Ein modernes technisches System besteht aus einer Kombination und Anordnung von mehreren physischen und virtuellen Bausteinen, die über definierte Schnittstellen und Protokolle miteinander interagieren, um gemeinsam eine bestimmte Funktion zu erfüllen und Kundenanforderungen gerecht zu werden.
Diese Bausteine, die auch als Komponenten oder Elemente bezeichnet werden, können selbst weitere komplexe Einzelteile oder Teilsysteme darstellen und teilweise autonom agieren. Die Art der Interaktionen und die Form der Beziehungen zwischen den Teilsystemen bestimmen überwiegend die Komplexität des Gesamtsystems.
Beispiele
- Ein Computersystem bestehend aus Rechensystem, Speichersystem, Bussystem, Betriebssystem, etc.
- Ein Rechensystem bestehend aus Rechenwerk, Steuerwerk, Speicherwerk (Register und Pufferspeicher), etc.
- Ein Fahrzeug bestehend aus Antriebsstrang, Fahrwerksystem, Bremssystem, Kraftstoffsystem, Abgassystem, etc.
Gemeinsamkeiten
Die meisten technischen Systeme haben viele Eigenschaften gemeinsam und unterscheiden sich oft nur in ihrer Form und Funktion. Innerlich bestehen sie alle aus mechanischen Bauteilen, Leiterplatten mit elektronischen Bauelementen, Recheneinheiten und Speicherbausteinen, die Daten und ausführbaren Code enthalten. Aus diesem Grund können viele bekannte Prinzipien und Methoden bei allen technischen Systemen zum Einsatz kommen.
Beispiele
- Mobiltelefon, Fernsehgerät, Spielekonsole, Automat, Fahrzeug, Flugzeug, Urananreicherungsanlage, Kernkraftwerk oder Raketenabwehrsystem
Sie alle entstehen hauptsächlich aus der Kombination von vier technischen Disziplinen der Ingenieurwissenschaften, nämlich der Maschinenbau, Elektrotechnik, Informationstechnik und der Luft- und Raumfahrttechnik. Daher sind sie auch als mechatronische beziehungsweise computergestützte Systeme bekannt. Diese Menge an Gemeinsamkeiten und Muster zwischen allen technischen Systemen bietet eine hervorragende Grundlage für einen systematischen und strukturierten Ansatz bei sicherheitstechnischen Untersuchungen.
Physische und Logische Topologie
Intern weisen diese mechatronischen Systeme auf verschiedenen Ebenen und Schichten eine streng geordnete physische und logische Struktur auf, die aus physischen und virtuellen Elementen bestehen und direkt oder indirekt miteinander verbunden sind. Die physische Struktur bezieht sich auf die konkrete Anordnung von physischen Elementen innerhalb von Systemgrenzen, während die logische Struktur die abstrakte Anordnung von virtuellen Elementen beschreibt.
Transformation von Eingaben in Ausgaben
Diese mechatronischen Systeme verfügen über diverse interne und externe Eingänge, um Eingaben beispielsweise über Sensoren zu konsumieren und besitzen Ausgänge, um beispielsweise Ausgaben über Aktuatoren in Form von physischen Aktionen zu produzieren. Die externen Eingänge sind auch als systemexterne Schnittstellen bekannt und ermöglichen eine Interaktion mit der eigenen Umgebung über die eigentlichen Systemgrenzen hinaus. Sie sind aus Sicherheitsgründen besonders kritisch zu betrachten, weil sie als Angriffsvektoren und Einstiegspunkte für potenzielle Angreifer dienen können, ohne physisch anwesend sein zu müssen.
Auswirkungen und Schadenspotenzial
Einige dieser Systeme, insbesondere diejenigen, die zur kritischen Infrastruktur zählen, haben aufgrund ihrer Funktionen, die sie erfüllen müssen, ein besonders hohes Schadenspotenzial im Falle einer Fehlfunktion, weil deren Ausfall dramatische Folgen für die Gesellschaft haben kann. Daher müssen sie eine Vielzahl an Mindestanforderungen erfüllen, um in erster Linie die funktionale Sicherheit zu gewährleisten. Das Menschenleben ist nämlich wertvoll und schützenswert und gilt sogar als das höchste Gut innerhalb unserer Gesellschaft. Alle erforderlichen Vorkehrungen müssen daher getroffen werden, um kritische Systeme vor möglichen Fehlfunktionen zu schützen.
Neben der funktionalen Sicherheit müssen auch die von einem aktiven Angreifer absichtlich provozierbaren Fehlfunktionen betrachtet werden. Als Fehlfunktion werden jegliche Funktionen bezeichnet, die nicht spezifiziert sind.
Die zu erfüllenden Funktionen bestimmen das Schadenspotenzial beziehungsweise die möglichen Folgeschäden und können daher für jedes technische System individuell sein. Diese erhalten wir als Randbedingungen zum Gegenstand der Untersuchung und haben darauf keinerlei Einfluss. Eine Funktion aus Sicherheitsgründen zu entfernen, um die zugehörigen Sicherheitsrisiken zu eliminieren beziehungsweise zu vermeiden, ist ebenso keine Option, da die Erwartungen von Endkunden zu erfüllen sind.