Wie lässt sich die Sicherheit einer Produktionsanlage testen, ohne den laufenden Betrieb zu gefährden? Wie können Unternehmen Cyberangriffe analysieren, Gegenmaßnahmen erproben und Mitarbeitende realitätsnah schulen? Der Digitale Zwilling der Fischertechnik-Lernfabrik bildet eine physische Fabrikanlage als virtuelles Abbild nach und macht Angriffe, Auswirkungen und Schutzmaßnahmen risikofrei erlebbar. Eine Übersicht der Funktionen und Einsatzmöglichkeiten des Demonstrators finden Sie nachfolgend.
Zusätzlich bieten wir Schulungen und Workshops an, die kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) dabei unterstützen, ihre IT/OT-Systeme besser abzusichern.
Detailbeschreibung:
Der Demonstrator „Digitaler Zwilling Fischertechnik“ ist ein virtuelles Abbild der physischen Fischertechnik-Lernfabrik. Er spiegelt das Verhalten der realen Anlage in Echtzeit wider und ermöglicht es, den Zustand des physischen Zwillings fortlaufend zu überwachen. Sowohl das physische Modell als auch der digitale Zwilling nutzen das MQTT-Kommunikationsprotokoll für den Datenaustausch. Es ist in der Industrie und im IoT-Umfeld weit verbreitet und dient dazu, Messwerte, Statusmeldungen und Steuerbefehle zwischen Maschinen, Sensoren und Software auszutauschen. Dabei veröffentlichen die Geräte ihre Daten zu bestimmten Topics bei einem zentralen Vermittler, dem MQTT-Broker, der sie an alle interessierten Teilnehmer weiterleitet. Allerdings weist das MQTT-Protokoll einige Sicherheitslücken auf, wie beispielsweise das Fehlen einer Verschlüsselung, wodurch Angreifer, die sich Zugriff auf das System verschaffen, Zugriff auf den gesamten Systemverkehr erhalten. Im Kontext der IT-Sicherheit eröffnet der Digitale Zwilling folgende Möglichkeiten: Testangriffe und Gegenmaßnahmen lassen sich gefahrlos erproben, Cyberangriffe können nachträglich analysiert und forensisch ausgewertet werden, und der Zwilling kann als sogenannte „Honigtopf“ (Honeypot) für Angreifer eingesetzt werden.
Ergänzend steht eine VR-Version des Digitalen Zwillings zur Verfügung, die ein immersives Eintauchen in die virtuelle Anlage für Schulungs- und Lernzwecke ermöglicht.
Vorteile der Lösung:
Sicheres Testing: Risikofreie Testangriffe und Gegenmaßnahmen am Digitalen Zwilling, ohne die reale Anlage oder den Produktionsbetrieb zu gefährden.
Angriffsanalyse und Forensik: Cyberangriffe lassen sich nachträglich untersuchen, nachvollziehen und besser verstehen.
Honeypot: Der Zwilling lockt Angreifer an, protokolliert deren Zugriffsversuche und blockiert diese, während die reale Anlage geschützt bleibt.
24/7-Training: Der Digitale Zwilling ist jederzeit verfügbar und lässt sich für Lernzwecke einfach verbreiten und einsetzen, unabhängig vom physischen Modell.
Ein digitaler Zwilling kann Netzwerkverkehr und Betriebsdaten generieren, ohne dass es dabei zu Ausfallzeiten in einer realen Fabrik kommt. Diese Daten könnten dazu genutzt werden, KI-Algorithmen zu trainieren, um künftig Angriffsvektoren zu erkennen.
Steigerung der Produktivität: Tests, Schulungen und Analysen laufen am digitalen Modell, ohne den Betrieb der realen Anlage zu unterbrechen.
Praxisnaher Ansatz: Orientiert sich an realen IT/OT-Umgebungen und eignet sich besonders für die Anforderungen von KMU.
Immersives Lernen: Die VR-Version ermöglicht ein direktes Eintauchen in die virtuelle Anlage und macht technische Zusammenhänge anschaulich erlebbar.
Demonstrationsszenarien:
Am Digitalen Zwilling lassen sich mehrere Betriebsszenarien testen. Zum Beispiel können Abläufe und Konfigurationen zunächst im virtuellen Modell getestet werden, bevor sie an der realen Anlage umgesetzt werden. Auf diese Weise können Fehler erkannt und der laufende Betrieb geschützt werden. Zudem werden Cyberangriffe am digitalen Modell simuliert, ohne dass die reale Anlage davon betroffen ist. Teilnehmende sehen so, wie ein Angriff abläuft und welche Auswirkungen er hat, und können Gegenmaßnahmen gefahrlos erproben. Im Honeypot-Szenario wird der Digitale Zwilling mit dem externen Netzwerk verbunden und tritt dort als echtes Fabriksystem auf. Alle Zugriffe werden überwacht, Angriffsversuche werden protokolliert und blockiert. So bleibt die reale Anlage geschützt, und das Vorgehen von Angreifern kann beobachtet und ausgewertet werden. Ergänzend ermöglicht die VR-Version ein immersives Training. Teilnehmendes Tauchen in die virtuelle Anlage ein und erleben deren Aufbau, Abläufe und, im Fall eines simulierten Angriffs, auch dessen Folgen unmittelbar in der virtuellen Realität. Dazu wird der Digitale Zwilling für das externe Netzwerk erreichbar gemacht und erscheint dort als ein gewöhnliches, produktives Fabriksystem. Zugriffe werden überwacht, Angriffsversuche protokolliert und blockiert. So werden Angreifer von der realen Anlage ferngehalten und ihr Vorgehen kann beobachtet werden.
Technologien:
Das gesamte Projekt basiert auf Unity, einer weit verbreiteten Entwicklungsumgebung für 3D-Anwendungen, und ist in C# programmiert. Die VR-Version wird eigens kompiliert und direkt auf der Meta Quest 2 bereitgestellt. Für eine möglichst realitätsnahe Darstellung kommen frei verfügbare Unity-Bibliotheken zum Einsatz.
Einsatzgebiete:
Der Digitale Zwilling Demonstrator bietet ein breites Anwendungsspektrum.
In der IT- und OT-Sicherheit können solche Systeme zur Sensibilisierung und Qualifizierung eingesetzt werden, etwa um Angriffsszenarien durchzuspielen, Gegenmaßnahmen zu erproben oder Sicherheitsvorfälle forensisch aufzuarbeiten. Da alle Tests am digitalen Modell stattfinden, bleiben die reale Anlage und der Produktionsbetrieb jederzeit geschützt.
Im Bereich Produktion und Anlagenbetrieb ermöglichen vergleichbare Lösungen die Überwachung des physischen Zwillings in Echtzeit sowie das Testen von Betriebsszenarien, bevor Änderungen an der realen Anlage umgesetzt werden. Das reduziert Ausfallzeiten und senkt das Risiko von Fehlkonfigurationen.
Auch in Training und Wissensvermittlung bieten solche Systeme wirtschaftlichen Nutzen. Die VR-Version erlaubt es, Anlagen und Abläufe immersiv zu erleben und praktisch zu erproben, in Unternehmen ebenso wie an Universitäten und Fachschulen. Durch die einfache Verbreitung lässt sich der Demonstrator zeit- und ortsunabhängig im Unterricht einsetzen, auch ohne physisches Modell.