Automatisierte, minimalinvasive Sicherheitsanalyse und Vorfallreaktion für industrielle Systeme / Florian Patzer.

Format:

Book

Author/Creator:

Patzer, Florian, author.

Series:

Karlsruher Schriften zur Anthropomatik

Language:

German

Subjects (All):

Software-defined networking (Computer network technology).

Investment analysis.

Physical Description:

1 online resource (xviii, 351 pages) : illustrations.

Place of Publication:

Karlsruhe : KIT Scientific Publishing, 2022.

Language Note:

German.

Summary:

Automated defense and prevention measures designed to protect industrial automation and control systems often compromise their real-time processing, resilience and redundancy. Therefore, they need to be performed as non-invasively as possible. Nevertheless, particularly minimally invasive security analysis and incident response are still poorly researched. This work presents solutions based on new semantic- and SDN-based approaches to some of the most important problems in these areas.

Contents:

Abstract . i

Kurzfassung . v

Danksagung . ix

Notation xvii

1 Einleitung 1

1.1 Probleme, wissenschaftliche Fragen und Hypothesen . 5

1.1.1 Automatisierte Sicherheitsanalyse 6

1.1.2 Automatisierte Vorfallreaktion für industrielle Systeme 13

1.2 Technologische Zielsetzung und eigene Beiträge . 14

1.2.1 Technologische Ziele . 14

1.2.2 Eigene Beiträge . 15

1.2.3 Abgrenzung 18

1.3 Aufbau der Dissertation . 20

2 Grundlagen 21

2.1 Industrielle Systeme und Industrie 4.0 . 21

2.1.1 Verwaltungsschale und Digitaler Zwilling 22

2.2 AutomationML 23

2.3 Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) . 25

2.4 Sicherheit für industrielle Systeme . 27

2.5 Sicherheitsstandards und -Best-Practices 28

2.6 Sicherheitsanalyse . 29

2.6.1 Bedrohungsanalyse 31

2.6.2 Schwachstellenanalyse 31

2.6.3 Konfigurationsanalyse / Security Configuration

Management 32

2.6.4 Konformitätsanalyse . 33

2.6.5 Angriffserkennung und -korrelation . 34

2.7 Ontologien und Semantic Web 34

2.7.1 OWL 2 DL . 36

2.7.2 Regelsprachen für OWL 2 DL . 40

2.7.3 Abfragesprachen für OWL 2 DL 43

2.7.4 Ontologien erweitern und zusammenführen 45

2.8 Pipelines, Workflows und Workflow-Management-Systeme . 47

2.8.1 Business Process Model and Notation (BPMN) . 47

2.9 Software-Defined Networking (SDN) 50

2.10 Automatisierte Vorfallreaktion und Angriffseindämmung 51

3 Automatisierte, minimalinvasive Sicherheitsanalyse . 53

3.1 Beispielumgebungen und Anwendungsszenario . 54

3.1.1 BSI PoC 54

3.1.2 Laborumgebung . 57

3.1.3 Anwendungsszenario . 58

3.2 Anforderungen für automatisierte Sicherheitsanalyse . 62

3.2.1 Umgebungsbezogene Anforderungen 63

3.2.2 Anforderungen an Informationsextraktion und -repräsentation . 64

3.2.3 Anforderungen an Modellbildung und -verarbeitung 66

3.2.4 Anforderungen an Sicherheitsanalysen 70

3.2.5 Generelle Anforderungen . 72

3.3 Stand von Wissenschaft und Technik 74

3.3.1 Sicherheitsontologien . 76

3.3.2 Analyse abstrakter Modelle 79

3.3.3 Proprietäre Lösungen . 81

3.3.4 Schwachstellen- und Bedrohungsanalysen 82

3.3.5 Konformitätsanalyse . 82

3.3.6 Konfigurationsanalyse/SCM 85

3.3.7 Angriffserkennung und -korrelation . 88

3.3.8 Richtlinien . 91

3.3.9 Fortlaufendes Security-by-Design 92

3.3.10 Rahmenwerke für verschiedene Analysearten . 92

3.3.11 Anforderungsabdeckung in aktueller Forschung und Technik 94

3.3.12 Konkretisierung der Problemstellung 100

3.3.13 Zusammenfassung 105

3.4 Lösungsansätze für einzelne Phasen 106

3.4.1 Informationsextraktion und Modellbildung 107

3.4.2 Modellintegration und -erweiterung . 130

3.4.3 Sicherheitsanalyse 141

3.5 Rahmenwerk zur ontologiebasierten Systemanalyse 148

3.5.1 Workflows . 153

3.5.2 Steuerung der Phasen . 155

3.5.3 Akteure 155

3.5.4 Kollaborationsansatz und Automatisierung der Analysen 159

3.5.5 Analyse-Engine . 161

3.6 SyMP-Implementierung . 163

3.7 Evaluation 172

3.7.1 Ontologien . 173

3.7.2 Konfigurationsanalyse 177

3.7.3 Konformitätsanalyse . 188

3.7.4 Schwachstellenanalyse 197

3.7.5 Bedrohungsanalyse 200

3.7.6 Angriffserkennung und -korrelation . 204

3.7.7 Erfüllung der Anforderungen 213

3.7.8 Zielerreichung . 221

3.7.9 Belege für die aufgestellten Hypothesen . 227

3.7.10 Diskussion technologischer Aspekte . 230

3.7.11 Zusammenfassung 233

4 Automatisierte, minimalinvasive Vorfallreaktion . 235

4.1 Stand von Wissenschaft und Technik 235

4.2 Anforderungen für automatisierte Vorfallreaktion 239

4.2.1 Angreifermodell . 239

4.2.2 Domänenanforderungen . 241

4.3 Vorüberlegungen 241

4.3.1 Asset-Klassifikation . 242

4.3.2 Reaktionsmöglichkeiten 243

4.4 Konzept der kontextsensitiven, automatisierten

Vorfallreaktion . 246

4.4.1 Restriktive Regeln 247

4.4.2 Architektur und Methode . 248

4.5 Implementierung des Konzepts 250

4.6 Evaluation 252

4.6.1 Anwendungsfall - Sicherheitsstatus-basiertes Netzwerkmanagement 253

4.6.2 Erfüllung von Anforderungen . 254

4.6.3 Sicherheitsstatusmanagement . 263

4.6.4 Sicherheitsuntersuchung . 268

4.6.5 Bewertung . 269

5 Ausblick und Zusammenfassung 271

5.1 Zusammenfassung . 271

5.2 Ausblick . 272

Literatur 277

Eigene Veröffentlichungen 307

Betreute studentische Arbeiten 311

Abbildungsverzeichnis 313

Tabellenverzeichnis . 317

Listings . 319

Abkürzungsverzeichnis 321

Glossar . 327

Anhang

A Listings . 331

A.1 X2Owl 331

A.2 SDN-AIR . 336

A.3 Pseudocode zur Effektiven Konfiguration 345

A.4 NVD CVE Repräsentation 349.

Notes:

Description based on publisher supplied metadata and other sources.