Step-Up!CPS Software-Methoden und Technologien für Modulare Updates von Cyber-Physischen Systemen

Motivation

Der Einbau von vernetzten eingebetteten Systemen in Industrie- und Alltagsprodukte
stellt die Verbindung von physischer und Cyber-Welt her – es entstehen Cyber-Physische Systeme (CPS).  In  nahezu  allen  Industriezweigen  übernehmen  bereits  heute  CPS  neben  Komfortfunktionen auch  sicherheitskritische  Kontrollfunktionen  (z.B. beim automatisierten  Fahren,   der Steuerung  von Produktionsanlagen, in Energienetzen oder medizinischen  Geräten).  Auf  Grund  des  hohen Schadenspotentials  bei  Fehlfunktionen  und  der  großen  Komplexität  dieser  CPS  ist  ihre  modulare Updatefähigkeit während des Betriebs – d.h. die Aktualisierung einzelner, auch sicherheitskritischer Funktionen  mit  nachweislicher  Erhaltung  der  Betriebssicherheit  des  Gesamtsystems ¬–  von überragender Bedeutung.

Im  Gegensatz  zu  Smartphones  und  PC-Betriebssystemen,  bei  denen  regelmäßige  Aktualisierungen zum  Alltag  gehören,  stellen  Updates  von  sicherheitskritischen  CPS  wesentliche  höhere Anforderungen an die Architekturen dieser Systeme und die Absicherung ihrer Updates. Es werden neue Methoden, Technologien und Prozesse benötigt, mit denen der Erhalt der Betriebssicherheit der  aktualisierten  Systeme  nachgewiesen  werden  kann.  Gleichzeitig  werden  neue  Methoden  und Technologien  benötigt,  um  die  enorme  Varianten-  und  Konfigurationsvielfalt  bei  Updates  im  Feld beherrschen  zu  können.

Im Rahmen von Step-Up!CPS werden domänen-übergreifende Software-Methoden,  Technologien  und  Prozesse (TRL  3-4) für  sichere,  modulare  CPS-Updates  erforscht, die folgende Aspekte umfassen:

 

  • Hardware-Virtualisierung  und  Dienste  in  einer  CPS-Middleware  zur  Durchführung  der Updates,
  • Charakterisierung  der  zu  integrierenden  Funktionen  bezüglich  aller  potentiell sicherheitsrelevanten Aspekte und entsprechende Prüfkonzepte (z.B. Ressourcenbedarf), 
  • semantisch abgesicherte Safety- und Security-Mechanismen, 
  • Mechanismen zur Laufzeitüberwachung der Betriebssicherheit (run-time Monitoring)
  • Fail-operational Mechanismen zur redundanten Absicherung von Updates.

Die Middleware und ihre Dienste für Safety & Security werden als proof-of-concept realisiert und in den Forschungsinfrastrukturen der Partner in drei  Anwendungsbereichen  (Automotive, Industrie 4.0, Maritime)  anhand  von  Use  Cases  zu evaluiert und zu demonstriert.

Personen
Publikationen
Design and Analysis of an Online Update Approach for Embedded Microprocessors

Patrick Uven and Philipp Ittershagen and Kim Grüttner; The 6th International Embedded Systems Symposium; 2019

An Approach for Safety Assessment for Highly Automated Systems Applied to a Maritime Traffic Alert and Collision Avoidance System

Sebastian Vander Maelen, Matthias Büker, Birte Kramer, Eckard Böde, Sebastian Gerwinn, Georg Hake, Axel Hahn; 2019 4th International Conference on System Reliability and Safety (ICSRS); 2019

Functional Test Environment for Time-Triggered Control Systems in Complex MPSoCs

Razi Seyyedi, Sören Schreiner, Maher Fakih, Kim Grüttner andWolfgang Nebel; Microprocessors and Microsystems; 2020

Measurement-based Online Verification of Timing Properties in Distributed Systems

Günter Ehmen and Björn Koopmann and Yosab Bebawy and Philipp Ittershagen; Proceedings of the 2nd IEEE International Conference on Omni-layer Intelligent Systems (COINS'20); 009 / 2020

Incremental Contract-based Verification of Software Updates for Safety-Critical Cyber-Physical Systems

Yosab Bebawy, Houssem Guissouma, Sebastian Vander Maelen, Janis Kröger, Georg Hake, Ingo Stierand, Martin Fränzle, Eric Sax, Axel Hahn; The 2020 International Conference on Computational Science and Computational Intelligence (CSCI); 12 / 2020

Towards Recertification of Modular Updates in Integrated Maritime Systems of Systems

Hake, Georg and Feuerstack, Sebastian and Hahn, Axel; Computer Safety, Reliability, and Security; 2020

Partner
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
www.uni-oldenburg.de
Karlsruher Institut für Technologie
www.kit.edu
FZI Forschungszentrum Informatik
www.fzi.de
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
www.dlr.de
SafeTRANS
Step-Up!CPS

Laufzeit

Start: 01.10.2018
Ende: 30.09.2021

Fördermittelgeber

Verwandte Projekte

ENABLE-S3

European Initiative to Enable Validation for Highly Automated Safe and Secure Systems