Cyber-Attacken auf Stromnetze

Wie robust urbane Infra­strukturen in Krisen sind, hängt vor allem von einer stabilen Strom­versorgung ab. Für die Planung der intel­ligenten Netze der Zukunft, die ohnehin volatilen Bedingungen ausgesetzt sind, ist dies eine Heraus­forderung. Denn in Smart Grids spielen nicht nur viele Komponenten zusammen, sie werden auch zunehmend auto­matisiert gesteuert und damit verletzlicher für Störungen durch Cyber-Attacken oder Natur­katastrophen. Forscher des Karlsruher Instituts für Tech­nologie KIT wollen die Resilienz der Netze ziel­gerichtet und nachhaltig stärken.

„Mit der zunehmenden Steuerung unserer Strom­versorgung durch Infor­mations- und Kommunikations­technologien vergrößert sich die Angriffs­fläche“, erklärt Sadeeb Simon Ottenburger, Wissen­schaftler am Institut für Kern- und Energie­technik. Der Austausch von Daten über eine parallel laufende IKT-Infra­struktur ist die Voraus­setzung für eine dezentrale, am Bedarf orientierte und ökonomische Strom­versorgung, wie Smart Grids sie künftig ermöglichen sollen. Über die Mani­pulation dieser Daten können Hacker bereits heute Bedarfs­zahlen und Werte verändern und so eine vermeint­liche Überlastung des Netzes herbei­führen oder auch einzelne Komponenten ausschalten, die Strom einspeisen sollen. „Theo­retisch kann man alles hacken“, sagt der Experte. Was dies bedeutet, zeigt zum Beispiel ein Blick in die Ukraine, wo eine solche Attacke im Dezember 2015 die Strom­versorgung lahmlegte.

Mit Blick auf mögliche Cyber-Angriffe, aber auch auf andere Krisen­szenarien wie Erdbeben oder Starkregen zielt Otten­burger auf eine präventive Strategie, die bereits in der Planungs­phase Risiken berück­sichtigt und im Energie­management­system implementiert werden soll. Sie soll in Echtzeit greifen, und dies nicht erst bei einem Blackout, sondern bereits bei Strom­mangel-Szenarien, den Brownouts. Hierfür setzt der Mathe­matiker an zwei Stellschrauben an. Freiheits­grade bietet zum einen die Gestaltung der Netz­topologie. Sie soll auf „Micro Grids“ aufbauen, also vielen kleinen Inseln, die voneinander unab­hängig Strom zur Verfügung stellen können. Dies bietet unter anderem die Möglichkeit, kritische Infra­strukturen auf verschiedene Mikronetze zu verteilen. Ein solches Subnetz konnte zum Beispiel nach dem Erdbeben in Fukushima die Strom­versorgung eines Universitäts­klinikums sicher­stellen.

Spielraum bietet zum anderen die Konfi­guration der für die Strom­verteilung wichtigen Komponenten innerhalb eines „Micro Grids“, also der Erzeuger und Speicher sowie der Kompo­nenten des IKT-Netzes selbst. Die Topologie eines Smart Grids, welche durch die Zerlegung in „Micro Grids“ und die Konfi­guration der Einzelnetze im Wesent­lichen bestimmt wird, soll als variabler Parameter in ein Simulations­modell einfließen. Dieses kann für einzelne Modell­städte verschiedene Ausfall-Szenarien durchspielen und dabei sich ändernde Rahmen­bedingungen und die Situation in anderen kritischen Infra­strukturen mit einbeziehen. „Wir öffnen in der Energie­forschung am KIT ein neues Feld und wollen mit unserem Modell einen weiteren Beitrag leisten, um die Resilienz urbaner Räume insgesamt zu stärken“, betont Ottenburger.

Das Simulations­modell soll in Koopera­tion mit dem Center for Disaster Manage­ment and Risk Reduction Techn­ology (CEDIM) auf der Basis lokaler Daten aus Karlsruhe entstehen. Am CEDIM, einer inter­disziplinären Forschungs­einrichtung des KIT, kooperieren 16 Institute im Bereich des Katastrophen­managements. Sie entwickeln Werkzeuge und Tech­nologien, die helfen, natürliche und vom Menschen verur­sachte Risiken zu analysieren, früher zu erkennen und besser zu bewältigen.

KIT / JOL