Safety & Security Vorlesung SoSe 2024

Inhaltsverzeichnis

• Die Vorlesungsskript treatiert die Themen Sicherheit und Sicherheitstechnik
• Es wird in vier Hauptteile ondergliedert: Funktionale Sicherheit, Kryptographie, Cyber-Security und Datenschutz

Funktionale Sicherheit

• Die Maschinenrichtlinie und die Produkthaftung sind wichtige Aspekte der funktionalen Sicherheit
• Die IEC 61508- Norm regelt die funktionale Sicherheit von elektrischen, elektronischen und programmierbaren elektronischen Sicherheitseinrichtungen
• Der Sicherheitslebenszyklus nach IEC 61508 umfasst die Phasen: Planung, Entwicklung, Produktion, Installation, Betrieb und Instandhaltung
• Fehler und Risikoanalyse sind wichtig für die Beurteilung der Sicherheit eines Systems

Kryptographie

• Die Kryptographie ist ein wichtiges Werkzeug für die Sicherheit in der Informationsverarbeitung
• Die symmetrische Kryptographie verwendet denselben Schlüssel für die Verschlüsselung und Entschlüsselung
• Die asymmetrische Kryptographie verwendet ein Paar von Schlüsseln: einen öffentlichen und einen privaten
• Hashfunktionen und digitale Signaturen werden für die Authentifizierung und Integrität von Daten verwendet

Cyber-Security

• Die Identitätsmanagement und Authentifizierung sind wichtige Aspekte der Cyber-Security
• Firewall-Systeme schützen Netzwerke vor unerwünschten Zugriffen
• Virtual Private Networks (VPN) ermöglichen eine sichere Kommunikation über das Internet
• Schwachstellen und Sicherheitslücken müssen behoben werden, um die Sicherheit des Systems zu gewährleisten

Datenschutz

• Der Datenschutz ist ein wichtiger Aspekt der Sicherheit in der Informationsverarbeitung
• Die DSGVO regelt den Datenschutz in der EU
• Technische und organisatorische Maßnahmen sind notwendig, um die Datenschutz zu gewährleisten
• Ein Datenschutz-Folgenabschätzung (DSFA) muss durchgeführt werden, um die Risiken für die personenbezogenen Daten zu identifizieren und zu minimierenHere are the study notes for the text:

Funktionale Sicherheit

• Definition nach DIN EN 61508: Funktionale Sicherheit ist die Fähigkeit eines elektrischen, elektronischen bzw. programmierbar elektroni-schen Systems (E/E/PE-System), bei Auftreten zufälliger und/oder systematischer Ausfälle mit gefahrbrin-gender Wirkung im sicheren Zustand zu bleiben bzw. einen sicheren Zustand einzunehmen
• Beispiel: Verpackungsroboter (Abbildung 1.2)

Sicherheitsnormen

• Maschinenrichtlinie: Gegenstandsbereich "Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen an Konstruktion und Bau von Maschinen, Produk-ten und unvollständigen Maschinen"
• Zielsetzung: Bereitstellung auf dem Markt bzw. Inbetriebnahme ermöglich
• Regeln für den freien Verkehr von Produkten in der Union
• Wege zum CE-Kennzeichen:
  • Eigenerklärung des Herstellers
  • Baumusterprüfung durch unabhängige benannte Stelle
  • Konformität auf der Grundlage einer umfassenden Qualitätssicherung
  • Konformität auf der Grundlage einer Einzelprüfung

Risikobewertung

• Die Maschinenrichtlinie verlangt, dass für jede Maschine, die auf den Markt gebracht wird, eine Risikobewertung durchgeführt wird
• Dabei wird abgeschätzt, ob den identifizierten und bewerteten Gefahren für Leib und Leben, die von dieser Maschine ausgehen, genügen Maßnahmen entgegengestellt wurden

EU-Baumusterprüfung

• Benannte Stellen, notified bodies
• Die benannte Stelle prüft die technische Dokumentation und das vom Hersteller bereitgestellte Muster und erstellt einen Evaluierungsbericht
• Entspricht das Baumuster den geltenden grundlegenden Gesundheitsschutz- und Sicherheitsvorschriften, stellt die benannte Stelle dem Hersteller eine Baumusterprüfbescheinigung aus

Interne Fertigungskontrolle vs. Qualitätssicherung

• Fertigungskontrolle: Der Hersteller ergreift alle erforderlichen Maßnahmen, damit der Herstellungsprozess und seine Überwachung die Übereinstimmung der hergestellten Maschine [...] mit den geltenden Anforderungen dieser Verordnung gewährleisten
• Qualitätssicherung: Der Hersteller beantragt bei einer benannten Stelle seiner Wahl die Bewertung seines Qualitätssicherungssystems [...]

Normen und Standards

• Harmonisierte Normen – Aufbau:
  • Level 0: grundlegende Sicherheitsanforderungen
  • Level 1: Typ-A Normen: Grundnormen: Gestaltungsleitsätze und Grundbegriffe
  • Level 2: Typ-B Normen: Gruppennormen: Sicherheitsaspekte und Schutzeinrichtungen
  • Level 3: Typ-C Normen: Fachnormen: Anforderungen für spezielle Maschinen (-gruppen)

IEC 61508 – Funktionale Sicherheit

• International Electrotechnical Commission (IEC): Globale Non-Profit Organization für die Standardisierung
• Funktionale Sicherheit: die Fähigkeit eines Systems, bei Auftreten zufälliger und/oder systematischer Ausfälle mit gefahrbrin-gender Wirkung im sicheren Zustand zu bleiben bzw. einen sicheren Zustand einzunehmen### IEC 61508 - Sicherheitsgrundnorm
• Die IEC 61508 ist eine horizontale Normenreihe, die vier Sicherheitslevel (SIL) je nach Risikoklasse aufweist.
• Die Norm ist anwendbar auf alle sicherheitsbezogenen E/E/PE-Systeme.
• Für Softwareentwicklung werden spezielle Methoden vorgesehen.

IEC 61508 - Aufbau

• Die IEC 61508 besteht aus insgesamt 7 Teilen: IEC 61508-1, IEC 61508-2, IEC 61508-3, IEC 61508-4, IEC 61508-5, IEC 61508-6 und IEC 61508-7.
• Daneben gibt es noch Technical Reports für Anwendungsbereiche, wie z.B. IEC TR 63069: Funktionale Sicherheit und IT-Sicherheit für Prozessleittechnik, Steuerung und Automatisierung.

IEC 61508 und Spezialisierungen

• Die IEC 61508 hat Spezialisierungen für verschiedene Bereiche, wie z.B. IEC 61511: Prozessindustrie und EN 50128: Bahnanwendungen.

IEC 61508 - Sicherheitslebenszyklus

• Der Sicherheitslebenszyklus nach IEC 61508 besteht aus 14 Schritten: Konzeption, Risikoanalyse, Anforderungen zur Gesamtsicherheit, Planung und Realisierung, Installation und Inbetriebnahme, Validierung der Gesamtsicherheit, Betrieb und Instandhaltung, Modifikation, Nachrüstung, Reparatur und Außerbetriebnahme.

Software-Entwicklung nach IEC 61508

• Die Software-Entwicklung nach IEC 61508-3 ist stark an das Wasserfallmodell angelehnt.
• Die IEC 61508-3 erlaubt keine Rapid Prototyping und schnelle Iterationen innerhalb der einzelnen Ebenen.

Fehler und Risiko

• Fehler können in zufällige und systematische Fehler unterteilt werden.
• Zufällige Fehler sind nicht vermiedbar und müssen in der Applikation berücksichtigt werden.
• Systematische Fehler sind das Resultat von Fehlern im Design oder der Produktion und können durch striktes Qualitätsmanagement reduziert werden.

Risikobestimmung nach IEC 61508-5

• Die Risikobestimmung nach IEC 61508-5 kann über die Aufzählung aller möglichen Schadensfälle C (Consequences) multipliziert mit ihrer jeweiligen Häufigkeit f bestimmt werden.
• Die Häufigkeit f kann noch einmal aufgeteilt werden in F (Häufigkeit und Aufenthaltsdauer im Gefahrenbereich), P (Möglichkeit, den Vorfall zu vermeiden) und W (Wahrscheinlichkeit des unerwünschten Ereignisses).

Anforderungsklassen (SIL)

• Die Anforderungsklassen nach IEC 61508-5 werden aufgeteilt in Auswirkung C (Consequences), Häufigkeit F, Vermeidungsmöglichkeit P und Wahrscheinlichkeit W.
• Je nach Auswirkung, Häufigkeit und Vermeidungsmöglichkeit wird ein Sicherheitslevel (SIL) von 1-4 zugewiesen.