Der Aufbau sicherer Smart Cities im Zeitalter von 5G und IoT

Der Begriff "Smart City" ist ein beliebtes Schlagwort, das in einer Welt, in der die allgegenwärtige Konnektivität durch die Innovation von 5G und das Internet der Dinge (IoT) mit Spannung erwartet wird, die Runde macht. "Echte" intelligente Städte werden in nicht allzu ferner Zukunft Realität werden. Heute stellt sich die Frage: Was macht eine Stadt "intelligent", und welche Rolle werden 5G und IoT bei dieser Transformation spielen?

Was macht eine Stadt wirklich "intelligent"?

Es gibt viele Definitionen für das Konzept der "intelligenten Stadt". Eine, die allumfassend ist und menschliche, technologische und institutionelle Perspektiven abdeckt, ist:

"Eine Stadt ist dann intelligent, wenn Investitionen in menschliches und soziales Kapital sowie in traditionelle (Verkehr) und moderne (IKT) Kommunikationsinfrastrukturen ein nachhaltiges Wirtschaftswachstum und eine hohe Lebensqualität bei klugem Umgang mit den natürlichen Ressourcen durch eine partizipative Verwaltung fördern." ¹

Aus rein technologischer Sicht können Smart Cities als Synonym für digitale Städte, intelligente Städte, verdrahtete Städte, hybride Städte oder Informationsstädte bezeichnet werden. Tech-Evangelisten sind der festen Überzeugung, dass die allgegenwärtige Konnektivität, die durch 5G und IoT ermöglicht wird, der Hauptantrieb für die ersten "echten" Smart Cities der Zukunft sein wird.

Betrachten Sie diese IoT-Anwendungsszenarien für intelligente Städte:

• Smart traffic Lösungen zur Kontrolle des Verkehrsflusses
• Smart Parking Lösungen zur Verwaltung von leeren oder verfügbaren Parkplätzen in Echtzeit
• Smarte Lösungen für den öffentlichen Nahverkehr zum proaktiven Management von Pünktlichkeit und Verkehr
• Smarte Versorgungsunternehmen für Fernüberwachung, zuverlässige Zählerstände und genaue Abrechnung
• Smarte Straßenbeleuchtung für die automatische und intuitive Steuerung von Straßenlampen
• Smartes Abfallmanagement für eine optimierte Abfuhrplanung
• Smarter Umweltschutz für die Echtzeitüberwachung von Luft, Wasser und Bodenqualität
• Smarte öffentliche Sicherheit für die Verfolgung und Überwachung von Gefahrensituationen in Echtzeit

Im Großen und Ganzen sind die Ökosysteme der digitalen Stadt so konzipiert, dass sie auf Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) basieren, die riesige neuronale Netzwerke aus physischen Geräten, elektronischen Sensoren, mobilen Geräten, Kommunikations-Gateways, Informationstechnologiesystemen und Datenzentren miteinander verbinden, um die Infrastruktur einer Stadt zu betreiben. IoT-Geräte und Sensoren im IoT-fähigen IKT-Rahmen sind über ein stromsparendes Wide-Area-Netzwerk (LPWAN), wie z.B. Schmalband-IoT, angebunden.

NB-IoT (oder Narrowband Internet of Things) unterstützt die kostengünstige Konnektivität von IoT-Geräten, Objekten und Sensoren im großen Maßstab. Es ist die am besten geeignete Form der zellularen Konnektivität für IoT-Geräte und Anwendungen, die eine außergewöhnlich weitreichende Abdeckung bei extrem niedrigem Stromverbrauch erfordern.

Während NB-IoT heute innerhalb eines LTE-Carriers und als eigenständige Lösung bereitgestellt werden kann, wird 5G NR (New Radio) in naher Zukunft eine bessere Betriebsfähigkeit bieten. Denn 5G wird die Anforderungen an Geschwindigkeit, Latenz, Konnektivität und Kapazität erfüllen, die erforderlich sind, um die von IoT-Geräten erzeugten Datenmengen zu verwalten. Zahlreiche Kleinzellennetzwerke, die hohe Datenraten und ununterbrochene Konnektivität innerhalb der drahtlosen Netzwerkinfrastruktur der Stadt bieten, werden mit 5G betrieben.

Die von der vernetzten IoT-Matrix generierten Echtzeitdaten werden über in der Cloud bereitgestellte IoT-Anwendungen übertragen, die speziell für das IoT-Framework entwickelt wurden. Fortschrittliche KI-gestützte Analysen, die aus diesen Daten abgeleitet werden, ermöglichen dann ein intelligentes Management der städtischen Abläufe, um die vielen ökologischen, sozialen und gesetzlichen Aspekte des städtischen Lebens zu verbessern.

Sicherheitsprobleme im Überfluss

Es steht außer Frage, dass das Versprechen von 5G von zentraler Bedeutung ist, wenn es darum geht, die aufkeimende Vision "echter" intelligenter Städte von der Aspiration zur Verwirklichung zu bringen. Die Stadt San Francisco weiß das nur zu gut. Im September 2016 gelang es Cyberkriminellen, fast ein Viertel der von der San Francisco Municipal Transportation Agency genutzten Netzwerke zu kompromittieren und mit Ransomware zu infizieren.

Im Großen und Ganzen gehen diese Sicherheitsherausforderungen Hand in Hand mit der Vision von Smart Cities:

1. Massive Angriffsfläche: Aufgrund ihres stetig wachsenden Volumens können IoT-Geräte in einem Smart-City-Ökosystem komplex zu sichern sein, da es viel mehr Ansatzpunkte für Angriffe gibt. IoT-Geräte, die mit Botnetzen bewaffnet sind, werden zu Kanälen für die Infiltrierung der kritischen Infrastruktur einer Stadt mit Malware.
2. Herausforderungen der Datensicherheit: Die von IoT-Geräten generierten Daten sind der wichtigste Impuls für das Betriebsmodell einer Smart City. Hacker können kompromittierte Geräte und Sensoren nutzen, um sich unbefugten Zugang zu sensiblen und vertraulichen öffentlichen Daten zu verschaffen und diese während der Übertragung zu manipulieren und abzufangen, was zu schwerwiegenden Problemen bei der Vertraulichkeit, Integrität und Verfügbarkeit von Daten führt.
3. Herausforderungen bei der Verfügbarkeit von Netzwerken und Anwendungen: Bewaffnete IoT-Geräte eignen sich als Ziele für massive Signalisierungsfluten und volumetrische Distributed-Denial-of-Service- oder DDoS-Angriffe auf das drahtlose Netzwerk und die Cloud-Anwendungen, die das IKT-Framework einer Smart City bilden. Diese Angriffe beeinträchtigen die Fähigkeit des Netzwerks, echte Nachrichten an Anwendungen in der Cloud zu liefern. DDoS-Angriffe können auch dazu verwendet werden, Anwendungen, die Smart-City-Daten verarbeiten und analysieren, negativ zu beeinflussen, indem sie sie lahmlegen oder völlig unempfindlich machen.

Intelligente Städte sind das nächste große Ding, und sie werden das urbane Leben auf die nächste Stufe heben. Die Vernetzung der intelligenten Städte ist jedoch sowohl ihre größte Stärke als auch ihre größte Schwäche.

¹ R. R. Berkel, A. & Singh, Prince & J. van Sinderen, M, "An Information Security Architecture for Smart Cities," in Business Modeling and Software Design, 167-184.