Frühwarnsysteme für Industrieumgebungen OT-Monitoring: Anomalien erkennen, bevor es zu spät ist

In industriellen Umgebungen kann ein unerwarteter Netzwerkfehler schnell weitreichende Folgen haben – bis hin zum Stillstand der gesamten Produktion. Viele solcher Vorfälle lassen sich vermeiden, wenn im Vorfeld schon kleinste Anzeichen für Probleme identifiziert werden.

Durch die zunehmende Vernetzung von IT und OT steigt das Risiko für Produktionsausfälle und Sicherheitsvorfälle. Zuletzt haben Cyberangriffe auf industrielle Sektoren deutlich zugenommen, etwa auf industrielle Steuerungssysteme, SPS, HMI oder Sensoren. Traditionell wird bei OT-Netzwerken mehr Wert auf operative Funktionalität und Zuverlässigkeit als auf Sicherheitsmaßnahmen gelegt. Herkömmliche IT-Sicherheitstools wie Firewalls und Antivirensoftware bieten wohl einen gewissen Schutz, können OT-Umgebungen jedoch nicht vollständig sichern. Zwar können diese Sicherheitstools bekannte Bedrohungen und Signaturen erkennen, aber keine unbekannten Bedrohungen abwehren. Es stellt sich also die Frage, wie sich Probleme rechtzeitig im Vorfeld anhand von Verhaltensänderungen und anderen Indikatoren feststellen lassen, bevor Malware-Signaturen zu erkennen sind.

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Mit Netzwerk-Monitoring Auffälligkeiten rechtzeitig erkennen

Die Erkennung von Anomalien ist ein unverzichtbares Werkzeug, um Abweichungen von regulären Mustern zu finden. Diese können auf Sicherheitsverletzungen oder Ausfälle von Geräten hindeuten, die den Produktionsbetrieb möglicherweise stören. Doch was zeichnet eine effiziente Erkennung von OT-Anomalien überhaupt aus?

Die Erkennung von Anomalien beginnt damit, dass man sich Wissen darüber aneignet, was in einer spezifischen Umgebung überhaupt normales Verhalten ist. Monitoring-Tools analysieren industrielle Netze kontinuierlich. Dies geschieht durch die Sammlung von Daten aus verschiedenen Quellen, um Basiswerte zu definieren. Dazu gehören u.a.:

• Traffic zwischen industriellen Geräten,

• Kommunikationsmuster zwischen SPS und HMI,

• typische Befehlssequenzen in industriellen Protokollen,

• normale Betriebsparameter für Geräte,

• erwartete Datenflüsse über IT-/OT-Grenzen hinweg.

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Nach Festlegung dieser Basiswerte können Monitoring-Tools Änderungen erkennen, die Sicherheitsbedrohungen oder betriebliche Herausforderungen darstellen. In Industrieumgebungen ermöglicht Netzwerk-Monitoring mehrere Methoden zur Erkennung von Anomalien:

• Ungewöhnliche Werte lassen sich erfassen, indem Abweichungen von festgelegten historischen Mustern zu denselben Zeiten an verschiedenen Tagen oder Wochen identifiziert werden. Dies eignet sich gut zur Erkennung von ungewöhnlichen Mustern im Traffic, die auf Datendiebstahl oder unbefugte Befehle hinweisen können.

• Mit bestimmten Grenzwerten für wichtige Parameter können Warnmeldungen aktiviert werden, wenn die Messwerte die normalen Werte überschreiten.

• Mit leistungsstarken Sensoren können Berechnungen aus verschiedenen Sensorwerten entwickelt werden. So lassen sich verdächtige Verhalten analysieren, indem das Verhältnis zwischen Produktionsvolumen und Netzwerkverkehr berechnet wird.

• Mit dem Monitoring unterschiedlicher industrieller Protokolle wie Modbus TCP und OPC UA können Benutzer über abnormale Befehle oder nicht sequenzielle Vorgänge benachrichtigt werden, die auf Manipulationsversuche hindeuten können.

• Monitoring-Lösungen durch Integration mit spezialisierten OT-Tools zu kombinieren, erhöht die Sicherheit.

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Operative Vorteile der Anomalieerkennung

• Frühwarnung bei Geräteproblemen: Auf ungewöhnliche Verhaltensmuster folgen oft Geräteausfälle. Durch frühzeitige Erkennung von Anomalien können Wartungsteams Servicearbeiten im Voraus planen, bevor es zu Produktionsausfällen kommt.

• Qualitätskontrolle: Abweichungen von Prozessparametern führen zu Problemen bei der Produktqualität. Proaktives Netzwerk-Monitoring hilft bei der Erkennung von abnormalen Zuständen, die die Produktionsqualität beeinträchtigen könnten.

• Energieoptimierung: Ineffizienzen oder Probleme bei Geräten lassen sich durch abnormale Energieverbrauchsmuster aufdecken. Das Monitoring dieser Muster hilft bei der Optimierung des Energieverbrauchs.

• Compliance-Dokumentation: Kontinuierliches Monitoring liefert den Nachweis, dass die Betriebsprozesse innerhalb der festgelegten Grenzen bleiben.

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6 Schritte zur Implementierung von Netzwerk-Monitoring

• 1. Gründliche Bestandsaufnahme: Systeme, die nicht inventarisiert wurden, können auch nicht geschützt werden, deshalb sind vollständige Aufzeichnungen über jedes Gerät, jede Verbindung und über die Kommunikationsmuster innerhalb der OT-Umgebung nötig.

• 2. Implementierung in Phasen: Den Anfang macht das Monitoring wichtiger Systeme. Der Umfang kann erweitert werden, sobald Fachwissen und Sicherheit aufgebaut wurden.

• 3. Schwellenwerte sorgfältig anpassen: Fehlalarme können zu einer Alarmmüdigkeit führen. Nach sorgfältiger Überlegung sollten geeignete Schwellenwerte für eine spezifische Umgebung festgelegt werden.

• 4. Benutzerdefinierte Dashboards erstellen: Mit Mapping-Tools können Betreiber und Sicherheitsteams den Zustand und die Sicherheit der OT über visuelle Dashboards überwachen.

• 5. Klare Reaktionsverfahren entwickeln: Alle Teammitglieder müssen die erforderlichen Maßnahmen verstehen, wenn Anomalien erkannt werden. Schriftliche Protokolle für die Reaktion auf verschiedene Alarmkategorien unterstützen dies.

• 6. Regelmäßige Überprüfungen und Aktualisierungen: Industrielle Umgebungen verändern sich im Laufe der Zeit. Überwachungskonfigurationen müssen regelmäßig überprüft und überarbeitet werden, um ihre Wirksamkeit aufrechtzuerhalten.

Fazit

Die zunehmende Vernetzung von OT- und IT-Systemen macht Produktionsumgebungen anfälliger für Störungen und Angriffe. Eine zuverlässige Erkennung von Anomalien ist daher beim Monitoring unverzichtbar, um Ausfälle, Sicherheitsvorfälle und Qualitätsprobleme frühzeitig zu erkennen und geeignete Maßnahmen zur Behebung einzuleiten. Entscheidend ist, die spezifischen Standards der eigenen OT-Umgebung zu kennen und Abweichungen konsequent zu überwachen. Wer OT-Monitoring schrittweise implementiert, klare Prozesse definiert und seine Systeme regelmäßig überprüft, schafft die Grundlage für mehr Sicherheit, Effizienz und Stabilität im industriellen Betrieb.

Über den Autor

Daniel Sukowski ist Global Business Developer bei Paessler.

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