Veränderbare künstliche Oberflächen als Zufallsquellen für IoT-Kleinstgeräte
Die Digitalisierung und die damit einhergehende zunehmende Vernetzung von Gegenständen und Geräten, das sogenannte Internet der Dinge (IoT), prägen unsere moderne Gesellschaft. Doch mit der steigenden Anzahl vernetzter Geräte wächst auch deren Angriffsfläche. Sicherheit und Datenschutz spielen deshalb eine zunehmend wichtige Rolle in IoT-Projekten - erschweren aber gleichzeitig die Umsetzbarkeit, da viele Sicherheitsmechanismen zusätzliche Rechenkapazität und Energieaufwände benötigen. Dies betrifft insbesondere die für eine sichere Kommunikation nötige Schlüsselverteilung. IoT-Geräte kommunizieren häufig über Funk, wo natürliche Störungen in Form von Rauschen auftreten. Diese können genutzt werden, um Zufallszahlen abzuleiten, welche als Grundlage für kryptographische Schlüssel dienen. Das Rauschen als physikalische Eigenschaft erlaubt so eine ressourcenschonendere Schlüsselverteilung.
Im Projekt MetaSec wird auf Basis physikalischer Eigenschaften daran gearbeitet, sichere Schlüssel für Funkkanäle zu erzeugen (Physical Layer Security). In festen Umgebungen wie beispielsweise Fabriken ist unklar, wie die Störungen eines Funkkanals erfolgen. Die Störungen können zum einen sehr gering sein, sodass die Schlüsselerzeugung sehr lange dauert. Zum anderen können die Störungen sehr gleichförmig sein, sodass keine hinreichende Zufälligkeit der erzeugten Schlüssel vorliegt. Dies ist etwa in Fabriken der Fall, in denen Maschinen über lange Zeit am selben Ort stehen und gleiche Bewegungen ausführen. Die Funkstörungen sind also umgebungsabhängig und möglicherweise spezifisch. Im Projekt wird darum ein innovativer Ansatz verfolgt, bei dem veränderbare, speziell gefertigten künstliche Oberflächen verwendet werden, um zuverlässig hinreichend zufällige Störungen in der Funkübertragung zu erzeugen. Die geplanten Materialien können gezielt elektromagnetisch verstimmt werden und verändern somit laufend die Umgebung der Geräte und erzeugen zufällige Störungen im Funk.
Die zentrale Innovation liegt in der Nutzung von konfigurierbaren speziell gefertigten künstliche Oberflächen zur schnelleren und sicheren Erzeugung von Schlüsselmaterial auf IoT-Kleinstgeräten. Durch die Verschiebung wesentlicher Logik in die Steuerung der künstlichen Oberflächen können die einzelnen IoT-Geräte bedeutend einfacher und somit ressourcenschonender konstruiert werden. Gleichzeitig muss nur die Steuerung der künstlichen Oberflächen höchste Sicherheitsanforderungen erfüllen, welche wesentlich leichter zu überprüfen sind, als die sämtlicher IoT-Kleinstgeräte. Die Notwendigkeit nur eine zentrale Komponente zu Prüfen macht eine eigenständige Kontrolle von Sicherheitseigenschaften plausibel möglich, verringert so Abhängigkeiten und trägt zur digitalen Souveränität bei. Diese neue Technologie wird zunächst im Industrieumfeld eingesetzt, um Industrieunternehmen effiziente und kostengünstige Sicherheitslösungen zur Verfügung zu stellen. Mittelbar ist auch ein Einsatz im privaten Umfeld, zum Beispiel im Bereich Heimautomatisierung, denkbar, sodass auch Bürgerinnen und Bürger profitieren.