BIN423: Security and Safety for Embedded Systems

Wahlpflicht-Module

BIN423: Security and Safety for Embedded Systems

Kurzporträt BIN423: Security and Safety for Embedded Systems
Worum geht es? Das Modul verbindet Safety und Security für eingebettete Systeme. Studierende betrachten vernetzte technische Systeme, die sowohl gegen gefährliche Fehlfunktionen als auch gegen Angriffe abgesichert werden müssen. Dabei geht es um Anforderungen, Risiken, Normen, Architekturentscheidungen, Nachweise und verantwortbare Entwicklung.
Wofür braucht man es? Die Inhalte sind relevant für Systeme mit physischer Wirkung, etwa in Robotik, IoT, Automatisierung, Medizintechnik oder Mobilität. Wer solche Systeme entwickelt, muss Sicherheitsentscheidungen nachvollziehbar begründen und prüfen können, ob technische Maßnahmen zu Risiko, Normenlage und Einsatzkontext passen.
Wieso ist es interessant? Safety und Security verfolgen unterschiedliche Blickrichtungen, treffen in realen Systemen aber aufeinander. Das Modul zeigt, wie Schutz vor Unfällen, Angriffen und Fehlfunktionen zusammengedacht wird und warum gute technische Lösungen auch belastbare Prozesse und Nachweise brauchen.
Modulverantwortung

Prof. Dr. Jens Brandt

Lehrperson(en)
  • Prof. Dr. Jens Brandt
  • Prof. Dr. Benedikt Janßen
Verwendbarkeit

Bachelor Informatik

Fächergruppe

Informatik

Modultyp
Wahlpflicht
Sprache

Deutsch und Englisch

Angebot

Sommersemester

Dauer

1 Semester

Credits

5 ECTS

Benotung

Deutsche Notenskala 1-5

SWS

2 V | 2 Ü | - P | - S

Workload
Präsenzstudium: 45 Std. Selbststudium: 90 Std.
Engl. Titel

Security and Safety for Embedded Systems

Empfohlene Voraussetzungen
  • BIN004: Einführung in die Programmierung: Programmiergrundlagen, Softwareentwicklung, Tests.
  • BIN005: Systemsoftware: Betriebssysteme, Prozesse, Systemschnittstellen.
  • BIN007: Datennetze: Protokolle, IP-Netze, Netzwerkdienste.
  • BIN421: Hardwarenahe Systementwicklung: eingebettete Systeme, Schnittstellen, Sensorik/Aktorik.
Lernergebnisse / Kompetenzen
WAS

Mit erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage, für ein vernetztes eingebettetes System aus einer gegebenen Problemstellung einen normenorientierten Safety- und Security-Entwicklungsprozess zu gestalten, der Anforderungen, risikobasierte Entwurfsentscheidungen, Umsetzung und Nachweise nachvollziehbar miteinander verbindet.

WOMIT

Die Studierenden erreichen dieses Lernergebnis, indem sie

  • Systemgrenzen, Nutzungskontexte, Betriebszustände und schützenswerte Werte bestimmen,
  • Safety, Security und Zuverlässigkeit voneinander abgrenzen und in Beziehung setzen,
  • normative und regulatorische Rahmenwerke hinsichtlich Lebenszyklus, Rollen, Arbeitsprodukten und Nachweisen untersuchen,
  • Gefährdungen, Bedrohungen, Fehlerszenarien und Angriffsflächen analysieren und Risiken bewerten,
  • Safety- und Security-Mechanismen vergleichen, auswählen und in eine Systemarchitektur integrieren,
  • KI-agentenbasierte Entwicklungsumgebungen mit Kontextinformationen, Randbedingungen und Akzeptanzkriterien anleiten,
  • Anforderungen, Risiken, Entwurfsentscheidungen, Implementierung und Prüfungen durch Traceability verknüpfen,
  • Reviews, Tests sowie Fehler- und Angriffsinjektionen planen und auswerten.
WOZU

Die Studierenden nutzen diese Kompetenzen, um in beruflichen Entwicklungsprojekten belastbare und verantwortbare Architektur- und Sicherheitsentscheidungen für vernetzte eingebettete Systeme mit physischer Wirkung zu treffen.

Inhalte
  • Grundlagen und Abgrenzung von Safety, funktionaler Sicherheit, Security, Zuverlässigkeit und Risiko
  • Normen- und regulierungsorientierte Entwicklungsprozesse
  • Safety- und Security-Anforderungen, Systemkontext, Betriebs- und Fehlerzustände
  • Gefährdungs- und Risikoanalyse, Bedrohungsmodellierung und Angriffsflächenanalyse
  • Safety-Mechanismen: Fehlererkennung, Plausibilitätsprüfung, Watchdogs, Redundanz und Fail-safe-Verhalten
  • Security-Mechanismen: Isolation, Authentizität, Integrität, sichere Programmierung und geschützte Update-Pfade
  • Kryptografische und hardwaregestützte Sicherheitsmechanismen ohne mathematische oder schaltungstechnische Vertiefung
  • KI-agentenbasierte Entwicklungsabläufe, Review, Validierung, Reproduzierbarkeit und menschliche Verantwortung
  • Verifikation, Validierung, Simulation, Fehler- und Angriffsinjektion
  • Traceability, Konfigurations- und Änderungsmanagement sowie strukturierte Sicherheitsargumentation
Prüfungsvorleistung

Keine angegeben.

Prüfungsleistung

Studien- oder Projektarbeit. Das Prüfungskonzept ist als Studienarbeit mit Fachgespräch ausgestaltet.

Literatur
  • Nancy G. Leveson: Engineering a Safer World. MIT Press, 2011.
  • Ross Anderson: Security Engineering. 3. Auflage, Wiley, 2020.
  • Daniel J. Bernstein, Tanja Lange, Peter Schwabe: Post-Quantum Cryptography. Springer, 2009.
  • ISO/IEC: ISO/IEC 27001: Information Security Management Systems. ISO, aktuelle Fassung.
  • IEC: IEC 61508: Functional Safety of Electrical/Electronic/Programmable Electronic Safety-Related Systems. IEC, aktuelle Fassung.