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Intrusion Detection Systemen für Industrie und Automotive

Intrusion Detection Systeme sind schon seit vielen Jahren auf dem Markt und sie werden nach wie vor häufig vor allem in Rechenzentren eingesetzt. Selbst im IT-Bereich ist die Firewall alleine nicht ausreichend, um ein Netzwerk vor unerwünschten Eindringlingen zu schützen. Neben den kommerziellen Systemen gibt es Open-Source-Systeme wie SNORT, die recht gut an die jeweiligen Anforderungen anpassbar sind. Allerdings nur solange, wie man einen leistungsfähigen Rechner als Plattform zur Verfügung hat.

Systeme für die Embedded Welt sind bisher noch praktisch unbekannt. Die wichtigsten Anforderungen sind hier:

• Ein Intrusion Detection System muss neben den Internet Protokollen wie TCP/UDP/ICMP auch Protokolle wie EtherCat, Profinet, CAN, FlexRay und AVB verstehen können

• Neben regelbasierten IDS sind auch Anomalie basierte IDS wünschenswert, da sehr wenig Historie zu bekannten Angriffen vorhanden ist

• Die speziellen Rahmenbedingungen wie geringe Größe, geringe Kosten und geringer Stromverbrauch sind einzuhalten

Diese Anforderungen sind mit normalen Embedded-Mikrocontrollern nicht gleichzeitig realisierbar. Sie erfüllen zwar die Rahmenbedingungen, haben aber viel zu wenig Rechenleistung, um ein IDS aufzubauen. Eine Applikationscontroller-Plattform mit leistungsfähiger CPU wäre dazu in der Lage, ist aber nicht flexibel genug, um auf die wechselnden Anforderungen vor allem bezüglich spezieller Schnittstellen einzugehen.

Außerdem sprengt ein solcher Ansatz leicht die Embedded-Rahmenbedingungen. Notwendig ist eine Controller-Architektur, die sowohl flexible Interfaces als auch hohe und vor allem skalierbare Performance aufweist. Derzeit ist das z.B. mit der XCORE Architektur von XMOS machbar.

Die XCORE Architektur

XMOS bezeichnet seine xCORE Multicore-Bausteine als neue Klasse von Mikrocontrollern. Insbesondere deshalb, weil sie mehrere unabhängige Controller-Kerne auf einem Baustein bereitstellen, deren Arbeit zeitlich exakt vorhersehbar ist und die auf sehr flexible I/Os zugreifen können.

Der Unterschied zu anderen Multicore-Controller-Bausteinen auf Basis von ARM oder x86 ist die Technik, in der die Controller-Kerne aufgebaut sind. Diese sind nicht physikalisch vorhanden sondern logisch existent und bilden zusammen mit der Ablaufsteuerung ein in Hardware gegossenes Echtzeit-Betriebssystem. Die Verteilung der Tasks auf die parallel arbeitenden virtuellen Prozessoren ist in der Software einfach zu steuern und wird auf Wunsch auch vom Tool visualisiert. Eine typische Taskverteilung in einem System mit zwei Ethernet Ports ist im Bild (siehe Bildergalerie) dargestellt.

Der große Vorteil einer solchen Architektur ist zum einen der sehr geringe Verbrauch von kostbarem Silizium und zum anderen ein bisher nicht da gewesener Freiheitsgrad bei der Programmierung von parallelen Prozessen. Die genaue Anzahl der eingesetzten Prozessorkerne lässt sich flexibel steuern, ohne dass nicht genutzte Kerne Platz und Leistung verschwenden würden.

Natürlich gibt es in der Realität doch ein paar Einschränkungen, aber trotzdem ist diese Architektur extrem Ressourcen- und damit Kosten-sparend. Ein idealer Prozessor für Embedded Applikationen also.

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