Schnittstelle, insbesondere einer für eine elektrisch symmetrische Datenübertragung ausgelegten Schnittstelle wie einer RS-422-Schnittstelle, verbunden ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass ein senderseitiger Dateneingang 2 und ein empfängerseitiger Datenausgang 3 am Optokoppler 40 unbesetzt bleiben. Dadurch ist eine Übertragung von Daten vom Empfänger 20 zum Sender 10 auf Grund der fehlenden physikalischen Voraussetzung für eine Datenübertragung blockiert. Weiterhin ist in der dargestellten Ausführungsform jeweils empfänger- und senderseitig ein Wandler zum Wechseln eines Schnittstellentyps vorgesehen. Insbesondere wird hier der Schnittstellentyp von einer RS-422-Schnittstelle auf eine RS-232-Schnittstelle gewandelt. In den senderseitigen Wandler 31 werden über einen Dateneingang 2 vorzugsweise Daten von einem senderseitigen Server 11 eingespeist, während die Verbindung zwischen einem Dateneingang 2 des senderseitigen Servers 11 und einem Datenausgang 3 des senderseitigen Wandlers 31 getrennt ist. Analog werden aus dem empfängerseitigen Wandler 32 über einen Datenausgang 3 Daten in einen empfängerseitigen Server 21 eingespeist, während die Verbindung zwischen dem Datenausgang 3 des empfängerseitigen Servers 21 und dem Dateneingang 2 des empfängerseitigen Wandlers 32 getrennt ist. Weiterhin ist für die Signalübertragung zwischen dem empfängerseitigen Wandler 32 und dem empfängerseitigen Server 21 sowie zwischen dem senderseitigen Wandler 31 und dem senderseitigen Server 11 eine Signalmasse 4 vorgesehen. Der senderseitige Server 11 wird vorzugsweise über eine Ethernet-Verbindung mit den Daten zur Zustandsüberwachung des Wasserfahrzeugs versorgt. Dabei ist der senderseitige Server 11, beispielsweise in Form eines COM-Port-Servers, mit einem Teil des Wasserfahrzeugs, insbesondere dem bei der Zustandsüberwachung untersuchten Teil des Wasserfahrzeugs, und/oder mit dem wasserfahrzeugseitigen Netzwerk über die Ethernet-Verbindung verbunden. Weiterhin ist es vorstellbar, dass der senderseitige Server 11 für das Wandeln einer Ethernet-Schnittstelle zu einer seriellen Schnittstelle ausgestaltet ist. Weiterhin ist es vorgesehen, dass der empfängerseitige Server 21 zum Abrufen der mittels der Datendiode übermittelten Daten ausgestaltet ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem empfängerseitigen Server 21 um einen COM-Port-Server, an den sich beispielsweise ein Datenträger, insbesondere ein Wechseldatenträger, anschließen lässt, um auf ihm die Daten zur Zustandsüberwachung des Wasserfahrzeugs abzuspeichern. Zur Erhöhung der Sicherheit ist weiterhin vorgesehen, dass die Vorrichtung 1 eine empfängerseitige Stromversorgung 52 für den Empfänger 20, beispielsweise für den empfängerseitigen Server 21, den empfängerseitigen Wandler 32 und/oder den empfängerseitigen optischen Empfänger 22, und eine senderseitige Stromversorgung 51 für den Sender 10, beispielsweise für den senderseitigen Server 11, den senderseitige Wandler 31 und/oder den senderseitigen optischen Empfänger 22, aufweist. Insbesondere ist die empfängerseitige Stromversorgung 52 unabhängig von der senderseitigen Stromversorgung 51. Insbesondere ist es vorgesehen, dass häufig genutzte Handshake-Verfahren, die bei den genannten Schnittstellen eingesetzt werden können, hier ausdrücklich nicht genutzt und nicht verkabelt sind.
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In 2 ist schematisch eine Schaltskizze für eine Vorrichtung 1 zum Übertragen von Daten bei einer Zustandsüberwachung, d. h. bei einem sogenannten Condition Monitoring, eines Wasserfahrzeugs gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die weitere beispielhafte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform aus 1 dadurch, dass sowohl empfängerseitig als auch senderseitig auf einen Wandler verzichtet wird und der Datenausgang 3 des senderseitigen Servers 11 in Form einer RS-232-Schnittstelle direkt mit dem Optokoppler 40 verbunden ist, während der Dateneingang 2 des empfängerseitigen Servers 21 in Form einer RS-232-Schnittstelle direkt mit dem Optokoppler 40 verbunden ist. Weiterhin ist für den Optokoppler 40 eine kopplerseitige Stromversorgung 50 vorgesehen, wobei die kopplerseitige Stromversorgung 50 unabhängig ist von der empfängerseitigen Stromversorgung 52 und der senderseitigen Stromversorgung 51.
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Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass statt eines seriellen Datentransports eine faser-optische Netzwerkkomponente verwendet wird. Dadurch lassen sich gegenüber dem seriellen Datentransport größere Bandbreiten realisieren.
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Weiterhin ist es vorstellbar, dass die Vorrichtung zur Übertragung von Daten integriert ist in ein Kraftwerk, ein Energieversorgungsnetzwerk, ein Prozessleitsystem in der Industrie, Teil einer Verkehrsinfrastruktur oder Ähnliches.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zum unidirektionalen Übertragen von Daten
- 2
- Dateneingang
- 3
- Datenausgang
- 4
- Signalmasse
- 8
- bidirektionale Datenübertragung
- 10
- Sender
- 11
- senderseitiger Server
- 12
- optischer Sender
- 13
- senderseitiger Wandler
- 20
- Empfänger
- 21
- empfängerseitiger Server
- 22
- optischer Empfänger
- 32
- empfängerseitiger Wandler
- 40
- Optokoppler
- 50
- kopplerseitige Stromversorgung
- 51
- senderseitige Stromversorgung
- 52
- empfängerseitige Stromversorgung
