Sicherheit und Echtzeit für industrielle Netzwerke Fraunhofer entwickelt IP-Core für sichere 5G/6G-Kommunikation

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Ein gemeinsames Projekt von Fraunhofer IPMS und Aconnic AG bringt MACsec und TSN in einem IP-Core zusammen. Die Lösung soll industrielle 5G- und 6G-Netzwerke zugleich absichern und beschleunigen.

Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS) hat gemeinsam mit der Aconnic AG einen neuen IP-Core entwickelt, der erstmals MACsec-Verschlüsselung und Time-Sensitive Networking (TSN) in einem Baustein vereinen soll. Nach Angaben der Projektpartner wurde der Core im Rahmen des Förderprojekts »RealSec5G« realitätsnah getestet – unter anderem mit simulierten Angriffen und hoher Datenlast.

Zwei Technologien, ein Chip

MACsec schützt Ethernet-basierte Datenverbindungen durch Verschlüsselung auf der Sicherungsschicht. TSN hingegen sorgt für Echtzeitfähigkeit und präzises Timing in Netzwerken. Beide Technologien gelten als Schlüsselkomponenten für industrielle Kommunikation, etwa in der Produktion, im Fahrzeugbau oder in der Energietechnik. Bisher wurden sie jedoch meist getrennt implementiert – mit entsprechend hohem Integrationsaufwand.

Mit dem neuen Ansatz sollen nun manipulationssichere Datenströme und deterministisches Verhalten gleichzeitig möglich werden. Die Forscher kombinierten laut eigenen Angaben vorhandene IP-Cores beider Technologien zu einem praxistauglichen Modul. Der demonstrierte Aufbau basiert auf einer handelsüblichen FPGA-Plattform und soll Datenraten im Multigigabit-Bereich unterstützen.

Getestet unter Realbedingungen

Nach Angaben des IPMS zeigte der kombinierte IP-Core im Test keine Beeinträchtigung der Zeitstempelgenauigkeit oder Übertragungsgeschwindigkeit. Auch unter simulierten Angriffsszenarien habe die Lösung durchgehend authentifizierte und fehlerfreie Datenübertragungen ermöglicht.

Damit adressiere das System zwei kritische Anforderungen zukünftiger Netzwerkinfrastrukturen: Echtzeitfähigkeit und Sicherheit. Der Hardware/Software-Co-Design-Ansatz ermögliche eine flexible Integration in bestehende Systeme – ein wichtiger Aspekt für Industrie- und Infrastrukturanwendungen.

Potenzial für weitere Branchen

Die Ergebnisse könnten laut den Projektpartnern über klassische Einsatzfelder wie Verkehr und Energie hinaus Wirkung entfalten. Auch in der Verwaltung, im Gesundheitswesen oder in der IT-Sicherheit sei der Einsatz denkbar. Darüber hinaus sehen die Beteiligten langfristige Entwicklungschancen in der Verbindung mit Quantentechnologien, insbesondere im Kontext von Post-Quanten-Kryptografie.

Dr. Alexander Noack, Bereichsleiter DCC am Fraunhofer IPMS, ordnet das Projekt als Grundlage für sichere Kommunikation in 5G- und 6G-Netzen ein. Die Kombination von TSN und MACsec biete eine integrierte Antwort auf steigende Anforderungen an industrielle Netze.

Über TSN

Bei TSN (Time Sensitive Networking) handelt es sich um Kommunikationsstandards für Ethernet Kommunikation mit Echtzeit-Synchronisation, Redundanz und Übertragungsgarantien. Hier steht die funktionale Sicherheit mit möglichst geringer Fehleranfälligkeit im Fokus.

Über MACsec

MACsec ist ein internationaler Sicherheitsstandard zum Schutz von Ethernet-basierten Netzwerken. Er sorgt für Vertraulichkeit und Integrität der Kommunikation, wichtigen Aspekten der Datensicherheit von offenen und geschlossenen Netzwerken. MACsec verwendet kryptografische Techniken, um sicherzustellen, dass die übermittelten Informationen nicht manipuliert oder abgehört werden können.

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