Embedded Systeme übernehmen immer mehr komplexe Steuerungs- und Regelungsaufgaben und damit Entscheidungen, die bislang im Verantwortungsbereich des Menschen lagen. Die spannenden Entwicklungen im Rahmen des autonomen Fahrens bilden hier nur eine Spitze zahlreicher Eisberge. Gleichzeitig werden immer mehr Systeme – Schlagwort IoT – als offene Systeme konzeptioniert und unterliegen dadurch der Gefahr von Cyberangriffen. Speziell an der Schnittstelle von funktionaler Sicherheit und Informationssicherheit ergeben sich spannende neue Herausforderungen – wer möchte schon, dass der Hacker bei Tempo 130 auf der Autobahn die Kontrolle über den fahrenden Untersatz übernimmt. Im Rahmen des eintägigen Einstiegsseminars „Funktionale Sicherheit und Security in Embedded Systemen“ erläutert Prof. Fromm die Grundlagen funktionaler Sicherheit für die Hardware und Softwareentwicklung. Das Seminar richtet sich an Entwickler, Tester, technische Projektleiter und Qualitätssicherer, die sich mit dem Thema Funktionale Sicherheit und Informationssicherheit auseinander setzen wollen und einen ersten fundierten Einblick erhalten möchten. Nach einer kurzen Exkursion in die Normenwelt werden anhand eines konkreten Anwendungsfalles Methoden zur systematischen Gefährdungsanalyse erläutert und dann gemeinsam mit den Kursteilnehmern eine beispielhafte Safety Architektur entwickelt. Ein Fokus liegt dabei auf der Vorstellung und Implementierung geeigneter Designmuster für fail-safe als auch fail-operational Systeme. Methoden zur Fehlererkennung und -behandlung sowie Fehler gemeinsamer Ursache werden ebenso beleuchtet wie die Forderung nach und Realisierung von Rückwirkungsfreiheit. Nachdem eine erste Systemarchitektur entwickelt worden ist, wird der nächste Fokus auf das Thema Hardware gelegt. Ein Schwerpunkt ist hier die Auswahl geeigneter Microcontroller sowie die Erkundung wesentlicher Safety-Hardwarefeatures. Als Beispiel für einen aktuellen Safety-Controller wird der Aurix Multicore Controller der Firma Infineon vorgestellt und mit einem non-safety Controller verglichen. Sind C/C++ als Programmiersprachen für Safety Systeme geeignet? Eine Frage, die unter Experten mit ähnlicher Leidenschaft diskutiert wird, wie die Frage, ob Windows oder Linux das bessere Betriebssystem ist. De-Facto gibt es trotz aller Schwächen dieser Sprachen keine wirkliche wirtschaftlich sinnvolle Alternative, so dass die Frage eher lautet: Wie kann ich diese Sprachen sicher nutzen? Standards wie MISRA-C/C++ sowie Werkzeuge zur Codegenerierung sowie zur statischen Codeanalyse können wichtige Hilfsmittel sein, wenn sie intelligent eingesetzt werden. Außerdem werden die Features eines Safety OS vorgestellt und die Implementierung einer Safety Architektur gezeigt. Das Thema Testmethoden rundet diesen Block ab. Da immer mehr embedded Systeme als offene Systeme konzeptioniert werden, erhält das Thema Informationssicherheit einen immer höheren Stellenwert. Zum Abschluss des Seminars werden aktuelle Angriffsszenarien diskutiert und grundlegende Methoden zur Authentifizierung, Verschlüsselung und sicheren Kommunikation diskutiert. Neben der Vermittlung der Grundlagen werden aktuelle Fragestellungen aufgegriffen, u.a. • Nutzung von Open Source Software, Linux im Safety Kontext • Sind Multicore Controller und Hypervisor Architekturen geeignete Lösungen • Sind einfache bewährte Architekturmuster wie Redundanz bei komplexen Kanälen eine Option • Wie können Fehler in einem KI-Algorithmus diagnostiziert werden • Post-Quantum - Wie lange ist ein System secure Prof. Fromm hat an der RTWH Aachen Elektrotechnik studiert und dort am Europäischen Zentrum für Mechatronik promoviert. In der Firma Continental, Division Fahrerinformationssysteme war er für den Bereich Software und System Engineering verantwortlich und hat dort erfolgreich systematische Entwicklungsprozesse nach CMMi L3 eingeführt. An der University for Applied Sciences in Darmstadt verantwortet er den Bereich Embedded Systems und ist seit 2017 Mitglied des Steering Board der Embedded World Conference. Er berät und unterstützt Firmen bei der Entwicklung komplexer und sicherer Embedded Architekturen. Gemeinsam mit dem FZI der Universität Karlsruhe und der Firma HighTec werden im Rahmen des ZIM Projektes „Zukunftstechnologie Multicore: Komplexe Applikationen mit Referenzarchitekturen und Werkzeugen sicher entwickeln“ innovative Lösungen für zukünftige Safetyarchitekturen entwickelt.

Technik ermöglicht uns ein Mehr an Sicherheit, Bequemlichkeit und Unterstützung. Wir leben im Luxus sie vertrauensvoll nutzen zu können. Die Innovationsfreude derer, die sie entwickeln, lässt vermuten, dass wir auch weiterhin davon profitieren werden. Hierzu gehören auch grundsätzliche Zuverlässigkeit und reibungsloser Normalfall als verlässliche Größen. Zur Realität gehören auch Katastrophen und die dramatischen Auswirkungen auf die Betroffenen und deren Angehörige, sowie die Existenzbedrohung der Verantwortlichen und der schadenverursachenden Unternehmen. Bei der nachträglichen Betrachtung eines Unglücksfalles zeigt sich häufig, dass mehrere Schadensursachen zur Katastrophe geführt haben. Neben technischen Fehlern und anderen Versäumnissen ist jede fehlende Aktivität trotz Wissens um eine Störung besonders dann tragisch, wenn ein Unglück dadurch hätte verhindert werden können. Wenn mehrere Verantwortlichkeiten zu einem Schadensfall geführt haben, ist die Haftungsverteilung sehr komplex und zeitaufwändig. Im Vortrag wird, angelehnt an einen aktuellen Unglücksfall, die rechtliche Haftungssystematik erläutert. Und es werden auch Wege aufgezeigt, die die Wiederholung einer Katastrophe verhindern können.

Die Komplexität von softwareintensiven Systemen im Kontext des autonomen Fahrens oder vernetzter Industrieanlagen (z.B. Industrie 4.0, IIoT) nimmt stetig zu. Dies ist eine Herausforderung für die Gewährleistung der Sicherheit dieser Systeme, im Sinne von Safety und Security. Zum Beispiel erschwert der Trend zur Bündelung verschiedenster Funktionen auf ein zentrales Steuergerät die saubere Trennung von Subsystemen mit unterschiedlicher Safety-Kritikalität (SIL). Genauso verkürzt diese Bündelung aber auch die Angriffswege für Hacker (z.B. von Infotainment-Schnittstellen zu Fahrerassistenzsystemen). Prozessmodelle zu Safety & Security by Design verfolgen das Ziel, bei der Entwicklung komplexer Systeme, deren Sicherheit von Anfang an zu berücksichtigen. Diese „by Design“-Ansätze funktionieren allerdings nur, wenn sie mit geeigneten Methoden und Tools unterstützt werden. In diesem Vortrag stelle ich modellbasierte Methoden zur Sicherheitsanalyse vor, die früh in der „by Design“-Prozesskette eingesetzt werden können, um Safety-Gefahren und Security-Bedrohungen zu behandeln. Die Methoden werden durch Tools unterstützt, die z.B. Fehlerbäume und Bedrohungspotentiale automatisch generieren und mit Anforderungen verknüpfen. Dadurch wird der „Shift Left“-Gedanke unterstützt: Bereits früh in der Entwicklung werden Herausforderungen für Safety und Security und deren Zusammenspiel aufgedeckt und Maßnahmen abgeleitet. Nur so wird eine Safety & Security „by Design“ überhaupt erst möglich.