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Kurzfassung

Verschlüsselte kooperative Regelungen für vernetzte Systeme

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Hintergrund

Kooperative Regelungen ermöglichen in vernetzten Systemen die Umsetzung einer „globalen“ Zielsetzung durch den Einsatz „lokaler“ Regelungsstrategien. Um die Kopplung der Teilsysteme oder Agenten innerhalb der Regelung zu berücksichtigen, werden typischerweise Zustandsdaten zwischen benachbarten Agenten ausgetauscht (siehe Abbildung). Häufig handelt es sich dabei um sensible Daten (z.B. in Stromnetzen oder autonomen Fahrzeugverbünden), die vor Einsichtnahme durch Dritte aber auch durch benachbarte Agenten zu schützen sind.

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Bilder & Videos

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Lösung

Es ist leicht ersichtlich, dass eine verschlüsselte Kommunikation der Daten für sich genommen keinen umfassenden Schutz bietet, da die Zustandsdaten auf benachbarten Agenten unverschlüsselt verarbeitet werden. Die verschlüsselte kooperative Regelung geht daher einen Schritt weiter und verschlüsselt auch die lokalen Regelungsalgorithmen.

Charakteristika der neuen Technologie sind eine Umverteilung der Berechnung der lokalen Regelungsanteile und die sichere Auswertung dieser Anteile mit Techniken der homomorphen Verschlüsselung. Die Implementierung der Technologie erfolgt zweistufig. Vor der Inbetriebnahme der kooperativen Regelung werden Anteile der lokalen Regelungen identifiziert, die nur von Zuständen der Nachbaragenten abhängen. Derartige Anteile dominieren alle gängigen kooperativen Regelungen. Diese Anteile werden anschließend verschlüsselt auf den Nachbaragenten implementiert und zwar derart, dass die Resultate nur von den Zielagenten entschlüsselt werden können. Zur Laufzeit der Regelung werden die verschlüsselten Regelungsanteile anstelle der üblichen Zustandsdaten zwischen den Agenten ausgetauscht. Man erhält somit drei Sicherheitsgarantien: (1.) Die Kommunikation ist verschlüsselt, (2.) Nachbarzustände werden vor Einsichtnahme geschützt und (3.) benachbarte Regelungsanteile und -Strategien werden nicht offengelegt.

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Vorteile

• Hohe Datensicherheit für vernetzte Systeme
• Einfache Integration in bestehende kooperative / verteilte Regelungen
• Universelles Einsatzgebiet
• Wegbereiter der Industrie 4.0

 

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Anwendungsbereiche

Die verschlüsselte kooperative Regelung erhöht die Datensicherheit in verteilten Regelungssystemen signifikant und adressiert damit ein Kernziel der Industrie 4.0. Sie kann universell eingesetzt werden und ist nicht auf einzelne Anwendungen festgelegt.

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Service

Für die verschlüsselte kooperative Regelung wurde beim Deutschen Patent- und Markenamt eine Patentanmeldung eingereicht. Internationale Anmeldungen sind noch möglich. Im Namen der Universität Paderborn bieten wir interessierten Unternehmen die Technologie zur Lizenznahme und zur Weiterentwicklung an.