Mastering IEC 62443: Ein Leitfaden zur Absicherung von industriellen Automatisierungs- und Steuerungssystemen

Der traditionelle Ansatz zur Sicherung von InVeKoS bestand in flachen Netzentwürfen. Während dies in einer Ära der Isolation ausgereicht haben mag, birgt es heute erhebliche Risiken. Bei solchen Konzepten kann ein einziger Verstoß zu einer weitreichenden Systemgefährdung führen, da es nur wenige interne Barrieren gibt, die die Ausbreitung bösartiger Aktivitäten aufhalten. Der zunehmende Bedarf an Fernzugriff verkompliziert das Szenario. Diese Notwendigkeit steht in direktem Widerspruch zu den ursprünglichen Konstruktionsprinzipien von InVeKoS, bei denen die Isolierung für die Sicherheit im Vordergrund stand, und ist teilweise der Grund dafür 40 % der weltweiten IACS allein im Jahr 2022 von Malware angegriffen wurden.

Im Jahr 2021 hat die IEC die 62443-Reihe als horizontale Normen verabschiedet, um Organisationen in allen Branchen bei der Sicherung von InVeKoS zu unterstützen. In diesem Artikel helfen wir Ihnen, sich in den komplexen Normen der IEC 62443 zurechtzufinden, und geben Ihnen praktische Hinweise, wie Sie diese Normen in jeder industriellen Umgebung anwenden können.

Um zu verstehen, warum IEC 62443 so wichtig ist, müssen wir uns mit den Feinheiten beschäftigen, die die Sicherheit von InVeKoS besonders schwierig machen. InVeKoS erfordern oft hochspezialisierte Kenntnisse und Fähigkeiten, um effektiv zu arbeiten, und es kann entmutigend sein, Fachleute zu finden, die über Betriebs- und Sicherheitskompetenz verfügen.

Ein weiteres bedeutendes Hindernis ist die Abhängigkeit von älteren software in den meisten industriellen Umgebungen. Viele InVeKoS-Komponenten umfassen nicht unterstützte software, die möglicherweise nie wieder ein Sicherheitsupdate vom Entwickler erhalten. Bei denjenigen, bei denen dies der Fall ist, müssen die Updates gründlich getestet werden, um unerwartete Kompatibilitätsprobleme und potenzielle Verzögerungen im Betrieb zu vermeiden. Die Absicherung von IACS wird noch komplexer, wenn Patches nicht angewendet werden können und Ingenieure gezwungen sind, zusätzliche Sicherheitskontrollen zu implementieren, um das Risiko zu mindern.

Moderne InVeKoS-Anforderungen machen einen Fernzugriff für die Überwachung und Verwaltung erforderlich. Der Fernzugriff erhöht jedoch gleichzeitig die Anfälligkeit für Cyberangriffe, ein Risiko, das traditionell durch Segmentierung und Isolierung gemindert wird.

Darüber hinaus stellt die Einhaltung von Vorschriften eine Reihe von Herausforderungen dar. InVeKoS-Betreiber unterliegen häufig branchenspezifischen Vorschriften, die sich von einem Sektor zum anderen erheblich unterscheiden können. Ein Beispiel, ISO/SAE 21434 Normen für Automobilhersteller vor, und Hersteller medizinischer Geräte sind auf die Qualitätsmanagementsystem-Verordnung (QMSR). Beide Branchen haben neben der IEC 62443 auch ihre eigenen Normen zur Einhaltung der Vorschriften.

Die Navigation in diesem rechtlichen Umfeld kann entmutigend sein, vor allem, wenn sich die Vorschriften weiterentwickeln oder regional unterschiedlich sind, was die Einhaltung der Vorschriften zusätzlich erschwert.

Die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) wurde vor über 100 Jahren gegründet, um den Bedarf an standardisierten elektrischen Messungen und Terminologien zu decken. Die Technologiemärkte hatten Schwierigkeiten, sich zu entwickeln und zu florieren, weil Wissenschaftler aus verschiedenen Teilen der Welt nicht zusammenarbeiten konnten. Im Jahr 1906 trafen sich Wissenschaftler aus einem Dutzend Ländern der Welt in London und gründeten die IEC.   

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts ist die IEC zur weltweiten Autorität auf dem Gebiet der Elektrotechnik und Elektronik geworden. Bis heute hat die Organisation über 10.000 Standarddokumente veröffentlicht, die von der Symbolik bis zu Verbrennungsmotoren reichen.

Als Automatisierungs- und Cybersicherheitsexperten aus der ganzen Welt versuchten, das wachsende Risiko in industriellen Umgebungen anzugehen, nutzten sie den IEC-Normenerstellungsprozess. 

Das Ergebnis war die IEC 62443, eine Reihe von Normen, die eine Anleitung zur Implementierung von Sicherheitspraktiken in den gesamten Lebenszyklus von InVeKoS bieten, vom Entwurf bis zur Außerbetriebnahme des Systems. Diese einheitlichen, zugänglichen Normen haben es Organisationen auf der ganzen Welt ermöglicht, sichere InVeKoS-Verfahren einzuführen. 

Im Jahr 2021 hat die IEC die Reihe 62443 als horizontale NormenDas bedeutet, dass sie von Fachleuten bei der Erstellung sektorspezifischer Normen zur Sicherung des InVeKoS als grundlegend angesehen werden sollten.

Die IEC 62443 wurde so konzipiert, dass sie in verschiedenen Industriezweigen anwendbar ist. Ob in der Fertigungsindustrie, im Energiesektor, in der Wasserwirtschaft oder im Transportwesen - die IEC 62443 kann auf die spezifischen Sicherheitsbedürfnisse jeder Organisation zugeschnitten werden, ungeachtet ihrer einzigartigen betrieblichen Anforderungen und Risikoprofile.

Warum ist die IEC 62443 wichtig?

Der Schutz von InVeKoS geht über die Fertigung hinaus. Einige InVeKoS-Umgebungen erbringen Dienstleistungen und Versorgungsleistungen, die für die nationale und wirtschaftliche Sicherheit unerlässlich sind. Einige von ihnen könnten Menschenleben gefährden, wenn sie kompromittiert werden. Die IEC 62443 hilft dabei, die Widerstandsfähigkeit der Cybersicherheit zu gewährleisten, indem sie umsetzbare Richtlinien zur Sicherung von InVeKoS in jeder Umgebung, unabhängig von ihrer Kritikalität, bereitstellt. 

Die IEC 62443 konzentriert sich zunächst auf die industriellen Prozesse und legt Normen für die Kontinuität und Standards für industrielle Abläufe fest. Der Leitfaden legt den Schwerpunkt auf die Verfügbarkeit von InVeKoS - das ununterbrochene Funktionieren lebenswichtiger Systeme - und die Sicherheit von Personal und Öffentlichkeit.

Die Standards bieten auch einen Rahmen für die Cybersicherheit, der Unternehmen dabei hilft, sich gegen externe Angriffe zu schützen und die Angriffsfläche für ihre Operationen insgesamt zu verringern. Unternehmen sollten sich auf den Schutz von Daten und die Implementierung von Kontrollen konzentrieren, die das Prinzip der geringsten Privilegien fördern, wie z. B. minimaler und vereinfachter Netzwerkzugang. 

Die IEC 62443 hilft Organisationen auch dabei, eine Grundlage für die Cybersicherheit zu schaffen, die es ihnen ermöglicht, zahlreiche andere regulatorische und gesetzliche Anforderungen zu erfüllen. Diese Normen stimmen eng mit geografischen Vorgaben überein, z. B. mit der North American Electric Reliability Corporation (NERC) für Energie- und Versorgungsunternehmen in den USA. Durch den Aufbau einer soliden Grundlage für die Cybersicherheit können Unternehmen potenzielle rechtliche und finanzielle Strafen für die Nichteinhaltung von Vorschriften besser vermeiden. 

Verständnis von Zonen und Leitungen in IEC 62443

Das Konzept der Zonen und Conduits ist für die Auslegung der IEC 62443-Normen von entscheidender Bedeutung und spielt eine zentrale Rolle bei der Strukturierung der Netzarchitektur und der Sicherheitssegmentierung im InVeKoS. Innerhalb des InVeKoS sind Zonen unterschiedliche Bereiche mit spezifischen Sicherheitsanforderungen, die auf ihren Risikostufen und Betriebsfunktionen basieren. Diese sind durch Conduits miteinander verbunden, die die Kommunikationswege zwischen diesen Zonen darstellen. 

Die wirksame Umsetzung von Zonen und Kanälen erfordert einen strategischen Ansatz, der auf das jeweilige industrielle Umfeld zugeschnitten ist: 

• Risikobewertung und Netzsegmentierung: Durch Risikobewertungen werden kritische Anlagen, sensible Daten, Bedrohungen und Schwachstellen identifiziert, was den Sicherheitsarchitekten die Möglichkeit gibt, das Netzwerk in Zonen zu unterteilen und sichere Leitungen einzurichten.
• Definition von Zonen und Kanälen: Die Organisation kann Zonen klar definieren und eine sichere und kontrollierte Kommunikation zwischen ihnen einrichten, um einen begrenzten und überwachbaren Weg zu schaffen.
• Mehrschichtige Sicherheitsmaßnahmen: Sobald die Zonen eingerichtet sind, kann die Organisation mehrschichtige Sicherheitskontrollen einführen, um die Risiken zu mindern. Dazu gehören Firewalls, Systeme zur Erkennung von Eindringlingen und Maßnahmen zur Zugangskontrolle, um die einzelnen Zonen und ihre Leitungen zu stärken.
• Regelmäßige Überprüfung und Aktualisierung: Die Konfiguration jeder Zone und jedes Conduits muss regelmäßig überprüft und aktualisiert werden, um eine wirksame Bedrohungsabwehr zu gewährleisten. Dieser Prozess ist Teil eines Sicherheitslebenszyklus, der sich mit Änderungen an der Infrastruktur befasst.
• Ausbildung und Bewusstsein: Die Schulung und Sensibilisierung des Personals für die Zonen- und Leitungsstrukturen trägt zur Aufrechterhaltung der Sicherheit bei. Dies ermöglicht es den Mitarbeitern, die Bedeutung dieser Konzepte und ihre Rolle bei der Einhaltung der Sicherheitsprotokolle zu verstehen.
• Nutzung fortschrittlicher Technologien: Nutzung fortschrittlicher Technologien wie KI und maschinelles Lernen für eine verbesserte Erkennung von und Reaktion auf Bedrohungen. Dies kann Systeme zur Erkennung von Anomalien und automatische Reaktionsmechanismen umfassen.
• Einhaltung und Anpassung der Normen: Stellen Sie schließlich sicher, dass die Implementierung von Zonen und Leitungen mit den IEC 62443-Normen und anderen relevanten Vorschriften übereinstimmt.

Bei der Umsetzung der IEC 62443 müssen Unternehmen mehrere Sicherheitsrisikostufen definieren und berücksichtigen. Mit Hilfe dieses abgestuften Sicherheitsansatzes können Organisationen auf der Grundlage ihres Risikoprofils und ihrer betrieblichen Anforderungen geeignete Sicherheitsmaßnahmen festlegen. Dieser Ansatz stellt sicher, dass die Ressourcenzuweisung so effizient wie möglich erfolgt und die Sicherheitsausgaben reduziert werden, während gleichzeitig eine effektive Verteidigung aufgebaut wird. 

Sicherheitsstufe 1 (SL1) - Schutz gegen zufällige oder versehentliche Verletzungen

SL1 ist die grundlegendste Sicherheitsstufe, die für Umgebungen geeignet ist, in denen die Bedrohungen nicht sehr ausgeklügelt oder gezielt sind, und die zum Schutz vor zufälligen Verstößen gedacht ist. Diese Stufe umfasst die Implementierung grundlegender Sicherheitskontrollen zum Schutz vor zufälligen Verstößen, zu denen eine grundlegende Benutzerauthentifizierung, einfache physische Zugangskontrollen und ein grundlegender Schutz vor Malware gehören können. SL1 eignet sich für Systeme, bei denen die Auswirkungen einer Sicherheitsverletzung gering sind und die Sicherheit oder Betriebszuverlässigkeit nicht wesentlich beeinträchtigen.

Sicherheitsstufe 2 (SL2) - Schutz vor vorsätzlichen Verstößen mit einfachen Mitteln

SL2 erhöht die Sicherheit, um vorsätzliche Verstöße mit einfachen Mitteln zu verhindern. Diese Stufe eignet sich für Systeme mit mäßigen Risiken, bei denen potenzielle Angreifer über geringe Fähigkeiten und Ressourcen verfügen. SL2 ist in Szenarien anwendbar, in denen ein Verstoß mäßige Schäden oder Störungen verursachen könnte und robustere Sicherheitskontrollen als SL1, aber nicht die fortschrittlichsten Maßnahmen erfordert. Zu den Sicherheitsmaßnahmen auf dieser Stufe gehören stärkere Authentifizierungs- und Autorisierungsmechanismen, verbesserte Benutzerzugriffskontrollen und ein ausgefeilterer Schutz vor Malware. 

Sicherheitsstufe 3 (SL3) - Schutz vor komplexen Bedrohungen

SL3 soll vor hochentwickelten Bedrohungen schützen und umfasst fortschrittliche Sicherheitsmaßnahmen, die für Umgebungen mit hohem Risiko geeignet sind, in denen potenzielle Angreifer über erhebliche Fähigkeiten und Ressourcen verfügen. SL3 ist für Systeme erforderlich, bei denen eine Sicherheitsverletzung schwerwiegende Folgen haben könnte, einschließlich größerer Betriebsunterbrechungen oder Bedrohungen der menschlichen Sicherheit. Auf dieser Stufe sind die Sicherheitskontrollen strenger und umfassender, einschließlich fortgeschrittener Verschlüsselungstechniken, mehrstufiger Authentifizierung, Systemen zur Erkennung von Eindringlingen und regelmäßigen Sicherheitsaudits.

Über SL3 - Höchste Schutzstufe

Obwohl die IEC 62443 in erster Linie bis SL3 definiert ist, gibt es Szenarien mit unglaublich hohem Risiko, bei denen es um staatlich unterstützte Angreifer oder fortgeschrittene anhaltende Bedrohungen gegen kritische Infrastrukturen wie nationale Stromnetze geht. Diese höchste Stufe der Empfehlungen ist für Systeme reserviert, die im Falle einer Kompromittierung katastrophale Folgen haben könnten, die die nationale Sicherheit beeinträchtigen und/oder weit verbreiteten Schaden anrichten. Diese Stufen erfordern die strengsten Sicherheitskontrollen aufgrund der erhöhten Auswirkungen, möglicherweise einschließlich modernster Cybersicherheitstechnologien, ständiger Überwachung und einer hochentwickelten Reaktion auf Vorfälle.

Infrastruktur für öffentliche Schlüssel (PKI) und digitale Zertifikate sind wichtige Bestandteile der IEC 62443. Diese Technologien sind grundlegend für die Bewältigung der zunehmenden Sicherheitsbedrohungen und die Überprüfung der Identität von Geräten und Benutzern innerhalb des InVeKoS. Dies ist besonders wichtig für SL3 und darüber hinaus, wo die Bedrohungen immer raffinierter werden. Die Sicherung der Kommunikation und die Validierung autorisierter Stellen für kritische Systeme machen es Cyberkriminellen deutlich schwerer, erfolgreich zu sein.

PKI bietet eine digitale Identitätsüberprüfung durch den Einsatz von Public-Key-Kryptographie zur Authentifizierung von Unternehmen in einer industriellen Umgebung. Digitale Zertifikate dienen als elektronische Pässe, die eine Authentifizierung und eine sichere Datenübertragung ermöglichen. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Verschlüsselung der Kommunikation zwischen Geräten und gewährleisten Vertraulichkeit und Integrität bei der Übertragung.

Obwohl PKI wichtige Dienste ermöglicht, stehen Unternehmen vor verschiedenen Herausforderungen. 

• In komplexen industriellen Umgebungen, Verwaltung des Lebenszyklus von Zertifikaten aufgrund der großen Anzahl der beteiligten Geräte und Systeme entmutigend sein. Ohne zentralisierte Zertifikatserkennung und -verwaltung drohen falsch konfigurierte oder abgelaufene Zertifikate zu Ausfällen, Serviceunterbrechungen und sogar Geschäftsunterbrechungen zu führen.
• Die Integration von PKI in Altsysteme erfordert einen sorgfältigen, schrittweisen Ansatz. Legacy-PKI kommt mit einer Menge Gepäck - einschließlich manueller Prozesse, wuchernde Zertifikateund der Druck, sich mit den explodierenden Anwendungsfällen weiterzuentwickeln.

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, empfiehlt die IEC 62433 den Einsatz von Zertifikatsautomatisierungswerkzeugen zur effizienten Handhabung einer groß angelegten PKI-Einführung. Diese Werkzeuge können die Verwaltung digitaler Zertifikate vereinfachen, das Fehlerrisiko verringern und rechtzeitige Aktualisierungen sicherstellen. Sie bilden auch die Grundlage einer umfassenden Sicherheitsstrategie, die eine auf die spezifischen Bedürfnisse und die Architektur der InVeKoS-Umgebung zugeschnittene PKI beinhaltet.

Teil 4-2 der IEC 62443-Reihe stellt sicher, dass jedes Element eines InVeKoS gegen Cyber-Bedrohungen abgesichert ist. Die Norm betont die Implementierung robuster Authentifizierungsmechanismen sowohl für Geräte als auch für Benutzer. Dazu gehört auch der Einsatz einer Multi-Faktor-Authentifizierung an kritischen Zugangspunkten, um sicherzustellen, dass nur autorisierte Personen mit dem IACS interagieren können. Regelmäßige Aktualisierungen und die Verwaltung von Benutzeranmeldeinformationen und Zugriffsrechten sind ein wichtiger Bestandteil dieser Kontrolle und tragen zum Schutz vor unberechtigtem Zugriff bei.

Eine weitere wichtige Anforderung ist die Gewährleistung der Vertraulichkeit und Integrität der Daten, einschließlich Code-Signierungsmechanismen die Firmware- und software -Updates verifizieren. Dies wird durch branchenübliche Verschlüsselungsprotokolle bei der Datenübertragung und -speicherung erreicht. Die Sicherheit dieser Systeme wird durch die regelmäßige Aktualisierung von Chiffriersuiten weiter gestärkt, um sicherzustellen, dass die Daten vor sich entwickelnden Cyberbedrohungen geschützt bleiben.

Um die Widerstandsfähigkeit von InVeKoS-Komponenten zu erhöhen, empfiehlt die Norm die Entwicklung und Prüfung umfassender Pläne zur Reaktion auf Zwischenfälle. Die Implementierung von Redundanz- und Ausfallsicherungsmechanismen für kritische Komponenten ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung.

Herausforderungen bei der Umsetzung der IEC 62443 4-2:

Die technische Komplexität der IEC 62443 kann selbst die erfahrensten Sicherheitsarchitekten überfordern. Unternehmen wird empfohlen, in die Ausbildung von Fachpersonal zu investieren und externe Expertise zu nutzen, um Wissenslücken zu schließen.

Die Umsetzung von Änderungen auf der Grundlage von IEC 62443 4-2 kann einen hohen Ressourcenaufwand erfordern. Gehen Sie schrittweise und nach Prioritäten vor, um Verluste zu minimieren. Beginnen Sie mit den geschäftskritischen Bereichen und konzentrieren Sie sich auf kostengünstige Lösungen. 

Natürlich erschweren veraltete InVeKoS-Komponenten jeden Integrationsplan. Es ist möglicherweise nicht kosteneffizient, einige Systeme innerhalb einer Umgebung vollständig zu ersetzen. In der Zwischenzeit können alternative und mehrschichtige Sicherheitsmaßnahmen das mit diesen Systemen verbundene Risiko mindern.

Indem sie sich diesen Herausforderungen stellen und die Anforderungen der Norm einhalten, können Unternehmen die Sicherheit und Widerstandsfähigkeit ihrer industriellen Systeme erheblich verbessern.

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Fortschrittliche Fertigungstechnologien und digitale Integration haben den Weg zu Industrie 4.0 geebnet, was die betriebliche Effizienz verbessert hat. Diese zunehmende Vernetzung erhöht auch das potenzielle Risiko, zu dessen Bewältigung die IEC 62443 beiträgt, indem sie einen robusten Rahmen für den Schutz von industriellen Automatisierungs- und Steuerungssystemen gegen Cyber-Bedrohungen bietet.

Eine Schlüsselkomponente der modernen Fertigung ist das Konzept der "digitalen Zwillinge" - virtuelle Nachbildungen physischer Systeme, die zur Simulation und Analyse verwendet werden. Diese digitalen Zwillinge, die für die Prozessoptimierung und die vorausschauende Wartung unerlässlich sind, erfordern strenge Sicherheitsmaßnahmen, um Datenmanipulation oder -diebstahl zu verhindern. 

IEC 62443 spielt eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der Sicherheit von digitalen Zwillingen. Durch die Umsetzung der Richtlinien der Norm können Hersteller sicherstellen, dass die Daten und Algorithmen, die diese virtuellen Modelle steuern, vor unbefugtem Zugriff und Manipulationen geschützt sind.

Mit der Weiterentwicklung von Industrie 4.0 werden sich auch die Bedrohungen für die Cybersicherheit weiterentwickeln. Diese ständige Weiterentwicklung wird wahrscheinlich die Entwicklung und Anwendung der IEC 62443-Normen beeinflussen. Es ist zu erwarten, dass künftige Aktualisierungen und Wiederholungen der Norm auf neue Technologien und Bedrohungen eingehen werden. 

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Auf dem Weg zu einer robusten IACS-Sicherheit ist die Rolle einer PKI von grundlegender Bedeutung, unabhängig von der Sicherheitsstufe oder dem Stadium Ihrer Sicherheitsimplementierung. Die PKI-Infrastruktur schafft eine sichere Grundlage in IACS-Umgebungen und bietet einen strukturierten Ansatz für Authentifizierungs-, Verschlüsselungs- und digitale Signaturprozesse. 

Werkzeuge für Unternehmen die auf dem EJBCA Framework aufbauen ermöglichen es Unternehmen, PKI in jeder Umgebung schnell zu implementieren und zu skalieren.

Die Automatisierung von PKI-Prozessen ist von zentraler Bedeutung für die Rationalisierung der Sicherheitsverwaltung und die umfassende Ausstellung, Erneuerung und den Widerruf von Zertifikaten. Viele Organisationen verwenden Unternehmenstools, um Transparenz und automatisierte Kontrolle über PKI zu erlangenund vermeiden so Ausfälle, die durch manuelle, fehleranfällige Prozesse verursacht werden.

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