Cyber-Bedrohungen jenseits der Erde: Sicherung der Fertigung im Weltraum

Unsere globale Gesellschaft ist stark von weltraumgestützten Technologien abhängig. Die meisten von uns sind sich bewusst, dass Weltraumpositionierungs-, Wetter- und Kommunikationssysteme für unsere Transportaktivitäten von entscheidender Bedeutung sind. Ich schreibe diesen Artikel in einem Flugzeug, das GPS verwendet, um meinen Flug sicher um von Satelliten identifizierte Unwetterphänomene herumzuleiten. Wenn ich diesen Artikel während des Flugs fertig habe, werde ich ihn über einen geosynchronen Kommunikationssatelliten zur Veröffentlichung bei Forbes hochladen.

Dennoch wären viele Menschen überrascht, wenn sie erfahren würden, dass dies modern ist Auch Fabriken sind auf Satelliten angewiesen. Fertigungsautomatisierungssysteme synchronisieren die Abläufe mehrerer Roboter in ihren Produktionslinien mithilfe der von bereitgestellten Zeitsignale GPS-Satelliten. Tatsächlich handelt es sich bei GPS um eine Ansammlung von 24 (plus Ersatzuhren) umlaufenden Atomuhren, von denen jede kontinuierlich Zeitdaten sendet. Ihr Uber wird durch winzige Unterschiede im Zeitsignal von vier oder mehr Satelliten gesteuert, die durch die Signalverzögerung gegenüber Ihrer relativen Position verursacht werden. Wenn Sie die Lichtgeschwindigkeit (299,792,458 m/s) kennen, berechnet Ihr Telefon die Entfernungen und lokalisiert Ihren Standort mit einfacher Trigonometrie – für ein Smartphone jedenfalls einfach.

Moderne automatisierte Fertigungslinien verfügen nicht nur über eine hervorragende Taktung, sie sind auch hochgradig vernetzt, fernprogrammierbar, überwacht und gesteuert. Folglich gewinnt der Cyber-Bereich zunehmend an Bedeutung Bedrohungsraum für Hersteller. Computerdesignstationen und Server sind offensichtliche Ziele für Hacker, aber jedes kompromittierte digitalisierte Fertigungssystem kann wertvolle proprietäre Daten liefern. Sogar Dateien aus programmierbaren Werkzeugmaschinen von Druckern können viel über die Produkte verraten, die sie herstellen. Der Verlust dieser Informationen kann das geistige Eigentum des Herstellers und seiner Kunden gefährden.

Im Luft- und Raumfahrtbereich werden viele der hergestellten Produkte klassifiziert oder fallen in die breitere Kategorie Kontrollierte, nicht klassifizierte Informationen (CUI) und werden von ausländischen Gegnern aktiv gesucht. Der Schutz von Industrierobotern, Wasserstrahlschneidern und 3D-Druckern vor staatlich geförderten Cyber-Eindringlingen ist eine anspruchsvolle Aufgabe für die IT-Abteilungen von Fabriken. Eine ebenso wichtige Aufgabe ist die Sicherung der Programmier- und Teiledateien dieser Systeme während der Übertragung das wird oft übersehen.

Die Verwundbarkeit ist real. Vor mehr als einem Jahrzehnt wurde ein Windows-Computervirus namens Stuxnetwurde entwickelt, um Computer zu erkennen, die an speicherprogrammierbare Steuerungssysteme vom Typ Siemens S7 angeschlossen sind, einer gängigen Steuerung für Fertigungsmaschinen. Wenn der Kontrolleur offenbar eine Urananreicherungszentrifuge bediente, wurden Dateien übertragen und die Abläufe dieses Herstellungsprozesses verliefen auf subtile Weise schief. Stuxnet hat die Produktion von Nuklearmaterial durch den Iran erheblich unterbrochen. Während allgemein davon ausgegangen wird, dass Stuxnet das Ergebnis einer gemeinsamen Anstrengung der US-amerikanischen und israelischen Regierung war, sollten wir davon ausgehen, dass unsere Gegner aktiv ähnliche Cyberwaffen einsetzen.

Kehren wir zurück in den Weltraum und betrachten wir die Auswirkungen auf die Cybersicherheit für Fertigungsroboter im Orbit. Ja, Weltraumbasierte Fabriken sind eine echte, aufstrebende Domäne. Die Mikrogravitationsumgebung ermöglicht die Herstellung von Produkten, die wir auf der Erde nicht herstellen können. Dazu gehören erstaunlich perfekte Kristalle, einzigartige und hochreine Materialien, revolutionäre Medikamente und sogar biogedruckte Organe. Einige dieser Produkte, wie zum Beispiel ultrahochleistungsfähige Glasfaserkabel, bieten einen ausreichenden Wert, sodass ihre Herstellung im Weltraum – selbst bei den heute relativ hohen Flugkosten – einen sehr hohen Gewinn verspricht.

Die NASA erkennt Weltraumfertigung als wichtige Technologie, die den eigenen Missionen der Agentur zugute kommen kann. Es ist neben dem Weltraumtourismus auch ein entscheidender Wirtschaftszweig für die kurzfristige Entwicklung einer Weltraumwirtschaft. Ich habe kürzlich die Überprüfung der Geschäftsmodelle für das Johnson Space Center geleitet In-Space-Produktionsanwendungen (InSPA) Programm. Unter InSPA, NASA mit acht ausgezeichnet Fertigungsteams die Möglichkeit, ihr Fertigungsprojekt ins All zu fliegen. NASA und die ISS-Nationallabor wird diesen Produktions-Startups den Rack-Platz und die Astronautenzeit zur Verfügung stellen, die sie für ihre Testläufe benötigen. Die Preisträger erhalten außerdem den Downmass-Transport, der für die Rückführung ihrer hergestellten Produkte zur Erde erforderlich ist. Ziel ist es, US-Firmen im Weltraum Fuß zu fassen, während wir auf die Kommerzialisierung des Low Earth Orbit (LEO) warten.

Mehrere Unternehmen planen den Einsatz kommerzielle orbitale Raumstationen innerhalb der nächsten Jahre. Ihre Einnahmemodelle hängen oft von der Entstehung einer rentablen Raumfahrtproduktion ab. Wie Sie sich vorstellen können, ist Astronautenzeit teuer. Die NASA gibt bis zu 700,000 US-Dollar pro Stunde an. Obwohl der kommerzielle Betrieb diese Kosten um ein Vielfaches senken wird, ist die Automatisierung von Raumfahrtfertigungssystemen eine Voraussetzung und keine Option.

Die ultimative Anwendung für die Fertigung außerhalb des Planeten ist die Bereitstellung Selbstständigkeit für In-Space-Einrichtungen. Wenn Teile und Werkzeuge Bei einer Pause auf einer Raumstation ist es weitaus effizienter, Ersatz vor Ort zu drucken. Dies senkt die Kosten, eliminiert große Transportverzögerungen und erhöht die Ausfallsicherheit. Ausgefallene Teile können zu neuen Filamenten für 3D-Drucker recycelt und erneut gedruckt werden, wodurch die Abhängigkeit von der Erde für Rohstoffe weiter verringert wird. Der Redwire-Regolith Das Projekt hat vielversprechende Schritte in diese Richtung unternommen, indem es 3D-gedruckte Strukturen mit Regolith, anorganischem „Schmutz“ von der Mond- oder Marsoberfläche, hergestellt hat. Relativitätstheorie, dessen 3D-gedruckte Terran-Rakete ist Vorbereitungen für den Start in Cape Canaveral plant, eines Tages ganze Raketen auf dem Mond auf dem Mars zu drucken, wobei lokal gewonnene Materialien verwendet werden sollen. Eine große Stärke der automatisierten Fertigung im Weltraum ist die Möglichkeit, Entwürfe und Aktualisierungen von der Erde statt von Materialien zu übertragen. Dies ist auch ein ernstes Problem der Cybersicherheit.

Die sichere Übertragung dieser Dateien und anderer Kommunikation ist von entscheidender Bedeutung, da Weltraumsysteme erwiesenermaßen Ziele für Cyberangriffe sind. Eine Stunde vor dem Einmarsch in die Ukraine startete Russland einen Weltraum-Cyberangriff im KA-SAT-Netzwerk von Viasat, wodurch Benutzer in der Ukraine und anderswo in Europa getrennt wurden. Die exponentielle Verbreitung von Kleinsatelliten, die derzeit in die Umlaufbahn gebracht werden, wird sowohl feindlichen Staaten als auch nichtstaatlichen Akteuren neue Angriffsflächen bieten.

Letztes Jahr hatte ich die Ehre, als externer Prüfer für die DPhil Viva (Doktorarbeit) von James Pavur, einem Rhodes-Stipendiaten, der Informatik in Oxford studiert, zu fungieren. Dr. Pavurs Arbeit Eine Studie zum Thema Cybersicherheit im Weltraum ergab, dass Weltraumkommunikationstechnologien äußerst anfällig für Abhörversuche sind. Satellitenkommunikationsprotokolle legen Wert darauf, die beste Leistung aus Verbindungen mit geringer Bandbreite herauszuholen, und sind mit Latenzzeiten behaftet, d. Diese Faktoren können dazu führen, dass herkömmliche Sicherheitstechnologien wie VPNs unpraktisch sind und viele Weltraumkommunikationen einfach unverschlüsselt sind. Dr. Pavur und andere haben gezeigt, dass es aus potenziell schändlichen Gründen sogar möglich ist, neue Daten in Kommunikationsströme einzufügen. Ein solcher Angriff könnte das Produkt oder das Fertigungssystem selbst beschädigen. Es könnte möglicherweise sogar ein Raumfahrzeug oder einen Lebensraum sabotieren und Raumfahrer in Gefahr bringen. Angesichts der gegenseitigen Abhängigkeit moderner Systeme hätte ein Schaden an Weltraumanlagen weitreichende Auswirkungen und könnte zu schweren finanziellen Verlusten für Unternehmen und Einzelpersonen führen, die sich ihrer Abhängigkeit von anfälligen weltraumgestützten Systemen überhaupt nicht bewusst sind.

Lösungen zeichnen sich ab. In meiner Rolle als Gastprofessor im Institut für Sicherheitswissenschaft und -technik (ISST) am Imperial College London bin ich auf ein in Großbritannien ansässiges Startup gestoßen, das sich mit diesem Problem beschäftigt. VERTEIDIGEN3D hat ein sicheres Streaming-Übertragungsprotokoll entwickelt, das eine sichere digitale Bereitstellung von Teildaten an entfernte Standorte ermöglicht, ohne dass eine Dateiübertragung erforderlich ist, wodurch das Sicherheitsrisiko beseitigt wird, das mit der Übertragung des gesamten 2D- oder 3D-Assets verbunden ist. Dies wird durch die Verwendung eines kontinuierlichen, dynamischen Streams zu einer Vielzahl von Fertigungsgeräten mit Bandbreiten von nur 3 KBit/s erreicht. Diese Basistechnologie könnte die Grundlage für eine sichere Fernfertigung in außerirdischen Umgebungen bilden und ein schnelles Design-Prototyping, Iteration und Tests auf der ISS, zukünftigen kommerziellen Stationen und der Mondoberfläche ermöglichen.

Die Zukunft der Fertigung im Weltraum ist unglaublich rosig, aber es ist Wachsamkeit geboten. Wir müssen Cybersicherheit von Anfang an in die Fertigung im Weltraum einbauen, bevor wir einen „schlechten Tag“ erleiden, nicht als Reaktion darauf.