Forschungsteam entwickelt innovative Sicherheitstechnologie zur Fernüberwachung von Abrüstung vorgesehenen Atomwaffen
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Die Fernüberwachung von hoch kritischen technischen Anlagen, bspw. zur Einhaltung von Atomwaffenabrüstungsverträgen, ist eine höchst komplexe Herausforderung. Wie kann man sicherstellen, dass Staaten sich an solche Vereinbarungen halten? Oder dass Systeme die in nicht-vertrauenswürdigen Umgebungen betrieben werden trotzdem vertrauenswürdig sind?
Ein internationales Forschungsteam entwickelt dazu ein neues Verfahren
Ein internationales Forschungsteam hat ein neues Verfahren entwickelt, um die Einhaltung von Atomwaffenabrüstungsverträgen zu überwachen. Das Verfahren kombiniert auf sichere Weise physische Aussagen über dreidimensionale Umgebungen mit kryptografischen Protokollen und ermöglich so die sichere Bewertung von physischen Objekten. Die Innovation ist breit einsetzbar und findet bspw. auch bereits Anwendung in der Fernüberwachung cyber-physischer Anlagen kritischer Infrastrukturen. Dieses Verfahren nutzt die von der PHYSEC GmbH entwickelte und preisgekrönte (bspw. TeleTrust Innovationspreis 2022) Anti Tamper Radio (ATR) Technologie (Produktname PHYSEC SEAL®), die es ermöglicht, einzigartige makroskopische Eigenschaften der Physik messbar und über kryptografische Verfahren fernbewertbar zu machen. So können bspw. aus der Ferne Änderungen in einem Raum, einer Anlage oder einem Server überwacht werden.
Die Forscher haben die Robustheit und Sicherheit dieses Mechanismus in einem Artikel in der Zeitschrift "Nature Communications" beschrieben, der am 17. Oktober 2023 online veröffentlicht wurde. Bei der Entwicklung des Verfahrens kooperierten Teams des Max-Planck-Instituts für Sicherheit und Privatsphäre in Bochum, der Ruhr-Universität Bochum, der Princeton University, der University of Connecticut, der Harvard University, sowie der PHYSEC GmbH und der Technischen Universität Berlin. Gründer und Geschäftsführer der PHYSEC GmbH leitet dieses Vorhaben seit 2016 federführend. Die Partner der Nuclear Future Labs der Princeton University nutzen die Technologie zur Lösung einer der größten Herausforderungen der Menschheit, der Atomwaffenabrüstung.
Wie genau funktioniert die Fernüberwachung?
Das entwickelte System ermöglicht die Fernüberwachung von Räumen, in denen Atomwaffen gelagert werden. Dabei wird mittels der ATRs ein sogenannter "Funkfingerabdruck" des Raums erstellt. Dieser Fingerabdruck basiert auf der Reflexion von Funksignalen an den Wänden und Gegenständen im Raum. Das System nutzt zwei Antennen: Eine sendet ein Funksignal aus, während die andere das reflektierte Signal aufzeichnet. Veränderungen im Raum, wie das Manipulieren oder Entfernen von Atomwaffen, führen zu Abweichungen im Funkfingerabdruck, die zuverlässig erkannt werden können.
Warum ist diese Technologie so wichtig?
Die Überwachung von Atomwaffenbeständen stellt sicher, dass Staaten ihre Verpflichtungen aus Abrüstungsverträgen einhalten. Insbesondere die Entfernung von Nuklearmaterial oder ganzen Sprengköpfen aus Lagern kann eine erhebliche Bedrohung darstellen. Dieses neue System bietet eine effektive Möglichkeit, Veränderungen in Atomwaffenlagern zu identifizieren, ohne ständig physisch vor Ort zu sein.
Die Funktechnologie im Praxistest
In einem Praxistest zur Überprüfung der technologischen Anwendbarkeit entwickelten Forscher der PHYSEC GmbH und der Ruhr-Universität Bochum einen Container mit verschiebbaren Fässern und Funkwellentechnik, um die Reproduzierbarkeit von Funkfingerabdrücken zu evaluieren. Dieser Test zeigte, dass selbst geringfügige Verschiebungen der Fässer im Container im Funkfingerabdruck erkennbar waren. Des Weiteren wurde die Verwendung von maschinellem Lernen zur Entschlüsselung des Zusammenhangs zwischen den Spiegelstellungen und Funkfingerabdrücken untersucht, wobei die Entschlüsselungsdauer mit der Anzahl der Spiegel korrelierte. Das Forschungsprojekt veranschaulicht, wie innovative Technologien an der Schnittstelle von Sicherheits-Engineering und Funktechnik zur Lösung gesellschaftlich relevanter Herausforderungen beitragen können.
Wie wird die Integrität der Daten sichergestellt?
Eine der großen Herausforderungen bei der Fernüberwachung besteht darin, sicherzustellen, dass die vom ATR gemessenen Daten nicht manipuliert werden. Um dies zu verhindern, wurden im Überwachungsraum 20 drehbare Spiegel installiert. Die Position dieser Spiegel beeinflusst den Funkfingerabdruck. Bei einem Vor-Ort-Termin werden die Funkfingerabdrücke für verschiedene Spiegelstellungen aufgezeichnet und in einer geheimen Datenbank gespeichert. In regelmäßigen Abständen kann die Überwachungsbehörde den Staat, der die Atomwaffen besitzt, auffordern, den aktuellen Funkfingerabdruck für eine bestimmte Spiegelstellung zu übermitteln und mit den gespeicherten Daten zu vergleichen. Wenn Abweichungen auftreten, könnte dies auf Veränderungen im Raum hinweisen.
Die Technologie ermöglicht eine neuartige Verbindung zwischen cyber-physischer Sicherheitsbewertung und Funktechnik, die insbesondere für das Internet der Dinge relevant sind, da IoT-Geräte oft in nicht vertrauenswürdigen oder geteilten Umgebungen betrieben werden – also in Umgebungen, wo potenzielle Angreifer physischen Zugang haben. Die hoch innovative Sicherheitstechnik wird für die Anti-Tamper-Radio Technologie von PHYSEC SEAL® verwendet und ermöglicht die Remote-Überwachung von Anlagen. PHYSEC SEAL® schützt Hardware nicht nur vor Manipulation, sondern erkennt auch Veränderungen jeglicher Art und reduziert die Anforderungen an andere Überwachung signifikant.
