SiEvEI 4.0 – Smart Secure Items für Vertrauenswürdige Produktionsnetzwerke

Digitale, vernetzte Produktion und Manufacturing-as-a-Service haben das Potenzial, die industrielle Welt, wie wir sie kennen, in ihren Grundfesten zu erschüttern. Die technologischen Grundlagen des industriellen Internets der Dinge und der Industrie 4.0 sind vorhanden und erprobt, und fortschrittliche Konnektivität, komplexe Maschinenkommunikation und industrielle Automation, additive Produktionsverfahren und andere Neuerungen im Maschinen- und Anlagenbau machen die Vision von intelligenten Fabriken zu einer zum Greifen nahen Realität. Nun hängt der Fortschritt nicht mehr nur von technischen Innovationen ab – neue Geschäftsmodelle und Betriebskonzepte sind nun gefragt. Produktentwickler und –hersteller müssen das vor ihnen liegende Potenzial erkennen und sich von den monolithischen Lieferketten der Vergangenheit verabschieden – hin zu den agilen und flexiblen Liefernetzen der tatsächlich intelligenten herstellenden Industrie der Zukunft.

Das Projekt SiEvEI 4.0 (Sichere und intelligente Elektronik für Vertrauenswürdige Elektronikprodukte in der Industrie 4.0) wurde unter der kompetenten Leitung der Siemens AG als Konsortiumskoordinator initiiert, um diese Hürde zu überwinden. Das im März 2020 gegründete Konsortium sammelt das technologische Knowhow von Sicherheitsspezialisten wie Wibu-Systems, der Halbleiter- und Sensorikspezialisten am Fraunhofer IZM, bei der Wagenbrett GmbH & Co. KG, und Sensorik-Bayern und führender Forscher an der TU Berlin und der Universität Bielefeld für sein dreijähriges Vorhaben. Seine Mission ist es, eine robuste und vertrauenswürdige Hardware- und Softwarekette aufzubauen, die die verschiedenen und unabhängig zusammenarbeitenden Partner in den „flexiblen digitalen Fabriken“ von morgen zusammenhalten kann.

Die digitale und vernetzte Gesellschaft muss ihr Verständnis von Sicherheit von Grund auf neu denken. „Treu und Glauben“ oder einzelne, isolierte Vorkehrungen reichen nicht mehr, wenn der Schutz und die Sicherheit ihrer essenziellen technischen Infrastruktur – im Großen wie im Kleinen – auf dem Spiel steht. Wie die aktuellen Nachrichten über neue Cybervorfälle und die immer heftigere Debatte über die Vertrauenswürdigkeit mancher Produzenten und Lieferketten beweisen, arbeiten kriminelle Akteure und feindliche staatliche Dienste immer daran, Schwachstellen und Exploits zu finden und für ihre Zwecke auszunutzen. Sie wissen, welche Glieder der Kette die schwächsten sind. Unzureichendes Qualitätsmanagement – in sich bereits ein Sicherheitsrisiko – kann ihnen Tür und Tor öffnen. Nicht nur Geräteentwickler und -anbieter müssen daher vertrauenswürdig sein; dieselben Standards müssen auch für die eigentlichen Produzenten und die Integrität des Herstellungsprozesses selbst gelten.

Es bedarf einer Vertrauenskette – der Chain of Trust – die über die eigentlichen Produkte hinausreicht und die gesamte Wertschöpfungskette und den ganzen Lebenszyklus der Produkte einbindet, einschließlich der Infrastruktur, in der sie hergestellt, transportiert und verwendet werden. Das SiEvEI-4.0-Konsortium verfolgt eine technische Lösung, um das nötige Vertrauen auch dann sicherzustellen, wenn das alte Paradigma monolithischer Produktionssysteme durch die neuen Möglichkeiten flexibel agierender und fluide zusammenarbeitender Auftragsproduzenten und Dienstleister ersetzt wird.

SiEvEI 4.0 entwickelt Ansätze, um die grundlegende COT aufzubauen und zu erhalten, ohne den eigentlichen Nutzen der Industrie 4.0 zu schmälern: Agile und adaptive Produktionsumgebungen, die sich in Echtzeit an neue Anforderungen anpassen (Ort, Produktionsmengen, teilnehmende Akteure, Maschinen- und Produktkonfigurationen und Individualisierungsoptionen). Dies gelingt mittels eines Vertrauensankers – in der Form eines Smart Secure Items – das zum integralen Teil eines flexiblen Produktionsmanagements wird und durch eine vertrauenswürdige COT-Infrastruktur verfolgt und gesteuert werden kann. Sobald diese Vertrauensanker in allen Instanzen der Produktionsumgebung, von Maschinen und ihren Betreibern bis hin zu den einzelnen Produkten, vorliegen, bleibt die COT stark und ungebrochen, selbst wenn einzelne Glieder der Kette verändert oder versetzt werden sollen.

Die von SiEvEI 4.0 propagierte Chain of Trust nutzt innovative Secure Smart Items (SSI) und neue Sensortechnologien, um die Kommunikation zwischen Zertifikatspeicher und den Geräten sicherzustellen, die am Edge, den Rändern des industriellen Netzwerks, arbeiten – dort, wo die digitale Welt mit der physischen Produktionslandschaft zusammentrifft.

Das Projekt SiEvEI 4.0 baut auf der vorangehenden Arbeit des Konsortiums auf. In früheren Projektarbeiten wurden neue Möglichkeiten für die Prozess- und Zustandsüberwachung mittels integrierter Sensorik in digitalen Produktionsumgebungen untersucht. SiEvEI 4.0 erweitert diesen Ansatz mit sicheren Zertifikatsspeichern, neuen Integrationsmöglichkeiten für SSIs in anderen Bereichen der Produktionslandschaft und einer hybrid lernenden KI, die SSIs vom reinen Vertrauensanker zu einem effizienten Mittel der Qualitätskontrolle in der laufenden Produktion macht. Das Projekt SiEvEI 4.0 entwickelt zusätzlich ein 3D-Planungstool, mit dem auch mittelständische herstellende Unternehmen ohne hausinterne Kompetenzen in diesem Bereich die nötige physische Infrastruktur bis hin zur passenden Auslegung der Produktionsstätten planen kann, um die nötige drahtlose Kommunikation zwischen Maschinen und Smart Items zu ermöglichen.