在有实时能力的通信网络之内提供安全通信制造技术

本发明专利技术涉及一种用于完整性检查的设备（IA），所述设备适合于在有实时能力的通信网络之内、尤其是在工业制造和/或自动化的环境中提供在至少两个通信伙伴（IOC、IOD）之间的安全通信，所述设备具有：‑用于接收用于至少一个被滤出的消息（m）的所形成的第一完整性参考值（I1）和/或用于接收用于至少一个被滤出的消息的所形成的至少一个第二完整性参考值（I2）的单元；‑用于使第一完整性参考值（I1）与至少第二完整性参考值（I2）相关并且用于将其进行比较的单元；‑用于在经相关的完整性参考值彼此不同的情况下输出警告和/或警报讯息的单元，所述警告和/或警报讯息被设置用于采取相对应的应对措施的机构。

Providing secure communication within a real-time communication network

The present invention relates to a device (IA) for integrity checking, which is suitable for providing secure communication between at least two communication partners (IOC, IOD) within a real-time communication network, especially in an industrial manufacturing and/or automated environment. The device has the following features: (1) for receiving at least one filtered message (m). Integrity reference value (I1) and/or unit for receiving at least one second integrity reference value (I2) formed for at least one filtered message; Unit for correlating the first integrity reference value (I1) with at least the second integrity reference value (I2) and for comparing it; The unit that outputs warning and/or alarm messages is set up to take corresponding response measures.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在有实时能力的通信网络之内提供安全通信
本专利技术涉及一种用于在有实时能力的通信网络之内、尤其是在工业制造和/或自动化的环境中提供安全通信的方法、设备和通信装置以及一种所属的计算机程序（产品）。
技术介绍
在现今的自动化设施中，为了控制制造过程或者各个生产步骤，使用IT系统。为了在这种设施中使现场设备、如传感器和执行机构（执行器）可以与自动化设备进行通信，作为通信总线系统使用所谓的现场总线。对于通信来说存在标准化的协议，例如IEC61158。存在有实时能力的基于以太网的现场总线，所述现场总线例如在IEC61784-2标准中被总结。经常使用的有实时能力的现场总线是Profibus和Profinet、Ethercat以及Modbus。工业现场总线协议的安全性对于工业制造环境来说是重要的。对彼此进行通信的组件、如车间或设备的（密码的）保护越来越重要，以便可以保证安全的运行。通过密码功能，可以实现如组件的完整性、保密性或真实性那样的目标。由此，防御蓄意的、目标明确的攻击。术语“安全性”基本上涉及数据的安全性、保密性和/或完整性以及其传输，而且也涉及在访问相对应的数据时的安全性、保密性和/或完整性。在数据传输时或在数据访问时的认证尤其也属于术语“安全性”。一般，密码功能例如被理解为用于对数据（例如用户数据、控制数据、配置数据或管理数据）进行认证、加密、机密性保护和/或完整性保护的功能。在此，密码的保护功能性例如可以包括随后列举的功能性其中的一个或多个：-密钥存储-系统和/或用户认证-证明-加密-解密-计算密码校验和（例如签名）-检查密码校验和（例如签名）-密钥协商-密钥生成-生成随机数（例如种子生成（Seed-Generierung））-许可-对系统的监控功能的支持（例如防篡改保护（tamper-Schutz）、系统完整性、SIEM）-监控或数据监控-验证数据-过滤数据。在此，所列举的密码功能性可以分别又以另外的/其它的方法或者这些方法的组合来实施。用于在所提到的组件之间的数据传输或通信的数据接口可以例如是有线或无线的接口（例如移动无线电接口（GSM、UMTS、LTE）、WLAN接口、蓝牙接口、ZigBee接口（尤其是在住宅技术（Haustechnik）中使用）或NFC接口（NFC：近场通信（NearFieldCommunication）））。在此，数据接口可以被构造和设立为串行或并行的数据接口。在组件之间的通信并不限于点对点（端（Peer））通信。也能够设想的是分组通信、广播消息或发布/订阅通信模式。通过操纵（Manipulation）现场总线消息、也称作报文（Telegram），例如可能影响所生产的作品或商品的质量，破坏各个制造组件或者使工厂停工。随着其中使用基于以太网的现场总线协议、如ProfinetI/O、Ethercat或Modbus的不断增加的数字化，对网络基础设施的攻击和对现场总线报文的操纵变得明显更简单。用于在不同的级别中将工业的组件和机器归入为值得信任的措施应被划分成不同的区（区模型）。在这种区之内通常没有其它保护措施。这些区大多被设计为使得在组件之间的通信在该区之内发生并且只能有条件地与在自己的区之外的组件进行通信。在该区之内的内容或节点或组件受保护而且存在专用的到其它区的过渡点。这种区模型的示例是：*在Profinet安全指南版本2.0/10.2章中的区保护方案*在IEC62443中的管道（Conduits）和区*对工业控制系统的NIST-SP800-82指南。在将来的工业4.0情形的过程中，这种区保护方案不再是适合的，越来越多地超越区界限地进行通信。这种过渡点常常使数据流延迟并且因此影响实时性能。在传统的IT网络中，常常使用TLS（TransportLayerSecurity（传输层安全））或IPSec（InternetProtokollSecurity（互联网协议安全）），作为安全协议。如该全名已述的那样，TLS在通信技术中使用的OSI参考模型的第4级（第4层或传输层）上被限定，而IPSec在通信技术中使用的OSI参考模型的第3级或层（交换层）上被限定。以太网协议以及上面提到的现场总线协议在OSI参考模型的第2级上使用。所谓的安全层（第2层）通常确保没有错误的数据传输而且必要时确保在发送者侧和接收者侧的数据流控制。通常，消息或数据流被分成块（也称作Frames/帧）。借助于校验和仅能识别有错误的数据传输。不存在针对主动操纵的保护。当前的现场总线协议不知道安全措施，除了上面提到的区模型之外。在该环境中，还存在如下问题：（密码的）安全措施在OSI层/级中实现得越高，这些（密码的）安全措施对时间特性（Zeitverhalten）起的作用就越大。因此，这些（密码的）安全措施并不适合用于有实时能力的通信协议、诸如Profinet等等。此外，在没有用密码的数据进行扩展的情况下，这些协议应该在OSI参考模型的第1级和第2级上保持不变，以便使这些协议可以继续被使用。从DE102010033229A1已知一种用于通过传输网络防操纵地传输控制数据的方法和系统。在这种情况下，这些控制数据可以“带内”地在同一网络中或者也可以“带外地”、也就是说在同一网络中单独地从第一控制网络的控制单元被传输到第二控制网络的第二控制单元。因为这些控制网络与传输网络通过网关（过渡点）来耦合，所以在该文献中公开的情形类似于上面阐述的区模型。在DE102015218373.4中已经提出了一种用于监控分布式系统的完整性的方法。在这种情况下，随机地确定测试数据组，该测试数据组取决于要通过分布式系统的通信连接来传输的数据组。此外，测试数据组以密码保护的方式被提供给校验单元，其中以不受所述确定和提供的影响的方式经由通信连接来传输数据组，而且其中依据密码计算和合理性信息鉴于完整性方面由校验单元来校验密码保护的测试数据组。在这种情况下，计算少的抽检法很重要。然而，消息应该有针对性地并且不是随机地受到完整性检查。本专利技术的任务是：在没有干预通信协议的情况下，针对低于OSI参考模型的第3级的通信协议、尤其是工业现场总线协议提供目标明确的、有实时能力的安全或保护措施。
技术实现思路
该任务通过独立专利权利要求来解决。有利的扩展方案是从属权利要求的主题。本专利技术要求保护一种用于在有实时能力的通信网络之内、尤其是在工业制造和/或自动化的环境中提供在至少一个第一通信伙伴与至少一个第二通信伙伴之间的安全通信的方法，该方法具有如下步骤：-提供至少两个接口，所述接口是分别被分配给通信伙伴的或分别被分配给通信伙伴，-借助于至少一个能够预先给定的过滤标准，通过分别被分配的接口来将在通信伙伴之间的至少一个被发送和/或被接收的消息滤出（Herausfiltern），其中至少一个被滤出的消息受到完整性检查，-其中为了进行完整性检查，形成用于在第一通信伙伴处被发送和/或被接收的至少一个被滤出的消息的第一完整性参考值，并且形成用于在至少一个第二通信伙伴处被接收和/或被发送的至少一个被滤出的消息的至少一个第二完整性参考值，-提供检查机构用于完整性检查，-使第一完整性参考值与至少第二完整性参考值相关而且通过检查机构将所述第一完整性参考值和至少所述第二完整性参考值进行比较，-如果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在有实时能力的通信网络之内、尤其是在工业制造和/或自动化的环境中提供在至少一个第一通信伙伴（IOC）与至少一个第二通信伙伴（IOD）之间的安全通信的方法，所述方法具有如下步骤：‑ 提供至少两个接口（S1、S2），所述接口是分别被分配给通信伙伴（IOC、IOD）的或分别被分配给通信伙伴（IOC、IOD）；‑ 借助于至少一个能够预先给定的过滤标准，通过分别被分配的接口来将在所述通信伙伴（IOC、IOD）之间的至少一个被发送和/或被接收的消息（m、n）滤出，其中至少一个被滤出的消息（m、n）受到完整性检查，‑ 其中为了进行完整性检查，形成用于在第一通信伙伴（IOC）处被发送和/或被接收的至少一个被滤出的消息（m）的第一完整性参考值（I1），并且形成用于在至少一个第二通信伙伴（IOD）处被接收和/或被发送的至少一个被滤出的消息的至少一个第二完整性参考值（I2），‑ 提供检查机构（IA）用于完整性检查，‑ 使所述第一完整性参考值（I1）与至少所述第二完整性参考值（I2）相关而且通过所述检查机构（IA）将所述第一完整性参考值和所述至少第二完整性参考值进行比较，‑ 如果经相关的所述完整性参考值彼此不同，则由所述检查机构输出警告和/或警报讯息，或者将来自所述检查机构的所述警告和/或警报讯息转发给采取相对应的应对措施的机构。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.12 DE 102016219848.31.一种用于在有实时能力的通信网络之内、尤其是在工业制造和/或自动化的环境中提供在至少一个第一通信伙伴（IOC）与至少一个第二通信伙伴（IOD）之间的安全通信的方法，所述方法具有如下步骤：-提供至少两个接口（S1、S2），所述接口是分别被分配给通信伙伴（IOC、IOD）的或分别被分配给通信伙伴（IOC、IOD）；-借助于至少一个能够预先给定的过滤标准，通过分别被分配的接口来将在所述通信伙伴（IOC、IOD）之间的至少一个被发送和/或被接收的消息（m、n）滤出，其中至少一个被滤出的消息（m、n）受到完整性检查，-其中为了进行完整性检查，形成用于在第一通信伙伴（IOC）处被发送和/或被接收的至少一个被滤出的消息（m）的第一完整性参考值（I1），并且形成用于在至少一个第二通信伙伴（IOD）处被接收和/或被发送的至少一个被滤出的消息的至少一个第二完整性参考值（I2），-提供检查机构（IA）用于完整性检查，-使所述第一完整性参考值（I1）与至少所述第二完整性参考值（I2）相关而且通过所述检查机构（IA）将所述第一完整性参考值和所述至少第二完整性参考值进行比较，-如果经相关的所述完整性参考值彼此不同，则由所述检查机构输出警告和/或警报讯息，或者将来自所述检查机构的所述警告和/或警报讯息转发给采取相对应的应对措施的机构。2.根据上一权利要求所述的方法，其特征在于，为了在所述通信伙伴（IOC、IOD）之间进行通信，使用低于通信技术中所使用的OSI参考模型的第3级、也称作交换层的通信协议。3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了在所述通信伙伴（IOC、IOD）之间进行通信，使用现场总线通信协议。4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述至少一个过滤标准涉及消息类型、发送者和/或接收者、随机的消息滤出、带宽和/或网络负荷和/或可过滤的消息内容和/或它们的任何组合。5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所提到的接口（S1、S2）一起读取被动地被发送和/或接收的消息。6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，使用被滤出的被发送/被接收的消息的和/或其部分的和/或多个被过滤的消息的累积的和/或其部分的哈希值，作为完整性参考值。7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，将来自能够预先给定的时间窗的至少一个所述第一完整性参考值（I1）与来自同一时间窗的相关的至少所述第二完整性参考值（I2）进行比较。8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在彼此独立的信道内执行在所述通信伙伴（IOC、IOD）之间的通信和在相应的所述接口（S1、S2）与所述检查机构（IA）之间的通信。9.一种用于完整性检查的设备（IA），所述设备适合用于在有实时能力的通信网络之内、尤其是在工业制造和/或自动化的环境中提供在至少两个通信伙伴（IOC、IOD）之间的安全通信，所述设备具有：-用于接收用于至少一个被滤出的消息（m）的所形成的第一完整性参考值（I1）和/或用于接收用于至少一个被滤出的消息的所形成的至少一个第二完整性参考值（I2）的单元；-用于使所述第一完整性参考值（I1）与所述至少第二完整性参考值（I2）相关并且用于将其进行比较的单元；-用于在经相关的所述完整性参考值彼此不同的情况下输出警告和/或警报讯息的单元，所述警告和/或警报讯息被设置用于采取相对应的应对措施的机构。10.根据上一设备权利要求所述的设备，其中所述相关包括：鉴于在所述通信伙伴（IOC、IOD）之间传送的、被滤出的同一消息方面将所述第一完整性值（I1）与所述至少第二完整性值（I2）的关联。11.根据上述设备权利要求之一所述的设备，其特征在于，能将来自能够预先给定的时间窗的至少一个所述第一完整性参考值（I1）与来自同一时间窗的相...

【专利技术属性】
技术研发人员：K菲舍尔，M海因特尔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE