Motivation
Kritische Infrastrukturen wie die Energieversorgung, medizinische Systeme oder die Verkehrssteuerung, die in cyber-physischen Systemen (CPS) beschrieben werden, werden zwangsläufig immer komplexer. Die Betriebssicherheit dieser Systeme durch Berechnungen, Modellbildungen und analytische Verfahren im Vorfeld sicherstellen zu wollen, ist bei der steigenden Komplexität der Systeme und der Vielzahl an nicht vorhersagbaren Eingaben unzureichend.
Ziele und Vorgehen
Das Projekt PYRATE entwickelt ein intelligentes, lernendes System zur Analyse von CPS. Dabei kommt ein System von Softwareagenten zum Einsatz, das sich nur anhand einer Beschreibung der vorhandenen Sensoren und Aktuatoren vollautomatisch an das CPS adaptiert. In der Untersuchung wird das CPS durch einen sogenannten digitalen Zwilling repräsentiert. Die zukünftige PYRATE-Softwaretechnologie soll dabei eigenständig ein Modell des Systems entwickeln; aus dieser Fähigkeit zur Adaption anhand der Schnittstellen rührt auch der Name der vielgestaltigen – polymorphen – Agenten. Diese Agenten koordinieren sich, um eine Schwachstelle zu finden, bei der die Teildomänen des Gesamtsystems zwar korrekt arbeiten, das Gesamtsystem im Zusammenwirken der Domänen aber destabilisiert wird. Insbesondere sogenannte Angreifer, die „Schlupflöcher“ in Regularien nutzen, sind Ziel der Analysestrategie. PYRATE soll Experten ermöglichen, diese Schlupflöcher zu schließen, die bei traditioneller Betrachtung eines CPS nicht aufgefallen wären. Den Angreifern werden zudem KI-Verteidiger entgegen gestellt, die das System betriebssicher halten sollen. Sie erlernen ihre Strategie zur Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit direkt von den Angreifern.
Innovationen und Perspektiven
Die Analyse komplexer CPS wird in allen Domänen zum drängenden Thema. Die PYRATE-Softwaretechnologie liefert dazu einen innovativen Ansatz, vor allem dann, wenn ihre inneren Zusammenhänge wenig oder unvollständig analytisch beschrieben sind. Die KI-Verteidiger sind der nächste Schritt in einem sicheren Betrieb der komplexen Infrastruktur.