Das industrielle Internet der Dinge und Netzwerksicherheit

Einleitung

In den letzten Jahren hat die Verfügbarkeit netzwerkfähiger Geräte erheblich zugenommen. Der jederzeitige und ortsunabhängige Zugriff ermöglicht es, alle möglichen Dinge zu vernetzen – von lebenswichtigen Geräten zur Gesundheitsüberwachung und autonomen Fahrzeugen bis hin zu Thermostaten, Fitness-Trackern und sogar Wasserflaschen. Und der Ansturm neuer Geräte für das Internet der Dinge (IoT) hat gerade erst begonnen.

Sensoren entlang einer Gaspipeline. Unter die Haut implantierte Blutzuckermessgeräte. Sicherheits- und Überwachungssysteme. Ortung von Fahrzeugen, Fracht und Paketen. Die Welt intelligenter Geräte, die miteinander – und mit uns – kommunizieren, ist bereits Realität. Der Einfluss des IoT – und des vertikal ausgerichteten industriellen Internets der Dinge (Industrial Internet of Things, IIoT) in der Fertigung, im Gesundheitswesen, im Transportwesen und in vielen anderen Branchen – nimmt stetig zu. Ob sich die wirtschaftlichen Vorteile von IoT und IIoT ausschöpfen lassen, hängt jedoch davon ab, ob wir eine Netzwerkinfrastruktur konzipieren und aufbauen können, die die Datenflut, die durch die Einbindung immer weiterer Geräte in das IIoT entsteht, erfolgreich bewältigt und absichert.

Unabhängig davon, ob Sie ein Serviceprovider oder eine IT-Abteilung eines Unternehmens sind, müssen Sie wahrscheinlich bereits auf die explosionsartige Zunahme vernetzter Geräte, Anwendungen und Daten reagieren, die mit dem Wachstum des IoT und IIoT einhergeht. So wie „Bring Your Own Device“ den Arbeitsplatz und die Unternehmensmobilität verändert hat – ganz zu schweigen von den Erwartungen der Nutzer an einen schnelleren und zuverlässigeren Zugriff auf Apps –, wird das IoT nahezu jeden Aspekt unseres täglichen Lebens beeinflussen.

In einigen Branchen nutzen fortschrittliche Unternehmen das IIoT bereits, um den Kundenservice zu verbessern, Betriebsmittel im Außeneinsatz effizienter einzusetzen, Verzögerungen bei Fertigung und Versand zu reduzieren und vieles mehr. Mit IIoT-Lösungen sind Verantwortliche in Unternehmensabläufen und Fertigung zunehmend auf die von vernetzten Geräten erzeugten Daten und deren Verarbeitung durch immer intelligentere Systeme angewiesen, die täglich Millionen von Entscheidungen treffen. Dadurch ermöglicht das IIoT neue Geschäftsmodelle und eine stärkere Fokussierung auf entscheidende Faktoren wie Produktivität, Agilität, Effizienz und Sicherheit.

Mehr Geräte, mehr Bedrohungen

Das Wachstum des IIoT bringt jedoch auch ganz eigene Herausforderungen mit sich, darunter Bedrohungen für Geräte, Daten und die physische Infrastruktur, noch nicht bewährte Vorschriften und unklar definierte Standards sowie unzureichend umgesetzte Datenschutz-, Verschlüsselungs- und Authentifizierungsrichtlinien. Diese und zahlreiche weitere Probleme sind noch weitgehend ungelöst, und es gibt erste Anzeichen dafür, dass sich das IIoT flächendeckend durchsetzen könnte, bevor robuste Lösungen vollständig etabliert sind.

Diese Bedenken unterscheiden sich kaum von denen, die noch vor Kurzem im Zusammenhang mit der Cloud bestanden. In diesem Fall stehen Endgeräte im Mittelpunkt, und Dienstanbieter müssen neue Wege finden, um die betriebliche Effizienz zu steigern und die Infrastruktur besser zu verwalten – sowohl für sich selbst als auch für ihre Kunden. Die Herausforderung bei der Nutzung dieses enormen Potenzials besteht nicht nur darin, eine verteilte Infrastruktur zu verwalten, in der physische und virtuelle Komponenten zusammenwirken und riesige Datenmengen erzeugen. Unternehmen müssen diese Daten auch sinnvoll auswerten, um den Datenverkehr zu priorisieren und die Anwendungsarchitektur selbst zu optimieren.

Die Größe des IoT-Marktes und die wachsende Zahl neuer Geräte werden wahrscheinlich alles bisher Dagewesene übertreffen. Die Folgen eines Ausfalls dieser Geräte und des sie unterstützenden Ökosystems reichen von bloßen Unannehmlichkeiten bis hin zu erheblichen Beeinträchtigungen, etwa durch eine Sicherheitsverletzung, die auf die Zahlungsinformationen der Nutzer abzielt. Daher muss der zugrunde liegenden Netzwerkinfrastruktur, die diese Geräte verbindet, verwaltet, überwacht und monetarisiert sowie ihre Daten sicher überträgt, große Aufmerksamkeit gewidmet werden.

Wie Dinge miteinander verbunden sind

Per Definition bezeichnet das Internet der Dinge die Gesamtheit der Geräte und Systeme, die reale Sensoren und Aktoren über das Internet miteinander verbinden. Tatsächlich umfasst es jedoch viele verschiedene Arten von Systemen, darunter die folgenden:

  • Smartphones und Tablets, insbesondere wenn sie zur Steuerung von Geräten/Systemen aus der Ferne verwendet werden
  • Intelligente Zähler (für Versorgungsleistungen wie Wasser und Strom) und intelligente Objekte
  • Tragbare Geräte, darunter Kleidung, medizinische Implantate, Smartwatches und Fitnessgeräte
  • Vernetzte Fahrzeuge
  • Asset-Tracking und -Management
  • Hausautomationssysteme, einschließlich Thermostaten, Beleuchtung und Haussicherheit
  • Messsensoren für Wetter, Verkehr, Gezeiten, Straßensignale und mehr
  • Vernetzte Fertigungselemente, darunter Sensoren für Lkw und Montagelinien, Robotik, Messgeräte usw.

Bei diesem gesamten Spektrum an IIoT-Systemen werden Verbindungen im Allgemeinen als M2M (Machine-to-Machine) oder M2P (Machine-to-People) klassifiziert. In beiden Fällen stellen diese Systeme die Verbindung zum Internet oder zu Gateways auf dieselbe Weise her, wie herkömmliche Geräte kommunizieren, und darüber hinaus. Dazu gehören WLAN/Ethernet mit großer Reichweite unter Verwendung von IP-Protokollen (TCP/UDP, einschließlich Mobilfunk), energiesparendes Bluetooth mit kurzer Reichweite, Nahfeldkommunikation (NFC) mit kurzer Reichweite sowie andere Arten von Funknetzen mittlerer Reichweite, darunter Punkt-zu-Punkt-Funkverbindungen und serielle Leitungen.

Bei dieser Vielzahl von Optionen stellen einige Geräte die Verbindung über Standard-IP-Protokolle wie IPv4/IPv6 her, während andere speziellere, datenspezifische Protokolle benötigen, die für das IIoT entwickelt wurden. Einige Protokolle wie Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) und Advanced Message Queuing Protocol (AMQP) verwenden kein HTTP, basieren jedoch weiterhin auf TCP/IP. Andere wiederum, wie das Constrained Application Protocol (CoAP), zielen darauf ab, den Einfluss von HTTP zu minimieren, indem sie eine Teilmenge davon speziell für die M2M-Kommunikation optimieren.

MQTT ist eines der am häufigsten verwendeten Protokolle und kommt in zahlreichen modernen IIoT-Lösungen zum Einsatz. Dieses ursprünglich von IBM entwickelte Publish/Subscribe-Messaging-Protokoll wurde speziell für die schlanke M2M-Kommunikation konzipiert und ist heute ein offener Standard. In Publish/Subscribe-Systemen sind Informationsanbieter (Publisher) nicht direkt mit den einzelnen Empfängern dieser Informationen (Subscriber) verbunden. Stattdessen werden die Interaktionen zwischen Publishern und Subscribern über ein Gateway oder einen Empfänger (Broker genannt) gesteuert. Auf diese Weise kann ein Gerät eine sehr kurze Nachricht an einen MQ-Broker senden, der diese Informationen an andere Geräte weiterleitet. In diesem Modell abonnieren Clients (z. B. Aktoren) verschiedene Topics. Wird eine Nachricht zu einem solchen Topic veröffentlicht, erhalten sie eine Kopie dieser Nachricht (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1. IIoT-Lösungen nutzen häufig Publish/Subscribe-Protokolle wie MQTT, um Daten zwischen Geräten zu verteilen.

Wie Sie sehen, ermöglicht dieses Modell MQTT-Clients die Kommunikation (über einen Broker) nach dem Eins-zu-eins-, Eins-zu-viele- und Viele-zu-eins-Prinzip. Dabei können die Clients selbstverständlich von einfachen Schaltern bis hin zu Smartphone-Apps reichen. Ein Beispiel hierfür ist ein vernetzter Thermostat in einem Lagerhaus, bei dem der Standortleiter über eine mobile App mit dem Thermostat kommuniziert (Anweisungen sendet sowie aktuelle und historische Temperaturmesswerte empfängt). Die Kommunikation erfolgt dabei über MQTT im TCP/IP-Netzwerk des Standorts. (Eine ausführlichere technische Betrachtung von MQTT finden Sie unter „F5 BIG-IP – Unterstützung des MQTT-Protokolls und Anwendungsfälle in einer IoT-Umgebung“.)

Keine einzelne Architektur deckt alle potenziellen IIoT-Geräte und deren Anforderungen ab. Daher ist es für Dienstanbieter und IT-Abteilungen von Unternehmen von entscheidender Bedeutung, skalierbare Architekturen bereitzustellen, bei denen Ressourcen hinzugefügt oder entfernt werden können, um heute und in Zukunft eine Vielzahl von Szenarien zu unterstützen.

Auswirkungen und Folgen des IIoT

Die Schätzungen zur Anzahl der vernetzten Geräte und zu den von ihnen übertragenen Datenmengen variieren, doch es besteht kein Zweifel daran, dass die Zahlen enorm sein werden:

Da immer mehr Anwendungen benötigt werden, um all diese Dinge zu betreiben, gewinnen klassische Infrastrukturanforderungen wie Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit zunehmend an Bedeutung. Darüber hinaus könnten zusätzliche Herausforderungen in den Bereichen Identitäts- und Zugriffsmanagement, Verbesserung der Benutzer- oder Kundenerfahrung sowie die Notwendigkeit einer schnelleren Bereitstellung von Diensten die IT-Abteilungen überfordern. Es ist klar, dass die Welt eine robuste, skalierbare und intelligente Infrastruktur benötigt, die das in naher Zukunft zu erwartende massive Wachstum des Datenverkehrs bewältigen kann.

Sicherheit auf jeder Ebene

Wie jüngste Angriffe gezeigt haben, kann das IoT Schwachstellen im gesamten System verursachen, wodurch die Gewährleistung der Sicherheit schwieriger – und zugleich wichtiger – ist als je zuvor. Beim wohl bekanntesten Beispiel für Sicherheitslücken im IoT wurde KrebsOnSecurity 2016 Opfer eines von Mirai ausgeführten DDoS-Angriffs mit der damaligen Rekordbandbreite von 620 Gigabit pro Sekunde. Mirai war ein Botnet aus Tausenden unterschiedlichster Router, Kameras und anderer IoT-Geräte. Einige Monate später infizierte das konkurrierende (und weitaus weniger bösartige) Botnet Hajime mindestens 10.000 Geräte und übermittelte den infizierten Geräten Befehle und Updates, um sie gegen Bedrohungen wie Mirai zu schützen. Diese gut dokumentierten Angriffe richteten sich zwar gegen unzureichend geschützte Geräte wie Überwachungskameras und Unterhaltungselektronik, doch die Auswirkungen auf das IIoT sind erheblich. Ein ähnlicher Angriff könnte selbst in kleinerem Umfang äußerst schwerwiegende Folgen haben, wenn er Zugriff auf eine aktive IIoT-Umgebung erlangen würde. (Weitere Informationen zu neuen Bedrohungen für das IoT finden Sie im vollständigen Bericht zur Bedrohungsanalyse von F5 Labs.)

Es überrascht nicht, dass erhebliche Ressourcen erforderlich sind, um Angreifern in dieser Bedrohungslandschaft einen Schritt voraus zu sein und Risiken zu minimieren. Sowohl Dienstanbieter als auch IT-Organisationen in Unternehmen müssen ihre eigenen Infrastrukturen weiter absichern und Cloud-Dienste wie die DDoS-Abwehr nutzen, um die Auswirkungen von Angriffen zu mindern. Um robuste Sicherheit, intelligentes Routing und Analysen zu gewährleisten, müssen mehrere Netzwerkebenen die von den Geräten verwendeten Sprachen beherrschen. Wenn diese Protokolle innerhalb des Netzwerks verstanden werden, kann der Datenverkehr entsprechend abgesichert, priorisiert und weitergeleitet werden (siehe Abbildung 2).

Abbildung 2. Komplexen, fragmentierten Bedrohungen muss mit intelligenter Anwendungsbereitstellung für das IIoT begegnet werden.

Vorbereitung auf die Zukunft: das IIoT und Ihr Netzwerk

Letztlich hängt die hohe Verfügbarkeit von IIoT-Diensten von leistungsfähigen Funktionen für Automatisierung, Verwaltung und Orchestrierung ab. Ein gutes Netzwerkmanagement muss die Geschäftskontinuität gewährleisten, um Risiken zu mindern und potenzielle Verluste zu vermeiden. Aus Sicht der Projektplanung sind Überwachungsfunktionen, mit denen Unternehmen das Wachstum ihres Netzwerks im Blick behalten und Ressourcen schnell zuweisen können, entscheidend, um den stetig steigenden Anforderungen von IIoT-Geräten gerecht zu werden.

VERÖFFENTLICHT AM 21. JULI 2017

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