Smart MeteringHerausforderungen und Möglichkeiten

Prof. Dr. Uwe Heuert

Professor an der Hoschule Merseburg (FH)

Geschäftsführer exceeding solutions

10/26/2018 VDE Veranstaltung Smart Metering

Schwerpunkte

• Digitalisierung der Energiewende

• Gesetzlicher und gesellschaftlicher Rahmen

• Technologische Herausforderungen für Hersteller und Betreiber

• Prüfbedarf und -lösungen

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Film ab!

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https://www.youtube.com/watch?v=glsmds4_G9o

Hochschule Merseburg

• 2.500 Studenten• 3 Fachbereiche• Professur für

„Rechnernetze und Virtuelle Instrumentierung“ (seit 2004)

• Kooperation mit MITNETZ Strom (seit 2012)

• Erstes Prüflabor für “Intelligente Messsysteme 2020” (2015)

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exceeding solutions

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exceeding solutions GmbHIngenieurdienstleistungenHRB 19838 Amtsgericht StendalProf. Dr. Uwe Heuert (GF)Dipl.-Ing. (FH) Oliver Punk

ADDRESSMerseburger Innovations- undTechnologiezentrum GmbHFritz-Haber-Straße 906217 Merseburg / Deutschland

PHONE+49 3461 2599 210+49 151 57 1322 32+49 151 57 1322 31

E-MAIL/INTERNETinfo@exceeding-solutions.dewww.exceeding-solutions.de

exceeding solutions

• Gegründet 09/2013• Mitarbeiter (2018)

– 10 von 14 sind Ingenieure und Wissenschaftler– 8 of 14 sind Entwickler für Hard- and Software

• Geschäftsbereiche– Smart metering (80%)– Ultraschall- und Industrielösungen (20%)– IoT (im Aufbau)

• Umsatz– 1 Million € in 2017

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Smart Metering deployment in the EU

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Source: http://ses.jrc.ec.europa.eu/smart-metering-deployment-european-union

Secure communication

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Source: http://ses.jrc.ec.europa.eu/smart-metering-deployment-european-union

Welche Herausforderungen existieren?

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• Data protection• Hacking prevention• Manipulation

prevention• Grid security• Blackout prevention• …

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BMWi, Januar 2017

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Der deutsche Weg

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Technische RichtlinieBSI TR-03109

MaKo

• Was ist speziell?– Rolen– Smart Meter

Gateway– Security Modul– Protokolle– Komplexität– Betriebsbedingungen

LMN Protokollstapel

• Meter/SMGW Schnittstelle:– Wired

– Wireless

– „Proprietäre“ Protokolle (SML)

– Kombiniert mit Standards (TLS, wM-Bus, AES-CBC-CMAC)

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WAN Protokollstapel

• SMGW-to-GWA/EMT Schnittstelle:

– Oberhalb TCP/IP

– GPRS, LTE, ETH, PLC, …

– „Proprietäre“ Protokolle (COSEM/XML)

– Kombiniert mit Standards (TLS, HTTP, RESTful WS)

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„BSI Kryptografie“• Premium Qualität• Ähnlich zu anderen eGovernment Security Projekten (z.B. eID/nPerso)• Elliptische Kurven Kryptografie (ECC … kein RSA oder andere)• Spezielle Kurven (brainpool)• AES-CBC-CMAC (authenticated encryption)• TLS 1.2 (with strong restrictions and always client authentication)• Zusätzliche Ende-zu-Ende Datensicherheit mit CmsSignedData und

CmsAuthEnvelopedData (ähnlich zu signierte and verschlüsselte Email)• Alle ECC Operationen (plus RNG) in Hardware (Security Module, HSM)• SM-PKI-DE• Zertifizierung von SMGW (BSI PP/CC, PTB), Zähler (PTB, FNN) and Backend

IT (ISO 27001)

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Wie sieht die Kommunikation aus?

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Noch Fragen …

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• Warum ist der deutsche Smart Meter Rollout derart verspätet?

• Bedeutet Komplexität gleichzeitig Sicherheit?

• Sind die Prozesse beherrschbar?

• Ist die Kommunikation stabil?

• Gibt es noch Business Cases?

• Wie steht es mit der Kundenakzeptanz?

• Wo findet man technische Experten?

Was ist eigentlich Kryptografie?

• Big number computation

• Public algorithms

• Private/secret key data

• Symmetric, asymmetric and message digest algorithms and their combinations

• Data structures, data encoding, protocols

• International standards

• National/proprietary standards

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Security Strength• Symmetric

– Depends on algorithm and key length– Up-to-date: AES 128-256

• Asymmetric– Depends on algorithm and key length– Up-to-date : ECC 256-512 (, RSA 1024-4096)

• Message digest– Depends on algorithm and result length– Up-to-date : SHA 256-512

• Hybrid– Depends on algorithm and key/result length of each piece– Depends on further parameters (e.g. compression allowed)– weakest link in chain determines– Up-to-date: TLS 1.2

• PKI (hybrid with 3rd party trust)– X.509 certificates from

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TLS

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• Security strength depends on:

– TLS cipher suite

– TLS options/extensions

– Hundreds of combinations

International

• DLMS

– „DLMS -The true international metering standard“

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Vergleich - Kryptografie

Category German approach International

Symmetric cryptography Wired LMN pairing phase 1 (SYM) [FNN]wM-BUS (security mode 7) [OMS]AES-CBC-CMAC-128

DLMS/COSEM security suite 0 [DLMS]wM-BUS (security mode 5, 7) [OMS]AES-GCM-128

Transport layer security TLS 1.2 (SM-PKI-DE) [RFC + BSI]>= TLS_ECDHE_ECDSA_WITH_AES_128_CBC_SHA256

TLS 1.0 – 1.2 [RFC]VPN

Application layer security(asymmetric/hybrid cryptography)

SML signature [FNN]CmsSignedData (SM-PKI-DE) [RFC + BSI]CmsEnvelopedData (SM-PKI-DE) [RFC + BSI]ECC BRAINPOOL (& NIST)

DLMS/COSEM security suite 1 [DLMS]DLMS/COSEM security suite 2 [DLMS]ECC NISTECDH_ECDSA_WITH_AES_GCM_128_SHA256

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Standardisierung/Zertifizierung

• International– MID– DLMS– OMS– ESMIG

• Germany– MID– FNN– OMS– DKE– PTB– BSI

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Herausforderungen

• Complex technologies

• Special and proprietary protocols

• „invisible“ data

• Huge number of transactions and amount of data

• Limited humans

• Infinitely sources of error

• Many threats

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es:Testsystem

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Film ab!

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https://www.youtube.com/watch?v=GkvtlUTyWXw

ToE - FNN Basiszähler

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BZ

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LMN TracingLMN Tests

Metrological

Steuerung

INFO

InterfaceDisplay

Metrological

LED

ToE - BSI SMGW

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Virtual LMN

meter

HAN test

cases

Virtual

wM-Bus meter

Virtual

CLS devices

WAN test

cases

SMGW

SOCKS5LMN

CLSMeter GWA EMT PKIHAN NTP

WEB WAN WAN TLS

Testing Services• Meter

• SMGW

• Backend IT

• Conformance

• Vulnerability

• Interoperability

• Performance

• …

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Entwicklungsdienstleistungen

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• Digitale Hardware

• Firmware

• Software

• Integration

Backend IT & Integration

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Kooperation – Smart Metering

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Research

Development

Customer

• Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB)

• TÜViT

• VDE Zertifizierung Institut

Kunden - Zertifizierer

Kunden - Hersteller

• Sagemcom Dr. Neuhaus• EFR• Devolo• PPC• Kiwigrid• Easy Meter• Lackmann (Iskraemeco, Theben)• EMH Energiemesstechnik• EMH metering

Kunden – Hersteller (weltweit)

Kunden - Messstellenbetreiber

• MITNETZ Strom

• EnBW

• Innogy

• E.on

• ENSO/DREWAG

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