EP4681077A1 - Sicheres backup-verfahren - Google Patents

Sicheres backup-verfahren

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Publication number
EP4681077A1
EP4681077A1 EP24718047.4A EP24718047A EP4681077A1 EP 4681077 A1 EP4681077 A1 EP 4681077A1 EP 24718047 A EP24718047 A EP 24718047A EP 4681077 A1 EP4681077 A1 EP 4681077A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hardware component
digital information
hardware
technical system
cryptographic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24718047.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Peter Feist
Markus Heintel
Christian Mager
Uwe Scheuermann
Guido Seeger
Ralf Wagner
Thomas Zeschg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP4681077A1 publication Critical patent/EP4681077A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
    • G06F11/14—Error detection or correction of the data by redundancy in operations
    • G06F11/1446—Point-in-time backing up or restoration of persistent data
    • G06F11/1448—Management of the data involved in backup or backup restore
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
    • G06F11/16—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware
    • G06F11/1658—Data re-synchronization of a redundant component, or initial sync of replacement, additional or spare unit
    • G06F11/1662—Data re-synchronization of a redundant component, or initial sync of replacement, additional or spare unit the resynchronized component or unit being a persistent storage device
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00—Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/50—Monitoring users, programs or devices to maintain the integrity of platforms, e.g. of processors, firmware or operating systems
    • G06F21/57—Certifying or maintaining trusted computer platforms, e.g. secure boots or power-downs, version controls, system software checks, secure updates or assessing vulnerabilities
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    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
    • G06F11/14—Error detection or correction of the data by redundancy in operations
    • G06F11/1446—Point-in-time backing up or restoration of persistent data
    • G06F11/1458—Management of the backup or restore process
    • G06F11/1469—Backup restoration techniques
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
    • G06F11/16—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware
    • G06F11/20—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware using active fault-masking, e.g. by switching out faulty elements or by switching in spare elements
    • G06F11/202—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware using active fault-masking, e.g. by switching out faulty elements or by switching in spare elements where processing functionality is redundant

Definitions

  • the invention relates to a method for exchanging a first hardware component of a technical system.
  • the invention also relates to a technical system with at least one first hardware component and at least one second hardware component.
  • the invention also relates to a control system for a technical system, in particular a manufacturing or process system.
  • TPM Trusted Platform Modules
  • RAM memory encryption technology
  • AMD SEV is known to be able to create snapshots of virtual machines running on a host or to migrate the virtual machines live between hosts.
  • the target hardware in order to maintain memory encryption, the target hardware must be known in advance in both cases (see 1.3.3 Snapshot and Migrate: https : / /www. amd. com/ system/ files/TechDocs/ 55766_SEV- KM_API_Specification.pdf)
  • US 2016/0162418 Al discloses a recovery method for encryption keys for hard disks.
  • This object is achieved by a method for exchanging a first hardware component of a technical system, wherein the first hardware component is provided with digital information are assigned, with the features of claim 1 .
  • the object is achieved by a technical system with at least one first hardware component and at least one second hardware component with the features of claim 11 .
  • the object is achieved by a control system for a technical system, in particular a production or process plant, according to claim 12 .
  • the inventive method for exchanging a first hardware component of a technical system, wherein digital information is assigned to the first hardware component comprises the following method steps: a) cryptographically binding the digital information to a second hardware component of the technical system, b) replacing the first hardware component with a new first hardware component, c) re-assigning the digital information to the first hardware component using the cryptographic binding of the digital information to the second hardware component.
  • the technical system can be a technical plant from the process industry, such as a chemical, pharmaceutical, petrochemical or a plant from the food and beverage industry. This also includes any technical plant from the production industry, plants in which, for example, cars or goods of all kinds are produced.
  • Technical plants that are suitable for carrying out the method according to the invention can also come from the field of energy generation. Wind turbines, solar systems, power plants for generating energy or other machines are also included in the term technical system. It is assumed that the technical system comprises at least two hardware components. Digital information is assigned to the first hardware component. In the broadest sense, digital information is information that is coded in a binary format and stored in a data memory.
  • the digital information can preferably be a configuration of the first hardware component or a sequential program to be processed by the first hardware component.
  • the information is assigned to the first hardware unit. This means that it relates to the first hardware unit itself or to an operation of the first hardware unit in the technical system.
  • the first hardware component is to be replaced within the scope of the method according to the invention because it is defective, for example.
  • the new first hardware component is then to be assigned the digital information that was assigned to the old first hardware unit.
  • the digital information was previously cryptographically bound to a second hardware component of the technical system. This ensures that the digital information is tamper-proof because the cryptographic bond between the digital information and the second hardware unit is not affected by the replacement of the first hardware unit.
  • This cryptographic bond can now be used to re-assign the digital information to the (new) first hardware unit.
  • the downtime of the technical system is kept to a minimum and the cryptographic bond to the second hardware unit makes it more difficult to clone the first hardware component in any way.
  • the second hardware component can have a cryptographic binding to the first hardware component (or to one or more other hardware components) in an analogous manner, which can be changed in the event of an exchange the second hardware component can prove comparably advantageous.
  • the digital information is generated by a backup process from digital information with the same content that is assigned to the first hardware component.
  • a backup process from digital information with the same content that is assigned to the first hardware component.
  • the process is therefore as follows:
  • the digital information or the backup of the digital information generated by the backup procedure can be stored in a memory of the second hardware component. However, it is also possible to store the digital information or the backup of the digital information generated by the backup procedure in another memory within the technical system or outside the technical system in a cloud-based environment.
  • the cryptographic binding of the digital information (or the backup of the digital information) to the second Hardware component by encrypting (preferably with additional integrity protection) the digital information itself or a memory in which the digital information is stored.
  • the cryptographic binding of the digital information to the second hardware component can be established with a digital signature or a MAC (Message Authentication Code).
  • the memory in which the digital information with the same content is stored is implemented on the first hardware component
  • the memory in which the digital information generated by the security method (i.e. the backup) is stored is implemented on the second hardware component, wherein the cryptographic binding of the digital information generated by the security method to the second hardware component is carried out by keys specific to the respective hardware component.
  • the communication channel used to exchange information between the first hardware component and the second hardware component is preferably also protected by a cryptographic method (not necessarily of the same type) in order to be able to counteract attempted attacks.
  • the cryptographic binding of the digital information generated by the security method to the second hardware component is carried out by keys specific to the respective hardware component, wherein the key specific to the second hardware unit is used to bind the digital information generated by the security method (i.e. to the backup) of the first hardware unit to the second hardware unit.
  • the digital information (or the backup) can be cryptographically bound to a third hardware component of the technical system, whereby the renewed Assignment of the digital information to the first hardware component after replacing the first hardware component is carried out using the cryptographic binding of the digital information to the second hardware component and to the third hardware component.
  • the digital information can be cryptographically bound to m further hardware components of the technical system, where m is a natural number greater than one, and the digital information can be reassigned to the first hardware component after the first hardware component has been replaced using the cryptographic binding of the digital information to a subset of the m further hardware components that can be defined for a technical system.
  • the digital information (or the backup) can be fully bound to the second hardware components in each case, which further increases security. For resource reasons, it is also advantageous if only a certain part of the digital information or its backups is bound to the further hardware components. A certain part of the digital information can be assigned to each further hardware component.
  • Known methods can be used to reassign the distributed information to the replaced first hardware component. In particular, not all m further hardware components have to be used. Only a part of the m additional hardware components may be sufficient to realize the reassignment of the digital information or the backup.
  • the previously formulated task is also solved by a technical system with at least a first hardware component component and at least one second hardware component, wherein digital information is assigned to the first hardware component, and wherein digital information generated by a security method and having substantially the same content as the digital information has a cryptographic link to the second hardware component of the technical system, such that when the first hardware component is replaced by a new first hardware component, the digital information is reassigned to the first hardware component using the cryptographic link of the digital information to the second hardware component.
  • the technical system preferably has a security authority, in particular a certification authority and/or a registration authority within the framework of a public-private key infrastructure.
  • control system for a technical system, in particular a manufacturing or processing system or an engine as a technical system, which control system comprises at least one operator station server as a first hardware component and at least one automation device as a second hardware component, wherein the technical system is designed as previously explained.
  • a control system is understood to be a computer-aided, technical system that includes functionalities for displaying, operating and managing the technical system.
  • the control system can also include sensors for determining measured values and various actuators.
  • the control system can include so-called process- or production-related components that are used to control the actuators or sensors.
  • the control system can include, among other things, means for visualizing the process plant and for engineering.
  • the control system can be optimized. onal also include additional computing units for more complex controls and systems for data storage and processing.
  • the control system can additionally have at least one operator station client, which can be used by the operator for operating and monitoring the technical system, wherein the operator station server is designed to generate the corresponding visualization information and to transmit it to the operator station client.
  • An "operator station server” is understood here to be a server that centrally records data from an operating and monitoring system and usually alarm and measured value archives from a (process) control system of a technical plant and makes them available to users.
  • the operator station server usually establishes a communication connection to automation systems of the technical plant and passes data from the technical plant on to so-called clients, which are used to operate and monitor the operation of the individual functional elements of the technical plant.
  • the operator station server can have client functions in order to access the data (archives, messages, tags, variables) of other operator station servers. This means that images of the operation of the technical plant on the operator station server can be combined with variables from other operator station servers (server-server communication).
  • the operator station server can be, but is not limited to, a SIMATIC PCS 7 Industrial Workstation Server from SIEMENS.
  • FIG 1 shows a first and a second hardware component according to a first aspect in a schematic representation
  • FIG 2 shows the first and second hardware components according to a second aspect in a schematic representation
  • FIG 3 shows the first hardware component and a plurality of further hardware components in a schematic representation.
  • FIG 1 schematically shows an operator station server 1 as a first hardware component and an automation device 2 as a second hardware component of a control system 3 as a technical system for a technical plant.
  • the control system 3 comprises an operator station client 4, by means of which an operator can access the control system for the purpose of operating and monitoring the technical plant.
  • the operator station server 1 and the operator station client 4 are connected to one another via a terminal bus 5 and optionally to other components of the control system 3 (not shown), such as an archive server.
  • Configuration data 6 which are relevant for operation of the operator station server 1 in the control system 3 are stored on the operator station server 1 as digital information.
  • the configuration data 6 of the operator station server 1 are duplicated by a known backup method and transmitted to a memory 7 of the automation device 2 and stored there as a digital backup 7a.
  • the backup 7a of the configuration data 6 of the operator station server 1 is cryptographically linked to the automation device 2. This is carried out by encrypting the data storage 7 using a hardware trust anchor 8 of the automation device 2 .
  • digital information 9 of the automation device 2 is duplicated using a known backup method and transmitted to a memory 10 of the operator station server 1 and stored there as a digital backup 10a.
  • the backup 10a of the digital information 9 of the automation device 2 is cryptographically linked to the operator station server 1. This is done by encrypting the data memory 10 using a hardware trust anchor 11 of the operator station server 1.
  • the transmission channel K between the operator station server 1 and the automation device 2 is cryptographically secured to prevent manipulation.
  • a TLS-based communication method can be used for this purpose.
  • the new operator station server 12 only has its factory settings and does not have the configuration data 6 relevant for its operation in the control system. Therefore, the backup 7a is transferred from the memory 7 of the automation device 2 to the new operator station server 12 and assigned to the operator station server 12. The backup 7a is decrypted using the hardware trust anchor 8 of the automation device 2.
  • the backup 10a of the automation device 2 was in the memory 10 of the old operator station server 1 in this case and must be recreated.
  • the Backups 7a, 10a for example, are stored in a cloud-based environment.
  • the signature not the complete backup image 7a of the configuration data 6 is transmitted to the automation device 2 as a second hardware component, but only a hash value thereof.
  • the calculated signature is transferred to the memory in which the backup image 7a is stored (which does not necessarily have to be the memory 7 of the automation device 2).
  • FIG 3 shows the division of the configuration data 6 into three subpackages 6a, 6b, 6c.
  • the first subpackage 6a is stored as a backup 16a in a memory 16 of a third hardware component 13.
  • the second subpackage 6b is stored as a backup 17a in a memory 17 of a fourth hardware component 14 and the third subpackage 6c is stored as a backup 18a in a memory 18 of a fifth hardware component 15.
  • This can be achieved, as is known from RAID systems (e.g. RAID 5), with a defined pattern and additional checksums. This has the advantage that, depending on the configuration, a certain number of the additional hardware components present
  • the configuration data 6 can be divided up either by the operator station server 1 itself and distributed to the other hardware components 13, 14, 15, or by a central backup component (not shown).
  • the final backup image can be stored in the form of the individual parts 16a, 16b, 16c on the respective hardware components 13,
  • the combined image can in turn be stored locally outside the machine, in a backend system or in the cloud.

Landscapes

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein technisches System mit wenigstens einer ersten Hardwarekomponente (1, 12) und wenigstens einer zweiten Hardwarekomponente (2), wobei der ersten Hardwarekomponente (1) digitale Informationen (6, 9, 7a, 10a) zugeordnet sind, und wobei durch ein Sicherungsverfahren erzeugte und mit den digitalen Informationen (6, 9, 7a, 10a) im Wesentlichen inhaltsgleiche digitale Informationen (6, 9, 7a, 10a) eine kryptographische Bindung an die zweite Hardwarekomponente (2) des technischen Systems aufweisen, derart, dass bei einem Ersetzen der ersten Hardwarekomponente (1) durch eine neue erste Hardwarekomponente (12) eine erneute Zuordnung der digitalen Informationen (6, 9, 7a, 10a) zu der neuen ersten Hardwarekomponente (12) unter Verwendung der kryptographischen Bindung der digitalen Informationen (6, 9, 7a, 10a) an die zweite Hardwarekomponente (2) erfolgt.

Description

Beschreibung
Sicheres Backup-Verfahren
Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zum Austausch einer ersten Hardwarekomponente eines technischen Systems . Außerdem betri f ft die Erfindung ein technisches System mit wenigstens einer ersten Hardwarekomponente und wenigstens einer zweiten Hardwarekomponente . Zudem betri f ft die Erfindung ein Leitsystem für eine technische Anlage , insbesondere Fertigungs- oder Prozessanlage .
Da Aus fall zeiten von industriellen Maschinen ( z . B . Werkzeugmaschinen, Automatisierungssysteme ) generell sehr teuer sind und dadurch so kurz wie möglich gehalten werden müssen, sollte der Austausch einer defekten Komponente einer Maschinensteuerung so schnell und unkompli ziert wie möglich gestaltet werden . Dazu muss insbesondere sichergestellt werden, dass Software und Konfiguration auf dem gleichen Stand sind wie vor dem Austausch der Komponente . Um das zu erreichen, werden Backup-Abbilder der einzelnen Software-Komponenten ( Programmbinärdateien, Konfigurationsdaten, etc . ) erstellt und im Ersatzteil-Fall wieder eingespielt .
Eine solche Wiederherstellung wird aber dann erschwert , wenn die auf den Komponenten laufende Software oder die von den Komponenten gespeicherten Daten kryptographisch an die spezifische Hardware gebunden sind . Die erstellten Backup-Abbilder können dann nur auf den j eweiligen Komponenten wiederhergestellt werden, auf denen sie ursprünglich erzeugt wurden . Als Konsequenz wird aktuell auf erhöhte Sicherheit von Backup- Abbildern verzichtet , d . h . die Bindung im Backup aufgehoben, was z . B . ein beliebiges Klonen von Komponenten ermöglicht .
Bekannt sind RAID-Systeme , welche vorwiegend zum redundanten Speichern von Daten verwendet werden, um j e nach konkreter Konfiguration eine unterschiedlich hohe Ausfallsicherung zu gewährleisten (https://de.wikipedia.org/wiki/RAID) .
Von Trusted Platform Modules (TPM) ist bekannt, dass Schlüssel prinzipiell von einer Hierarchie in eine andere kopiert werden können. Dabei kann die zweite Hierarchie entweder auf demselben TPM oder einen anderen TPM sein. Der Vorgang wird beim TPM 2.0 als „duplication" bezeichnet, beim TPM 1.2 wurde er noch „migration" genannt. Die Verwendungszwecke stellen hauptsächlich die Erstellung von Backups und die Bereitstellung eines Schlüssels auf mehreren Geräten dar.
Von der Speicherverschlüsselungstechnologie (RAM) AMD SEV ist bekannt, dass von auf einem Host laufenden virtuellen Maschinen Schnappschüsse (Snap Shots) erzeugt oder die virtuellen Maschinen live zwischen Hosts migriert werden können. Zur Aufrechterhaltung der Speicherverschlüsselung muss jedoch die Zielhardware in beiden Fällen vorab bekannt sein (vgl. 1.3.3 Snapshot and Migrate: https : / /www. amd. com/ system/ f iles/TechDocs/ 55766_SEV- KM_API_Specification.pdf)
In der US 2016/0162418 Al ist ein Wiederherstellungsverfahren für Verschlüsselungsschlüssel für Festplatten offenbart.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Backup- Abbilder von Komponenten eines technischen Systems wie einer industriellen Maschine so erstellen zu können, dass sie kryptographisch an das technische System gebunden sind und im Ersatzteil-Fall nur dort wiederhergestellt werden können, trotzdem aber die Komponenten des technischen Systems, beispielsweise die der Maschinensteuerung, getauscht werden können .
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Austausch einer ersten Hardwarekomponente eines technischen Systems, wobei der ersten Hardwarekomponente digitale Informationen zugeordnet sind, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Zudem wird die Aufgabe gelöst durch ein technisches System mit wenigstens einer ersten Hardwarekomponente und wenigstens einer zweiten Hardwarekomponente mit den Merkmalen des Anspruchs 11 . Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Leitsystem für ein technisches System, insbesondere Fertigungs- oder Prozessanlage , gemäß Anspruch 12 . Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen .
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Austausch einer ersten Hardwarekomponente eines technischen Systems , wobei der ersten Hardwarekomponente digitale Informationen zugeordnet sind, umfasst die folgenden Verfahrensschritte : a) Kryptographisches Binden der digitalen Informationen an eine zweite Hardwarekomponente des technischen Systems , b) Ersetzen der ersten Hardwarekomponente durch eine neue erste Hardwarekomponente , c) Erneute Zuordnung der digitalen Informationen zu der ersten Hardwarekomponente unter Verwendung der kryptographischen Bindung der digitalen Informationen an die zweite Hardwarekomponente .
Bei dem technischen System kann es sich um eine technische Anlage aus der Prozessindustrie wie beispielsweise eine chemische , pharmazeutische , petrochemische oder eine Anlage aus der Nahrungs- und Genussmittelindustrie handeln . Hiermit umfasst sind auch j egliche technischen Anlagen aus der Produktionsindustrie , Werke , in denen z . B . Autos oder Güter aller Art produziert werden . Technische Anlagen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind, können auch aus dem Bereich der Energieerzeugung kommen . Windräder, Solaranlagen, Kraftwerke zur Energieerzeugung oder sonstige Maschinen sind ebenso von dem Begri f f des technischen Systems umfasst . Es wird vorausgesetzt , dass das technische System wenigstens zwei Hardwarekomponenten umfasst . Der ersten Hardwarekomponente sind digitale Informationen zugeordnet . Digitale Informationen sind dabei in der breitesten Auslegung Informationen, die in einem binären Format codiert sind und in einem Datenspeicher hinterlegt sind . Es kann sich bei den digitalen Informationen bevorzugt um eine Konfiguration der ersten Hardwarekomponente oder ein von der ersten Hardwarekomponente zu bearbeitendes Ablaufprogramm handeln . Die Informationen sind der ersten Hardwareeinheit zugeordnet . Dies bedeutet , dass sie die erste Hardwareeinheit selbst oder einen Betrieb der ersten Hardwareeinheit in dem technischen System betreffen .
Die erste Hardwarekomponente soll im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ersetzt werden, da sie beispielsweise defekt ist . Der neuen ersten Hardwarekomponente sollen daraufhin die digitalen Informationen zugeordnet werden, die der alten ersten Hardwareeinheit zugeordnet waren . Hierzu wurden die digitalen Informationen zuvor an eine zweite Hardwarekomponente des technischen Systems kryptographisch gebunden . Damit wird sichergestellt , dass die digitalen Informationen manipulationssicher sind, da die kryptographische Bindung zwischen den digitalen Informationen und der zweiten Hardwareeinheit von dem Austausch der ersten Hardwareeinheit nicht betrof fen ist . Diese kryptographische Bindung kann nun bei der erneuten Zuordnung der digitalen Informationen an die (neue ) erste Hardwareeinheit verwendet werden . Die Aus fall zeit des technischen Systems wird dabei geringgehalten und die kryptographische Bindung an die zweite Hardwareeinheit erschwert ein beliebiges Klonen der ersten Hardwarekomponente .
Es ist selbstverständlich, dass die zweite Hardwarekomponente in analoger Weise eine kryptographische Bindung an die erste Hardwarekomponente ( oder an eine oder mehrere weitere Hardwarekomponenten) aufweisen kann, die sich bei einem Austausch der zweiten Hardwarekomponente vergleichbar vorteilhaft erweisen kann .
Die digitalen Informationen werden durch ein Sicherungsverfahren aus inhaltsgleichen, der ersten Hardwarekomponente zugeordneten digitalen Informationen erzeugt . Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem Backup der inhaltsgleichen digitalen Informationen, die der ersten Hardwarekomponente zugeordnet sind . Das Verfahren lautet demnach dabei wie folgt :
Erzeugen einer Sicherung bzw . eines Backups von digitalen Informationen, die der ersten Hardwarekomponente zugeordnet sind Kryptographisches Binden der zuvor durch das Sicherungsverfahren erzeugten digitalen Informationen (Backup ) an eine zweite Hardwarekomponente des technischen Systems , Ersetzen der ersten Hardwarekomponente durch eine neue erste Hardwarekomponente ,
Erneute Zuordnung der zuvor durch das Sicherungsverfahren erzeugten digitalen Informationen (Backup ) zu der ersten Hardwarekomponente unter Verwendung der kryptographischen Bindung der digitalen Informationen (Backup ) an die zweite Hardwarekomponente .
Die digitalen Informationen bzw . das durch das Sicherungsverfahren erzeugte Backup der digitalen Informationen kann in einem Speicher der zweiten Hardwarekomponente hinterlegt sein . Es ist aber auch möglich, die digitalen Informationen bzw . das durch das Sicherungsverfahren erzeugte Backup der digitalen Informationen in einem anderen Speicher innerhalb des technischen Systems oder außerhalb des technischen Systems in einer cloudbasierten Umgebung zu hinterlegen .
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt das kryptographische Binden der digitalen Informationen (bzw . des Backups der digitalen Informationen) an die zweite Hardwarekomponente durch eine Verschlüsselung (bevorzugt mit zusätzlichem Integritätsschutz ) der digitalen Informationen selbst oder eines Speichers , in dem die digitalen Informationen hinterlegt sind . Alternativ kann die kryptographische Bindung der digitalen Informationen an die zweite Hardwarekomponente mit einer digitalen Signatur oder einem MAC (Message Authentication Code ) hergestellt werden .
Bevorzugt ist der Speicher, in dem die inhaltsgleichen digitalen Informationen hinterlegt sind, auf der ersten Hardwarekomponente , und der Speicher, auf dem die durch das Sicherungsverfahren erzeugten digitalen Informationen ( also das Backup ) hinterlegt sind, auf der zweiten Hardwarekomponente realisiert sind, wobei das kryptographische Binden der durch das Sicherungsverfahren erzeugten digitalen Informationen an die zweite Hardwarekomponente durch für die j eweilige Hardwarekomponente spezi fische Schlüssel erfolgt .
Der Kommunikationskanal , der zum Austausch von Informationen zwischen der ersten Hardwarekomponente und der zweiten Hardwarekomponente verwendet wird, ist bevorzugt ebenfalls durch ein (nicht notwendigerweise typgleiches ) kryptographisches Verfahren geschützt , um Angri f fsversuchen begegnen zu können .
Vorteilhafterweise erfolgt das kryptographische Binden der durch das Sicherungsverfahren erzeugten digitalen Informationen an die zweite Hardwarekomponente durch für die j eweilige Hardwarekomponente spezi fische Schlüssel , wobei der für die zweite Hardwareeinheit spezi fische Schlüssel zum Binden der durch das Sicherungsverfahren erzeugten digitalen Informationen ( also an das Backup ) der ersten Hardwareeinheit an die zweite Hardwareeinheit verwendet wird .
Zusätzlich kann ein kryptographisches Binden der digitalen Informationen (bzw . des Backups ) an eine dritte Hardwarekomponente des technischen Systems erfolgen, wobei die erneute Zuordnung der digitalen Informationen zu der ersten Hardwarekomponente nach dem Ersetzen der ersten Hardwarekomponente unter Verwendung der kryptographischen Bindung der digitalen Informationen an die zweite Hardwarekomponente und an die dritte Hardwarekomponente erfolgt . Durch die Bindung an zwei zusätzliche Hardwarekomponenten kann die Sicherheit weiter erhöht werden, ohne den Aufwand hierfür signi fikant erhöhen zu müssen .
Es kann allgemein gesprochen ein kryptographisches Binden der digitalen Informationen an m weitere Hardwarekomponenten des technischen Systems erfolgen, wobei m eine natürliche Zahl größer als Eins darstellt , und wobei die erneute Zuordnung der digitalen Informationen zu der ersten Hardwarekomponente nach dem Ersetzen der ersten Hardwarekomponente unter Verwendung der kryptographischen Bindung der digitalen Informationen an eine , für ein technisches System definierbare , Teilmenge der m weiteren Hardwarekomponenten erfolgt . Die digitalen Informationen (bzw . das Backup ) können dabei j eweils vollständig an die zweiten Hardwarekomponenten gebunden werden, was die Sicherheit weiter erhöht . Es ist aus Ressourcengründen ebenfalls vorteilhaft , wenn j eweils nur ein bestimmter Teil der digitalen Informationen bzw . deren Backups an die weiteren Hardwarekomponente gebunden wird . Jeder weiteren Hardwarekomponente kann dabei ein bestimmter Teil der digitalen Informationen zugewiesen werden . Für die erneute Zuordnung der verteilten Informationen zu der ersetzten ersten Hardwarekomponente können dabei an sich bekannte Verfahren zum Einsatz kommen . Insbesondere müssen dabei nicht alle m weiteren Hardwarekomponenten verwendet werden . Es kann auch nur ein Teil der m weiteren Hardwarekomponenten ausreichen, um die erneute Zuordnung der digitalen Informationen bzw . des Backups zu realisieren .
Die zuvor formulierte Aufgabe wird zudem gelöst durch ein technisches System mit wenigstens einer ersten Hardwarekompo- nente und wenigstens einer zweiten Hardwarekomponente , wobei der ersten Hardwarekomponente digitale Informationen zugeordnet sind, und wobei durch ein Sicherungsverfahren erzeugte und mit den digitalen Informationen im Wesentlichen inhaltsgleiche digitale Informationen eine kryptographische Bindung an die zweite Hardwarekomponente des technischen Systems aufweisen, derart , dass bei einem Ersetzen der ersten Hardwarekomponente durch eine neue erste Hardwarekomponente eine erneute Zuordnung der digitalen Informationen zu der ersten Hardwarekomponente unter Verwendung der kryptographischen Bindung der digitalen Informationen an die zweite Hardwarekomponente erfolgt .
Das technische System weist bevorzugt eine Sicherheitsinstanz auf , insbesondere eine Zerti fi zierungsstelle und/oder eine Registrierungsstelle im Rahmen einer Public-Private-Key Infrastruktur .
Die Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Leitsystem für eine technische Anlage , insbesondere Fertigungs- oder Prozessanlage oder ein Motor als technische Anlage , welches Leitsystem wenigstens einen Operator Station Server als erste Hardwarekomponente und wenigstens ein Automatisierungsgerät als zweite Hardwarekomponente umfasst , wobei das technische System wie zuvor erläutert ausgebildet ist .
Unter einem Leitsystem wird im vorliegenden Kontext ein computergestütztes , technisches System verstanden, das Funktionalitäten zum Darstellen, Bedienen und Leiten der technischen Anlage umfasst . Das Leitsystem kann auch Sensoren zur Ermittlung von Messwerten sowie verschiedene Aktoren umfassen . Zudem kann das Leitsystem sogenannte prozess- oder fertigungsnahe Komponenten umfassen, die zur Ansteuerung der Aktoren bzw . Sensoren dienen . Darüber hinaus kann das Leitsystem u . a . Mittel zur Visualisierung der verfahrenstechnischen Anlage und zu einem Engineering aufweisen . Das Leitsystem kann opti- onal auch weitere Recheneinheiten für komplexere Regelungen und Systeme zur Datenspeicherung und -Verarbeitung umfassen .
Das Leitsystem kann zusätzlich wenigstens einen Operator Station Client aufweisen, welcher von dem Operator für die Bedienung und Beobachtung des technischen Systems verwendbar ist , wobei der Operator Station Server dazu ausgebildet ist , die entsprechenden Visualisierungsinformationen zu erzeugen und an den Operator Station Client zu übertragen .
Unter einem „Operator Station Server" wird vorliegend ein Server verstanden, der zentral Daten eines Bedien- und Beobachtungssystems sowie in der Regel Alarm- und Messwertarchive eines ( Prozess- ) Leitsystems einer technischen Anlage erfasst und Benutzern zur Verfügung stellt . Der Operator Station Server stellt in der Regel eine Kommunikationsverbindung zu Automatisierungssystemen der technischen Anlage her und gibt Daten der technischen Anlage an sogenannte Clients weiter, die zur Bedienung und Beobachtung eines Betriebs der einzelnen Funktionselemente der technischen Anlage dienen . Der Operator Station Server kann über Client-Funktionen verfügen, um auf die Daten (Archive , Meldungen, Tags , Variablen) anderer Operator Station Server zuzugrei fen . Dadurch sind Bilder eines Betriebs der technischen Anlage auf dem Operator Station Server mit Variablen anderer Operator Station Server ( Server-Server-Kommunikation) kombinierbar . Bei dem Operator Station Server kann es sich, ohne sich darauf zu beschränken, um einen S IMATIC PCS 7 Industrial Workstation Server der Firma S IEMENS handeln .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Aus führungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden . Es zeigen : FIG 1 eine erste und eine zweite Hardwarekomponente gemäß einem ersten Aspekt in einer schematischen Darstellung;
FIG 2 die erste und die zweite Hardwarekomponente gemäß einem zweiten Aspekt in einer schematischen Darstellung; und
FIG 3 die erste Hardwarekomponente und eine Mehrzahl weiterer Hardwarekomponenten in einer schematischen Darstellung .
In FIG 1 sind ein Operator Station Server 1 als eine erste Hardwarekomponente und ein Automatisierungsgerät 2 als eine zweite Hardwarekomponente eines Leitsystems 3 als ein technisches System für eine technische Anlage schematisch dargestellt . Das Leitsystem 3 umfasst neben dem Operator Station Server 1 und dem Automatisierungsgerät 2 einen Operator Station Client 4 , mittels dessen ein Operator zum Zwecke des Bedienens und Beobachtens der technischen Anlage auf das Leitsystem zugrei fen kann . Der Operator Station Server 1 und der Operator Station Client 4 sind über einen Terminalbus 5 miteinander und optional mit nicht dargestellten weiteren Komponenten des Leitsystems 3 wie einem Archivserver verbunden .
Auf dem Operator Station Server 1 ist sind Konfigurationsdaten 6 als digitale Informationen hinterlegt , die für einen Betrieb des Operator Station Servers 1 in dem Leitsystem 3 relevant sind . In einem ersten Schritt I werden die Konfigurationsdaten 6 des Operator Station Servers 1 durch ein an sich bekanntes Sicherungsverfahren dupli ziert und an einen Speicher 7 des Automatisierungsgeräts 2 übermittelt und dort als ein digitales Backup 7a hinterlegt . Das Backup 7a der Konfigurationsdaten 6 des Operator Station Servers 1 wird kryptographisch an das Automatisierungsgerät 2 gebunden . Dies erfolgt durch eine Verschlüsselung des Datenspeichers 7 unter Nutzung eines Hardware Trust Anchors 8 des Automatisierungsgerätes 2 .
Analog dazu werden in einem zweiten Schritt I I digitale Informationen 9 des Automatisierungsgerätes 2 durch ein an sich bekanntes Sicherungsverfahren dupli ziert und an einen Speicher 10 des Operator Station Servers 1 übermittelt und dort als ein digitales Backup 10a hinterlegt . Das Backup 10a der digitalen Informationen 9 des Automatisierungsgerätes 2 wird kryptographisch an den Operator Station Server 1 gebunden . Dies erfolgt durch eine Verschlüsselung des Datenspeichers 10 unter Nutzung eines Hardware Trust Anchors 11 des Operator Station Servers 1 .
Der Übertragungskanal K zwischen dem Operator Station Server 1 und dem Automatisierungsgerät 2 ist kryptographisch abgesichert , um Manipulationen vorzubeugen . Hierfür kann beispielsweise ein TLS-basiertes Kommunikationsverfahren zum Einsatz kommen .
Bedingt durch einen Aus fall des Operator Station Servers 1 wird dieser im Anschluss ausgetauscht . Die im Folgenden erläuterten Verfahrensschritte sind in FIG 2 schematisch dargestellt . Der neue Operator Station Server 12 weist lediglich seine Werkseinstellungen auf und verfügt nicht über die für seinen Betrieb in dem Leitsystem relevanten Konfigurationsdaten 6 . Daher wird das Backup 7a aus dem Speicher 7 des Automatisierungsgerätes 2 an den neuen Operator Station Server 12 übertragen und dem Operator Station Server 12 zugeordnet . Unter Verwendung des Hardware Trust Anchors 8 des Automatisierungsgerätes 2 wird das Backup 7a dabei entschlüsselt . Das Backup 10a des Automatisierungsgerätes 2 war in diesem Fall in dem Speicher 10 des alten Operator Station Servers 1 und muss neu erzeugt werden . Es ist aber auch möglich, dass die Backups 7a, 10a beispielsweise in einer cloudbasierten Umgebung hinterlegt sind .
In einer Variante wird zum Berechnen der Signatur nicht das komplette Backup-Abbild 7a der Konfigurationsdaten 6 an das Automatisierungsgerät 2 als zweite Hardwarekomponente übertragen, sondern nur ein Hashwert davon . Die berechnete Signatur wird an den Speicher übergeben, in dem das Backup-Abbild 7a hinterlegt ist (was nicht notwendigerweise der Speicher 7 des Automatisierungsgerätes 2 sein muss ) .
FIG 3 zeigt die Aufteilung der Konfigurationsdaten 6 in drei Teilpakete 6a, 6b, 6c . Das erste Teilpaket 6a wird als Backup 16a in einem Speicher 16 einer dritten Hardwarekomponente 13 hinterlegt . Das zweite Teilpaket 6b wird als Backup 17a in einem Speicher 17 einer vierten Hardwarekomponente 14 und das dritte Teilpaket 6c wird als Backup 18a in einem Speicher 18 einer fünften Hardwarekomponente 15 hinterlegt . Dies kann, wie von RAID-Systemen bekannt ist ( z . B . RAID 5 ) , mit einem definierten Muster und zusätzlichen Prüfsummen erreicht werden . Das hat den Vorteil , dass j e nach Konfiguration eine bestimmte Anzahl der vorhandenen weiteren Hardwarekomponenten
13 , 14 , 15 benötigt wird, um die Konfigurationsdatei 6 aus den Backupteilen 16a, 16b, 16c für einen ausgetauschten Operator Station Server 1 wiederherzustellen .
Die Zerteilung der Konfigurationsdaten 6 kann entweder von dem Operator Station Server 1 selbst vorgenommen und diese auf die anderen Hardwarekomponenten 13 , 14 , 15 verteilt werden, oder von einer zentralen Backup-Komponente (nicht dargestellt ) . Das finale Backup-Abbild kann in Form der Einzelteile 16a, 16b, 16c auf den j eweiligen Hardwarekomponenten 13 ,
14 , 15 gespeichert werden (wie in FIG 3 dargestellt ) . Es ist aber auch möglich, ein Mani fest zu erstellen, welches die Verteilung auf die Einzelkomponenten beschreibt . Das zusam- mengefügte Abbild kann wiederum lokal außerhalb der Maschine , in einem Backend-System oder in der Cloud gespeichert werden .
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Aus füh- rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung, welcher durch die Ansprüche in Verbindung mit der Beschreibung definiert wird, zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Austausch einer ersten Hardwarekomponente (1, 12) eines technischen Systems, wobei der ersten Hardwarekomponente (1) digitale Informationen (6, 7a) zugeordnet sind, das Verfahren umfassend: a) Erzeugen von inhaltsgleichen digitalen Informationen aus den der ersten Hardwarekomponente (1) zugeordneten digitalen Informationen (6, 7a) durch ein Sicherungsverfahren; b) Kryptographisches Binden der im Schritt a) erzeugten digitalen Informationen (6, 7a) an eine zweite Hardwarekomponente (2) des technischen Systems, c) Ersetzen der ersten Hardwarekomponente (1) durch eine neue erste Hardwarekomponente (12) , d) Zuordnung der im Schritt a) erzeugten digitalen Informationen (6, 7a) zu der neuen ersten Hardwarekomponente (12) unter Verwendung der kryptographischen Bindung der im Schritt a) erzeugten digitalen Informationen (6, 7a) an die zweite Hardwarekomponente (2) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die digitalen Informationen (6, 7a) eine Konfiguration der ersten Hardwarekomponente (1, 12) oder ein von der ersten Hardwarekomponente (1, 12) zu bearbeitendes Ablaufprogramm umfassen.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die digitalen Informationen (6, 7a) in einem Speicher (7) der zweiten Hardwarekomponente (2) hinterlegt sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem die digitalen Informationen (6, 7a) außerhalb der zweiten Hardwarekomponente (2) in dem technischen System, höchst vorzugsweise in einer cloudbasierten Umgebung außerhalb des technischen Systems hinterlegt sind.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das kryptographische Binden der digitalen Informationen (6, 7a) an die zweite Hardwarekomponente (2) durch eine Verschlüsselung eines Speichers (7) , in dem die digitalen Informationen (6, 7a) hinterlegt sind, erfolgt.
6. Verfahren nach 5, bei dem der Speicher (10) , in dem die inhaltsgleichen digitalen Informationen (6, 7a) hinterlegt sind, auf der ersten Hardwarekomponente (1, 12) , und der Speicher (7) , auf dem die durch das Sicherungsverfahren erzeugten digitalen Informationen (6, 7a) hinterlegt sind, auf der zweiten Hardwarekomponente (2) realisiert sind, wobei das kryptographische Binden der durch das Sicherungsverfahren erzeugten digitalen Informationen (6, 7a) an die zweite Hardwarekomponente (2) durch für die jeweilige Hardwarekomponente (1, 12) spezifische Schlüssel (8, 11) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem ein Kommunikationskanal (K) zwischen der ersten Hardwarekomponente (1, 12) und der zweiten Hardwarekomponente (2) durch ein kryptographisches Verfahren geschützt ist.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das kryptographische Binden der durch das Sicherungsverfahren erzeugten digitalen Informationen (6, 7a) an die zweite Hardwarekomponente (2) durch für die jeweilige Hardwarekomponente (1, 12) spezifische Schlüssel (8, 11) erfolgt, wobei der für die zweite Hardwarekomponente (2) spezifische Schlüssel (8) an die durch das Sicherungsverfahren erzeugten digitalen Informationen (6, 7a) gebunden wird.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem zusätzlich ein kryptographisches Binden der digitalen Informationen (6, 7a) an eine dritte Hardwarekomponente (13) des technischen Systems erfolgt, und wobei die erneute Zuord- nung der digitalen Informationen (6, 7a) zu der ersten Hardwarekomponente (1, 12) nach dem Ersetzen der ersten Hardwarekomponente (1, 12) unter Verwendung der kryptographischen Bindung der digitalen Informationen (6, 7a) an die zweite Hardwarekomponente (2) und an die dritte Hardwarekomponente (13) erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem zusätzlich ein kryptographisches Binden der digitalen Informationen an m weitere Hardwarekomponenten (13, 14, 15) des technischen Systems erfolgt, wobei m eine natürliche Zahl größer als Eins darstellt, und wobei die erneute Zuordnung der digitalen Informationen (6, 7a) zu der ersten Hardwarekomponente (1, 12) nach dem Ersetzen der ersten Hardwarekomponente (1, 12) unter Verwendung der kryptographischen Bindung der digitalen Informationen (6, 7a) an einen Teil der m weiteren Hardwarekomponenten (13, 14 ,15) erfolgt.
11. Technisches System mit wenigstens einer ersten Hardwarekomponente (1, 12) und wenigstens einer zweiten Hardwarekomponente (2) , wobei der ersten Hardwarekomponente (1) digitale Informationen (6, 7a) zugeordnet sind, und wobei durch ein Sicherungsverfahren erzeugte und mit den digitalen Informationen (6, 7a) im Wesentlichen inhaltsgleiche digitale Informationen (6, 9, 7a, 10a) eine kryptographische Bindung an die zweite Hardwarekomponente (2) des technischen Systems aufweisen, derart, dass bei einem Ersetzen der ersten Hardwarekomponente (1) durch eine neue erste Hardwarekomponente (12) eine erneute Zuordnung der digitalen Informationen (6, 7a) zu der neuen ersten Hardwarekomponente (12) unter Verwendung der kryptographischen Bindung der digitalen Informationen (6, 7a) an die zweite Hardwarekomponente (2) erfolgt.
12. Leitsystem (3) für eine technische Anlage, insbesondere Fertigungs- oder Prozessanlage, welches Leitsystem (3) we- nigstens einen Operator Station Server als erste Hardwarekomponente (1, 12) und wenigstens ein Automatisierungsgerät als zweite Hardwarekomponente (2) umfasst, wobei das Leitsystem als technisches System gemäß Anspruch 11 ausgebildet ist.
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