Smart Home – Smart aber auch sicher? 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Holger Funke, HJP Consulting Prof. Dr. Johannes Blömer, Universität Paderborn Agenda Vorstellungsrunde Das Forschungsprojekt KogniHome Überblick: Smart Home Funk-Protokolle und Angriff Anforderungen und Herausforderungen Lösungen: Architektur und Techniken Industrie 4.0 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 2 Agenda Vorstellungsrunde Das Forschungsprojekt KogniHome Überblick: Smart Home Funk-Protokolle und Angriff Anforderungen und Herausforderungen Lösungen: Architektur und Techniken Industrie 4.0 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 3 KogniHome: Wohnung als wichtige Lebensplattform Vielfältige Assistenz-Funktionen für das tägliche Leben Technologiewandel bewirkt tiefgreifende Veränderungen Verschmelzung mit medialen Erlebnis-, Kommunikationsund Coaching-Dimensionen Inkrementalität und Vernetzung; Integration ins Web Anpassung an fortschreitende Lebensphasen 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 4 KogniHome: Beteiligte Industriepartner in OWL 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 5 KogniHome: Beteiligte Hochschulen in OWL 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 6 KogniHome: Teilsysteme Digitale Küche Quelle: CITEC Intelligenter Eingangsbereich Personal Supportive Coach 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 7 Digitale Küche Quelle: CITEC Intelligenter Eingangsbereich Virtuelle Dialogassistenten Vernetzung ELSI-Aspekte KogniHome: Querschnittsthemen Personal Supportive Coach 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 8 KogniHome: Teilprojekt „Digitale Küche“ Digitalisierung des Bereichs Küche und Kochen Intelligenter Koch-Monitor („Rezeptspurhalteassistent“) Zubereitung von Speisen über Kameras und Sensoren Selbständige Verknüpfung mit Wissensebenen durch maschinelle Kognition (Rezept, Zutaten, Geräteeinsatz, beteiligte Personen etc.) Integration in soziale Netzwerke (Kochblog, „Facecook“) Rezepte mit eigenen Annotationen personalisieren 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 9 KogniHome: Teilprojekt „Intelligenter Eingangsbereich“ Mitdenkender Garderobenspiegel Kommunikationsankerpunkt Erkennung der Kleidung Fürsorge, z.B. für demente Personen Intelligente Tür Begrüßung Sicherheitsfunktionen Entgegennahme von Nachrichten Digital assistierte Ankleide Instrumentierte Möbel 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 10 KogniHome: Teilprojekt „Personal Coach“ An Bedürfnisse angepasster Assistent Gesundheit / Körperhaltung / Bewegungsabläufe Integration in den Tagesablauf „Subtile“ Rückmeldungen an die Bewohner Motivierende Interaktion Individualisierte Instruktionen und Feedback 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 11 KogniHome: Querschnittsthema „Vernetzung“ Wachsende Anzahl vernetzter informationstechnischer Systemkomponenten Technologiebasis für Vernetzung intelligenter Sensorik/Aktorik Erforschung von Eigenschaften und Trade-Offs innovativer Systemarchitekturkonzepte Einfache Wartung u. Inbetriebnahme Skalierbarkeit, dezentrale Steuerung Funktionsausweitung führt zu einer Erhöhung des Energiebedarfs 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 12 KogniHome: Querschnittsthema „ELS(S)I“ Ethische, rechtliche, sicherheitstechnische und soziale Fragestellungen (ELSI ELSSI) Wie reagieren Menschen auf sozio-emotionale Präsenzsysteme? Erwünschte und unerwünschte Möglichkeiten (z.B. Motivation/Verführung) Welche gewohnten Reaktionsmuster können/dürfen technische Systeme nachahmen? Autorität des Menschen, Sicherheit und Transparenz 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 13 Agenda Vorstellungsrunde Das Forschungsprojekt KogniHome Überblick Smart Home Funk-Protokolle und Angriff Anforderungen und Herausforderungen Lösungen: Architektur und Techniken Industrie 4.0 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 14 Smart Home – Paderborn und die Welt 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 15 Smart Home – Paderborn und die Welt 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 16 Kurz vor dem Durchbruch? 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 17 Anforderungen und Herausforderungen Verfügbarkeit, Komfort, Kompatibilität Schutz for unbefugter Nutzung Schutz der Privatsphäre 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 18 Viele Anbieter und kein System? 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 19 Komfortabel, aber auch sicher 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 20 Akzeptanz + Assistenzsysteme ± ± ± ± ± Rolläden, Türen Heizkörper, Thermostate Sicherheitstechnik Leuchten, Schalter Unterhaltungselektronik − Komplettlösungen 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 21 Diskussion 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 22 Agenda Vorstellungsrunde Das Forschungsprojekt KogniHome Überblick Smart Home Funk-Protokolle und Angriff Anforderungen und Herausforderungen Lösungen: Architektur und Techniken Industrie 4.0 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 23 Protokolle im Bereich Smart Home Derzeitige zahlreiche Insellösungen mit unterschiedlichen, inkompatiblen(!) Protokollen: Kabelgebunden: KNX LAN Power Line usw. Funk: KNX-RF ZigBee Z-Wave HomeMatic (BidCoS), RWE W-LAN Dect Bluetooth, FS20, EnOcean usw. 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 24 Funkprotokoll EnOcean (exemplarisch!) Kurze, bidirektionale Funksignale mit geringem Energieverbrauch Energy Harvesting: Solarzellen Piezo-Technik Elektrodynamik, Peltier-Elemente → keine Batterien, wartungsarm Frequenzband 868 MHz, lizenzfrei Eine Einschränkung der Bundesnetzagentur: in 60 Minuten darf nur insgesamt 36 Sekunden gesendet werden Internationaler Standard ISO/IEC 14543-3-10 Zahlreiche Hersteller verwenden EnOcean-Module Aktoren, Sensoren, Apps, Integration in Gateways ( z.B. openHAB) 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 25 Passiver Angriff auf Smart Home mit EnOcean Idee: Protokollieren der Telegramme um daraus Informationen über das Smart Home abzuleiten Lösung: Raspberry Pi mit autarker Energieversorgung (Waka Waka) EnOcean-Stick (USB300) oder -Platine (SoC TRX8051) Software zum Protokollieren der Telegramme: EnOceanSpy (http://hfunke.github.io/EnOceanSpy) in C implementiert Aufbereitung der Telegramme als Graph mit Software: SmartHomeSpy (demnächst auf blog.protocolbench.org) Wer kommuniziert mit wem? Wer versendet welche Informationen? Spezifikationen, Hardware: frei zugänglich 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 26 Angriff mit Raspberry Pi (Demo) 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 27 Aufgezeigtes Gefahrenpotenzial Passiver Angriff findet unbemerkt statt: Kommunikation nachvollziehen, Muster erkennen, Vorhersagen treffen Mit den aufgezeichneten Telegrammen kann ein Profil der Bewohner erstellt werden: Wer steht wann auf? Wer verlässt wann das Haus? Wer kommt wann heim? Wer benutzt welche technischen Geräte (Stromverbrauch)? Wann ist die Wohnung leer? Mögliche aktive Angriffe: Eingriff in das Netzwerk, Steuerung der Geräte -> Sabotagemöglichkeiten! 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 28 Agenda Vorstellungsrunde Das Forschungsprojekt KogniHome Überblick Smart Home Funk-Protokolle und Angriff Anforderungen und Herausforderungen Lösungen: Architektur und Techniken Industrie 4.0 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 29 Anforderungen und Herausforderungen Verfügbarkeit, Komfort, Kompatibilität Schutz for unbefugter Nutzung ⇒ Authentisierung aller Komponenten, Verschlüsselung der Kommunikation Schutz der Privatsphäre ⇒ Datensparsamkeit und Verschlüsselung bei gleichzeitiger Verfügbarkeit (Assistenzsysteme) 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 30 Agenda Vorstellungsrunde Das Forschungsprojekt KogniHome Überblick Smart Home Funk-Protokolle und Angriff Anforderungen und Herausforderungen Lösungen: Architektur und Techniken Industrie 4.0 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 31 Smart Home Aufbau Verbindung mit anderen Geräten Server Stand-alone Außenwelt Verbindungen − uni-direktional − bi-direktional 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 32 Sparsamkeit – Kommunikation und Daten Wer muss mit wem reden? Wer muss welche Daten speichern? Wer muss wem welche Daten zur Verfügung stellen? Gesicherte Kommunikationen müssen authentisiert sein ⇒ Komponenten müssen personalisiert werden ⇒ Kosten und zeitliche Verzögerung der Kommunikation Sichere Datenspeicherung benötigt Verschlüsselung und Authentisierung ⇒ Komponenten müssen personalisiert werden ⇒ Mechanismen zur Schlüsselverwaltung und Personalisierung 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 33 Einige Kriterien – weniger ist besser Welche Daten müssen erfasst und gespeichert werden? Welche Art von Daten werden erfasst? Welche Art von Daten müssen ausgewertet werden? Statusdaten von Geräte Sensordaten biometrische Daten medizinische Daten nutzergenerierte Daten Wem müssen Daten zur Verfügung gestellt werden? Wo sollen Daten gespeichert werden? Heimnetz Wohnungscloud Internet Sollen/müssen andere auf die Datenzugreifen? 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 34 Techniken zur Authentisierung Identifizierung: Bekanntgabe der eigenen Kennung (Name) Authentisierung: Überprüfung, ob jemand (etwas) derjenige (dasjenige) ist, das er vorgibt zu sein Authentifizierung durch Wissen Passwort, PIN, Gesten, persönliche Informationen etc. Besitz Ausweis, EC-Karte, Chipkarte etc. Eigenschaft Biometrie: Fingerabdruck, Gesichtserkennung, Unterschrifterkennung, Stimmerkennung, Iriserkennung (Tippverhalten, DNA etc.) 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 35 Authentisierung – Typische Verfahren Symmetrische Verfahren Einfache Passwort-Authentisierung (schwach) Einmal-Passwörter (z.B. TAN) Challenge Response (Challenge, Hash, Response) OTP-Token (zusätzliche Hardware) Asymmetrische Verfahren Challenge Response mit digitaler Signatur Challenge Response mit asymmetrischer Verschlüsselung Passwort-basierte Verfahren wie PACE Grundsätzliche Nachteile dieser Verfahren: Aufwändige Verfahren Hintergrundsysteme wie PKI notwendig 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 36 Beispiel: Online-Kontoeröffnung mit dem Personalausweis Schritt Klassische Kontoeröffnung Online Kontoeröffnung ID-Nachweis Bank Der Kunde betritt die Geschäftsräume einer Bank Bank legt Berechtigungszertifikat vor, das vom ePA geprüft wird ID-Nachweis Kunde Der Personalausweis des Kunden wird vom Bankangestellten geprüft ePA sendet ausgewählte eIDDaten des Inhabers VertragsVorbereitung Kunde und Angestellter handeln Vertragsbedingungen aus und übernehmen Daten Kunde wählt im geführten Dialog die Vertragsinhalte und AGBs und füllt im Browser zusätzliche Sachdaten aus Abschluss des Vertrags Kunde und Angestellter unterschreiben den Vertrag Mit der QES des ePA und der QES des Bankangestellten wird der Vertrag signiert 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 37 Beispiel: Online-Authentisierung mit dem Personalausweis Quelle: http://www.personalausweisportal.de 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 38 Umsetzung auf ressourcenbeschränkter Hardware Anforderungen: Geringe physikalische Größe Niedriger Preis Geringer Energieverbrauch Resultierende Einschränkungen: RAM / ROM Persistente Datenspeicherung CPU-Leistung Kommunikationsbandbreite Schutz vor Manipulation Lösungsidee: Smart Card 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 39 Personalisierung der Sicherheitselemente Aktuell: Personalisierung über das vorhandene Protokoll Probleme Unsicherer Kanal Aktualisierung der kryptographischen Verfahren Bsp. Schlüssellängen müssen angepasst werden, TR-02102 „Empfehlungen und Schlüssellängen“ Aktualisierung der Firmware? Lösungsidee: Personalisierung über Near Field Communication (NFC) Sicherheitselement wird dazu in die unmittelbare Nähe der Smart Home - Zentrale gebracht Personalisierung wird gestartet bei NFC-Kontakt und Aktivierung Kurzer Funkübertragungsweg und einfaches Handling 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 40 Vertraulichkeit ⟷ Verfügbarkeit Wie können Daten gleichzeitig vertraulich und einer zunächst unbestimmten Gruppe von Personen zugänglich sein? 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 41 Zugriffskontrolle durch einen Server 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 42 Zugriffskontrolle durch herkömmliche Verschlüsselung 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 43 Zugriffskontrolle - Wunschvorstellung 44 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 44 Feingranularer Zugriff durch Verschlüsselung Verschlüsselung erfolgt nicht mehr für spezifsche Nutzer z.B. mittels personalisierter öffentlicher Schlüssel Daten sind mit Policies versehen Verschlüsselung erfolgt entsprechend der Policy des Datums Nutzer erhalten Rechte und geheime Schlüssel entsprechend ihren Rechten Nutzer kann ein Datum entschlüsseln (darauf zugreifen), wenn seine Rechte die Policy des Datums erfüllen ⇒ Daten bestimmen selber ihre Zugriffsrechte! 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 45 Feingranulare Zugriffskontrolle Schlüsselerzeugung 46 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 46 Feingranulare Zugangskontrolle Gewährung von Berechtigungen Gerät Sensor Tür 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 47 Feingranularer Zugang Zugang wird durch Berechtigungen und darin zertifizierte Attribute geregelt Berechtigungen können auch anonym erworben werden Nachweis von Berechtigungen kann ebenfalls anonym erfolgen Zugang kann auf Kombination von Berechtigungen beruhen (Policy) 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 48 Agenda Vorstellungsrunde Das Forschungsprojekt KogniHome Überblick Smart Home Funk-Protokolle und Angriff Anforderungen und Herausforderungen Lösungen: Architektur und Techniken Industrie 4.0 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 49 Übertragung auf Industrie 4.0 Smart Home Industrie 4.0 Schutz der Privatsphäre Schutz vor Industriespionage Datenhoheit in der Wohnung Datenhoheit im Unternehmen Sichere Kommunikation zwischen den Haushaltsgeräten Sichere Kommunikation zwischen den Produktionsanlagen Kommunikation nur mit authentisierten Personen und Haushaltsgeräten Kommunikation nur mit authentisierten Mitarbeitern und Anlagen Berechtigungen nach Rollen (Schutz vor unberechtigtem Zugriff) Berechtigungen nach Rollen (Schutz vor unberechtigtem Zugriff) Verfügbarkeit der Geräte Verfügbarkeit der Maschinen Kompatibilität der Geräte / Netze Kompatibilität der Systeme Datensparsamkeit Big Data 2015-03-26 Smart Home - Smart aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke, 10. Paderborner Tag der IT-Sicherheit Slide 50 Fragen? Johannes Blömer Universität Paderborn AG Codes und Kryptographie eMail: [email protected] Holger Funke HJP Consulting, Paderborn eMail: [email protected] www.hjp-cosulting.com Blog: blog.protocolbench.org 2015-03-26 Smart Home - Smart, aber auch sicher? Johannes Blömer, Holger Funke Slide 51
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