Seminar Kommunikation und Multimedia: "Cyber-Physical Systems" (Master)

Mit zunehmender Vernetzung bieten cyber-physische Systeme zahlreiche Angriffsvektoren. In einigen Bereichen, wie der Steuerung von Industrieanlagen, werden diese bereits ausgenutzt, wie das Beispiel des Wurms Stuxnet zur Eindämmung des iranischen Atomprogramms zeigt. In anderen Bereichen (wie der Automobilbranche) steht eine solche Entwicklung noch aus, ist aber in naher Zukunft zu erwarten. In dieser Arbeit sollen bekannte sowie zukuenftig vorstellbare Attacken, ihre Auswirkungen, und Gegenmassnahmen recherchiert und dargestellt werden.

• Stuxnet Worm Impact on Industrial Cyber-Physical System Security
• To Kill a Centrifuge
• BMW Connected Drive gehackt
• Experimental Security Analysis of a Modern Automobile

The simulation of a designed and implemented Cyber-Physical System before its deployment offers several advantages: Assumptions and decisions made at design and implementation time can be verified early on and in a risk-free way, and the results of such an evaluation can be fed back into improving a CPS. However, for such results to be applicable and valuable, the models and simulations of core aspects of CPS have to be as close to the real world as possible. These aspects include the mobility of CPS, their communication w. r. t. used network stacks, interconnections, etc. as well as human beings and their involvement.

This seminar shall present existing approaches to simulate the core aspects mobility, communication and human involvement in networked, interconnected Cyber-Physical Systems. The advantages and limitations of these approaches shall be assessed, e. g. in terms of limitations in the applicability of the results to real-world deployments.

• "Modeling Mobility for Networked Mobile Cyber-Physical Systems"
• Similitude: Interfacing a Traffic Simulator and Network Simulator with Emulated Android Clients
• PLEXE: A Platooning Extension for Veins

wirelessHart und WISA sind Projekte die sich mit drahtloser Kommunikation in der Automatisierungstechnik beschaeftigen. Es sollen die beiden Projete vorgestellt werden und mit einander verglichen werden.

• Wireless sensor networks in real-time control systems - A case study
• Overview
• When HART goes wireless: Understanding and implementing the WirelessHART standard

Das Stromnetz befindet sich aktuell im Wandel. Das Netz wird leistungsstärker, dynamischer und richtet sich mehr auf die Endkunden aus. Hierfür bedarf es einer intelligenten Steuerung des Stroms - von der Stromproduktion bis hin zum Endabnehmer. Sogenannte intelligente Stromnetze (Smart Grids) sollen dabei helfen das Verhalten der Verbraucher zu beobachten und vorherzusagen, sodass jeder Zeit eine optimale und kostengünstige Stromversorgung gewährleistet ist. In dieser Seminararbeit soll erarbeitet werden, welchen Beitrag „Cyber-Physical Systems“ auf diese Entwicklung haben und welche Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden sollten.

• Cyber-Physical Systems in the SmartGrid
• Cyber-Physical Security of a Smart Grid Infrastructure

"Dick Cheney, the former US vice-president, has revealed that he had his heart implant modified for fear of terrorist attack. Mr Cheney's doctor disabled the heart defibrillator's wireless function in 2007 to prevent would-be assassins from interfering with it and causing a fatal heart attack." (Source: BBC)

Once part of science fiction stories, attacks on implantable medical devices are feasible nowadays. In this seminar, an overview of attacks on implantable medical devices has to be given. Furthermore, possible countermeasures should be discussed.

• A taxonomy of vulnerabilities in implantable medical devices
• Pacemakers and implantable cardiac defibrillators: Software radio attacks and zero-power defenses
• Hijacking an insulin pump: Security attacks and defenses for a diabetes therapy system
• They can hear your heartbeats: non-invasive security for implantable medical devices
• IMDGuard: Securing implantable medical devices with the external wearable guardian

Bei der Trägheitsnavigation werden Gyroskop und Accelerometer zur Bestimmung eines zurückgelegten Pfades verwendet. Die benötigten Sensoren sind mittlerweile in jedem Smartphone zu finden und auch auf Sensorknoten kostengünstig einsetzbar. Besonders das Zusammenführen von Trägheitsnavigationsdaten mit anderen Datenquellen durch Kalman-Filter soll erläutert werden.

• Map-aided GPS/INS localization using a low-order constrained Unscented Kalman Filter
• Sigma-point Kalman filtering for integrated GPS and inertial navigation
• Personal Dead-reckoning System for GPS-denied Environments