Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »OTP2«
Sicherheit für satellitengestützte Kommunikation
Das europäische Satellitennavigationssystem Galileo ermöglicht mit dem Public Regulated Service (PRS) eine geschützte Kommunikation für autorisierte Nutzer wie staatliche Behörden und Sicherheitskräfte. Die mobilen Empfänger benötigen allerdings ein spezielles Sicherheitsmodul, das die sicherheitskritischen Daten beherbergt und vollständig eingekapselt ist.
Die Schutzhülle muss höchste Anforderungen an Manipulations- und Geheimnisschutz erfüllen. Um unbefugte Zugriffe zu erkennen, kommen Siegel zum Einsatz, die Manipulationsversuche registrieren und im Ernstfall das geschützte Geheimnis löschen. Für eine autonome, permanente Überwachung – eine sogenannte »Tamper Protection« – sind sogenannte aktive Siegel von Bedeutung. Im Gegensatz zu passiven Siegeln, die lediglich physische Veränderungen registrieren, können aktive Siegel kontinuierlich überwacht werden und geben sofortige Rückmeldungen über ihren Zustand.
Vollständige 3D-Umschließung mit einer optischen Versiegelung für PRS Security Module mithilfe sensorischer Dünnglasfolien
Im Projekt »OTP2 – Optical Tamper Protection für PRS Security Module« entsteht eine neuartige Sicherheitslösung: eine vollständig geschlossene 3D-Schutzhaube aus ultradünnem Glas mit integrierten optischen Sensoren. Diese Sensorfolien ermöglichen eine fälschungssichere, permanente Versiegelung – eine Optical Tamper Protection (OTP). Dieses OTP-System bietet eine zuverlässige Manipulationserkennung sowie die automatische Löschung eines zu schützenden Geheimnisses im Falle eines physischen Angriffs.
In einem Vorgängerprojekt wurden bereits die Sensorik und Strukturen für ein OTP-System entwickelt und an einem zweidimensionalen Dünnglasbauteil erfolgreich demonstriert. Im aktuellen Projekt wird die Technologie weiterentwickelt, aus dem zweidimensionalen Deckel wird eine dreidimensionale Haube, die sich für den Schutz von mobilen, sicherheitsrelevanten Satelliten-Kommunikationssystemen eignet.
Simulationen optimieren das Design und ermitteln vorteilhafte Prozessparameter
Zunächst werden verschiedene Konzepte zur Herstellung der Schutzhauben entwickelt und auf ihre Eignung untersucht. Das Fraunhofer IPT analysiert verschiedene Designs für die 3D-Einkapselung. Mithilfe von Finite-Elemente-Methoden (FEM) werden die Anforderungen definiert und die Designs optimiert. Zudem erfolgt eine Materialcharakterisierung, um thermisch-mechanische Eigenschaften und Spannungs-Dehnungs-Beziehungen zu untersuchen. Eine Strukturanalyse mithilfe von FEM-Simulationen hilft, Spannungen und Risswachstum vorherzusagen und den Umformprozess der Dünnglasfolien zu modellieren.
Durch diese umfassende und strukturierte Herangehensweise wird sichergestellt, dass die entwickelten Lösungen sowohl funktional als auch effizient sind und den Anforderungen des Projekts gerecht werden.
Prozessentwicklung für die Umformung der Sensorfolien
Sobald die Simulationsergebnisse und das finale Design vorliegen, wird ein Prozess zur thermischen Umformung der 2D-Sensorfolien zu 3D-Sensorhauben entwickelt. Dabei werden Formwerkzeugsysteme erstellt und Prozessparameter angepasst, um die optischen Anforderungen der Sensoren zu berücksichtigen.
Am Ende des Projekts steht ein Prozess zur 3D-Umformung der optischen Sensorfolien bereit, um eine halbräumige Einkapselung der PRS-Komponenten zu gewährleisten. Ein Funktionsmuster des OTP-Systems wird erstellt, wobei die Integration einer PRS-Empfängerkarte untersucht wird. Risiken und Schwachstellen werden identifiziert und durch technische Maßnahmen verbessert. Ziel ist eine finale externe Zertifizierung des OTP-Systems nach Projektabschluss, um die Produktzulassung der PRS-Empfänger zu ermöglichen.
Förderung
Das Forschungsprojekt »OTP2 – Optical Tamper Protection für PRS Security Module« wird gefördert durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) im Rahmen des nationalen Programms zur Förderung des Galileo Public Regulated Service, vom Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR).
Förderkennzeichen: 50NP2402B
Projektpartner
- OHB System AH, Bremen (Koordination)
- Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut für Nachrichtentechnik HHI, Goslar
- Fraunhofer Institut für integrierte Schaltungen IIS, Nürnberg
- Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
- Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM, Berlin
Was ist ein Public Regulated Service (PRS)?
Der »Public Regulated Service« (PRS) ist ein Kommunikationsdienst des europäischen Satellitennavigationssystems Galileo, der speziell für autorisierte Nutzer wie staatliche Behörden und Sicherheitskräfte konzipiert ist. Er wird vor allem für sicherheitsrelevante Anwendungen wie Rettungsdienste und militärische Operationen genutzt.
PRS nutzt ein Netzwerk von Galileo-Satelliten, die Signale an autorisierte Empfänger senden. Diese Signale enthalten Informationen zur Position, Zeit und Integrität. Der Zugang zu PRS erfolgt über spezielle Sicherheitsmodule in den Empfängern, die unbefugten Zugriff und Manipulationen erkennen.
Die empfangenen Signale werden zur Berechnung präziser Positionsdaten verarbeitet, wobei Algorithmen die Signalstärken und -laufzeiten auswerten. Zusätzlich bietet PRS eine integrierte Fehlererkennung, die Anomalien identifiziert und Nutzer warnt, um die Zuverlässigkeit der Daten zu gewährleisten. Somit ermöglicht PRS eine sichere und präzise Navigation für autorisierte Anwendungen.
Was bedeutet Optical Tamper Protection (OTP)?
Optical Tamper Protection (OTP) ist eine Technologie, um sicherzustellen, dass elektronische Geräte und Systeme vor unbefugtem Zugriff oder Manipulation geschützt sind. Sie nutzt optische Methoden, um die Integrität von Komponenten oder Gehäusen zu überprüfen.
OTP wird häufig in sicherheitskritischen Anwendungen eingesetzt, z. B. in der Medizintechnik, im Finanzsektor oder bei sicherheitsrelevanten Geräten, um die Sicherheit und Vertrauenswürdigkeit der Systeme zu gewährleisten.
Die optisch basierte OTP-Technologie kann durch geeignete Algorithmen robust gegen Fehlalarme gemacht werden, wodurch eine klare Unterscheidung zwischen Umwelteinflüssen und Angriffen ermöglicht wird. Diese Technologie findet Anwendung bei Kryptophonen, intelligenten Schlössern, Alarmanlagen und verschlüsselten Festplatten.
Wie funktioniert Optical Tamper Protection (OTP)?
Optical Tamper Protection (OTP) nutzt optische Sensoren, um Manipulationen an elektronischen Geräten zu erkennen. Diese Sensoren überwachen kontinuierlich das Lichtmuster, das durch bestimmte Beschichtungen oder Strukturen erzeugt wird.
Bei einer Veränderung des optischen Musters, beispielsweise durch unbefugtes Öffnen des Geräts, wird sofort ein Alarm ausgelöst oder der Zugriff auf sensible Daten gesperrt. Zusätzlich protokollieren viele OTP-Systeme Manipulationsversuche, was für die Nachverfolgung von Sicherheitsvorfällen hilfreich ist. Auf diese Weise bietet OTP einen effektiven Schutz gegen unbefugten Zugriff und gewährleistet die Integrität sicherheitskritischer Anwendungen.