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Der Betriebsleiter 7-8/2017

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Smart Devices im

Smart Devices im Maschinennetzwerk Access Point sorgt für einfachen und sicheren Zugang Im Zentrum von Industrie 4.0 steht die komplett vernetzte Maschine. Doch wie lässt sich der Zugriff der Nutzer auf eine solch hochkommunikative Anwendung sicher gestalten? Mit dem Funkmodul WLAN 1100 stellt Phoenix Contact einen Access Point zur Verfügung, der diese Aufgabe anwenderfreundlich realisiert. In der Vergangenheit war der Schutz des Maschinennetzwerks vor Malware und Schadhandlungen einfach: Es wurde als lokale Insel betrieben, zu der lediglich ein begrenzter Personenkreis – meist Servicetechniker – direkt vor Ort oder per Fernwartung Zugang benötigte. Im Gegensatz dazu können heute viele Menschen auf die ver- Autor: Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Weczerek, Manager im Produktmarketing Network Technology, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont netzte Maschine zugreifen, weshalb hier neue, sichere Zugriffskonzepte erforderlich sind. Am Beispiel eines Wireless LAN-Zugangs zum Maschinennetzwerk zur Kommunikation mit Smart Devices – wie einem Tablet-PC – lassen sich die Herausforderungen und deren Lösung darstellen. Wie bereits erwähnt, war das Netzwerk bisher dadurch abgesichert, dass es als lokale Netzwerkinsel arbeitete, auf die – wenn überhaupt – nur vor Ort im Schaltschrank über einen offenen Ethernet-Port zugegriffen werden konnte. Daher boten einfache mechanische Schutzeinrichtungen, wie das Abschließen des Schaltschranks, häufig die notwendige Sicherheit. Doch mit der zunehmenden Vernetzung und der Integration weiterer Schnittstellen für einen externen Zugang – zum Beispiel über Wireless LAN – öffnet sich das Netzwerk auch für den entfernten Zugriff. Der Anwender muss also nicht mehr unmittelbar einen mechanischen Zugang zur Maschine haben, sondern kann unbemerkt sowie bei genügender Reichweite sogar von außerhalb des Unternehmensgeländes in das Maschinennetzwerk eindringen. Befinden sich dort Safety-Systeme oder ist das Maschinennetz ungeschützt mit dem Produktionsnetzwerk verbunden, birgt das unkalkulierbare Gefahren für den Maschinenbediener und –betreiber. Vor diesem Hintergrund müssen im Netzwerk zwingend elektronische Sicherungsmaßnahmen umgesetzt werden. WLAN-Passwort bietet keinen ausreichenden Schutz Die meisten Netzwerkgeräte erlauben einen Zugriffsschutz, indem sich der Nutzer über ein gemeinsames Gerätepasswort authentifiziert. An sich sorgt ein solch sicheres Passwort für die Abwehr von unerlaubten Schadhandlungen. Allerdings führen die Generierung eines entsprechenden Passworts sowie dessen sichere Dokumentation für den Maschinenbediener zu einem großen Aufwand. Da Nutzer oftmals davon ausgehen, dass der Zugang zum Netzwerk mechanisch geschützt ist, fehlt ihnen in der Praxis häufig das Problembewusstsein. Dies zeigt sich darin, dass die Netzwerkgeräte meist lediglich über das herstellerseitige oder ein einfaches maschinenbauerspezifisches Default-Passwort geschützt sind. Diese Aussage trifft oft auch für das Wireless-LAN-Passwort (WPA- PSK) zu, das den Zugriff über den WLAN- Access-Point auf das Maschinennetzwerk absichert. Wer die Passworte kennt oder weiß, wo sie abgespeichert sind, hat freien Zugang zu allen Geräten im Netzwerk. WPA-PSK genügt zwar, um den Datenverkehr in Wireless-LAN-Netzen sicher zu verschlüsseln. Doch mag sich ein Passwort für sämtliche Nutzer von Heimnetzwerken eignen, schützt das Verfahren in Maschinennetzen mit einer Vielzahl häufig wechselnder Nutzer nicht vor unbefugten Zugriffen. 22 Der Betriebsleiter 7-8/2017

FERTIGUNGSTECHNIK 01 Die Umsetzung von Industrie 4.0 erfordert eine sichere Wireless-LAN-Kommunikation bei Nutzung von Smart Devices wie Tablets oder Datenbrillen an der Maschine 02 Aufgrund der Einlochmontage lässt sich der WLAN 1100 einfach und schnell direkt auf Maschinen, mobilen Fahrzeugen oder Schaltschränken anbringen Funkmodul – einfach nachrüstbar Bei WLAN 1100 handelt es sich um eine kostengünstige Komplettlösung mit integrierten Antennen und einem Funkmodul, das die einfache Installation eines schnellen, stabilen WLAN-Netzes an der Maschine erlaubt. WLAN 1100 vereint Access Point und Antennentechnik in einem Gerät. Im Gegensatz zum klassischen Konzept wird es nicht im Schaltschrank, sondern wie eine Antenne direkt auf Maschinen, mobilen Fahrzeugen oder Schaltschränken installiert. Zwei leistungsstarke Antennen mit MIMO-Technologie sorgen überall dort für einen guten Empfang, wo dieser benötigt wird. Der WLAN 1100 ermöglicht sowohl eine kostengünstige als auch einfache WLAN-Anbindung der Maschine. Eine aufwändige Funkplanung und Anbringung der Antennentechnik entfällt. Da für das Funkmodul kein Platz im Schaltschrank vorgehalten werden muss, lässt es sich problemlos nachrüsten. Denn durch die ständige Weitergabe ist das geheime Passwort schnell allgemein bekannt. Spätestens dann, wenn einem Nutzer oder Tablet-PC nur vorübergehend Zugang zum Netzwerk eingeräumt worden ist, muss das Passwort erneuert werden. Smart Devices merken sich das Passwort zudem und verbinden sich automatisch mit dem Netzwerk, sobald sie in seiner Reichweite sind – und das selbst in dem Fall, wenn der Zugriff nicht mehr gewollt oder erlaubt ist. Netzwerk-Geräte müssen Web-API-Schnittstelle umfassen In einem IT-Netzwerk werden den Nutzern hingegen individuelle Passwörter zentral von einem Administrator zugewiesen und durch einen Server – zum Beispiel einen Radius-Server – an die Netzwerkgeräte verteilt. Ändern sich die Zugriffsrechte eines Nutzers, passt der Administrator dies im zentralen Server an. Die IT-Netzwerke nutzen für das Wireless LAN daher statt WPA-PSK den Security-Mode WPA Enterprise. Bei diesem Verfahren handelt der WLAN-Access-Point die Verbindungsanfragen der Clients – beispielsweise eines Tablet-PCs – über das Protokoll IEEE 802.1x mit einem nachgelagerten Radius-Server aus. Maschinennetze werden nicht von Netzwerkadministratoren betreut. Die einmal eingerichteten Nutzerrechte und Passwörter bleiben deshalb in der Regel über die gesamte Einsatzdauer der Maschine unverändert gültig. Vor diesem Hintergrund stellt die Implementierung von IT-Diensten – wie die Integration eines Radius-Servers in die Maschine – ebenfalls keine Lösung dar, da sie nicht von einem Administrator gepflegt werden. Die geschilderte Herausforderung lässt sich umgehen, indem die Netzwerk- administration automatisiert und durch die Maschinensteuerung übernommen wird. Ein solcher Ansatz ist nicht nur kostenneutral und praktikabel, sondern ermöglicht dem Maschinenbauer darüber hinaus die volle Kontrolle und Flexibilität bei der Umsetzung. Wichtige Voraussetzung ist jedoch, dass das Netzwerkgerät – in diesem Fall der WLAN-Access-Point – eine Schnittstelle umfasst, über die es die Maschinensteuerung zur Laufzeit steuern kann. Daher hat Phoenix Contact ein Web-API- Interface in seine speziell für den Maschinenbau entwickelten Netzwerkkomponenten eingebaut. Einzelne Funktionen der Netzwerkgeräte lassen sich durch das Versenden von HTTP-GET-Nachrichten zur Laufzeit steuern. Ferner kann das komplette Modul so einfach durch die Maschinensteuerung konfiguriert werden. Die Syntax der Kommandos entspricht dabei der des Standard Command Line Interface (CLI). Die neuen Switches der Produktfamilie FL Switch 2000 sowie der WLAN Access Point der Baureihe WLAN 1100, die auf der Hannover Messe 2017 vorgestellt worden sind, verfügen über eine entsprechende Schnittstelle. Steuerung generiert zufälliges Einmalpasswort Der Nutzer, der sich über seinen Tablet-PC mit dem Maschinennetzwerk verbinden möchte, meldet seinen Zugangswunsch zum Beispiel über ein Bedienen-und-Beobachten-Terminal an. Die Steuerung generiert daraufhin ein zufälliges Einmalpasswort. Anschließend konfiguriert und aktiviert sie einen virtuellen Access Point im WLAN 1100 per HTTP-GET-Nachricht. Das Einmalpasswort zum neuen WLAN-Netz wird dem Nutzer danach über das Bedienen-und-Beobachten-Terminal mitgeteilt. Als komfortablere Möglichkeit erweist sich die Ausgabe als QR-Code, der mit der Kamera des Tablet-PCs eingelesen und so automatisch die WLAN-Verbindung eingerichtet werden kann. Benötigt der Nutzer die Verbindung nicht mehr, deaktiviert die Steuerung den virtuellen Access Point. Die Kenntnis des WLAN-Passworts sowie die automatische Speicherung im Tablet-PC zeigen sich zukünftig also nicht mehr als Sicherheitsrisiko, weil beim nächsten Verbindungsaufbau ein neues Einmalpasswort erstellt und verwendet wird. Der WLAN 1100 bietet weitere Möglichkeiten für einen einfachen und trotzdem sicheren Zugang zum Maschinenetzwerk. So lassen sich gleichzeitig bis zu zwei virtuelle Access Points mit individuellen WLAN- Sicherheitseinstellungen aufbauen. Neben einem einzigartigen WLAN-Passwort kann der Maschinenbetreiber die Anzahl der gleichzeitigen Verbindungen für jeden Zugang begrenzen sowie den Zugriff auf im Netzwerk installierte Geräte durch einen konfigurierbaren IP-Filter einschränken. Auf diese Weise stellt er zum Beispiel einen vollständigen Netzwerkzugang für den Servicetechniker und gleichzeitig einen Zugriff für den Maschinenbediener bereit, der lediglich Einsicht in den Visualisierungsserver nehmen darf. Darüber hinaus vergibt ein Portbasierter DHCP-Server individuelle und unabhängige IP-Adressen für jeden virtuellen WLAN-Access-Point an die WLAN-Clients. Fazit Durch die zunehmende Vernetzung der Maschine steigt auch die Anzahl der Nutzer, die Zugang zu den in ihrem Netzwerk verbauten Geräten haben müssen. Zu diesem Zweck ist ein Sicherheitskonzept für die Vergabe von Nutzerrechten und das Passwort-Management erforderlich. Im Gegensatz zu IT-Netzwerken kann die Maschinensteuerung die Administration der Passwörter und Nutzerrechte im Netzwerk automatisiert übernehmen. Allerdings müssen sich die Netzwerkkomponenten zur Laufzeit aus der Maschinensteuerung über eine einfache Schnittstelle steuern lassen. Als neue Netzwerkgeräte für den Maschinenbau stellen die Switches der Produktfamilie FL Switch 2000 sowie die Access Points der Baureihe WLAN 1100 ein entsprechendes Web-API-Interface zur Verfügung. www.phoenixcontact.de Im Fokus Sicherheit Effizienz Nachhaltigkeit Der Betriebsleiter 7-8/2017 23

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