Verbundprojekt: PYRATE - Polymorphe Agenten als querschnittliche Softwaretechnologie zur Analyse der Betriebssicherheit von cyber-physischen Systemen

Overview

Kritische Infrastrukturen basieren auf modernen cyber-physischen Systemen (CPS), in denen digitale und physische Komponenten hochdynamisch interagieren, um ein gewünschtes Systemverhalten zu erzielen und aufrechtzuerhalten. Durch die Integration marktwirtschaftlich motivierter Optimierungslogik wachsen sowohl die Komplexität als auch die Angriffsfläche von CPS. Traditionelle Methoden zur Analyse der Betriebssicherheit stoßen dabei an ihre Grenzen und können nur spezifische Teilaspekte abdecken, wodurch das Gesamtsystem aus Analysesicht zu Inseln zerfällt. Aggregationen von Teilsystemen sorgen zudem dafür, dass Interaktionen von Komponenten eines CPS sowie das Einwirken etwa von Marktakteuren nicht vollständig erfasst werden. Das gilt in besonderem Maße für systemische Schwachstellen, bei denen einzelne Parameterwerte zwar noch innerhalb des nominalen Bereichs liegen, das Gesamt-CPS in der Zusammenwirkung aber destabilisiert wird. Im Projekt PYRATE werden selbstadaptierende Agenten als Analysemethode verwendet, die den digitalen Zwilling eines CPS eigenständig und ohne domänenspezifische Vorkenntnisse, d.h. nur anhand einer Schnittstellenbeschreibung, untersuchen. Sie werden dadurch, angelehnt an die Begrifflichkeit aus der objektorientierten Programmierung, polymorph, weil lediglich die Schnittstelle wohldefiniert ist, die Agenten aber kein vorgefertigtes inneres Modell des CPS besitzen müssen, sondern dies als intelligente lernende Systeme im Laufe der Analyse selbst ableiten können. In PYRATE wird daher eine Softwaretechnologie entwickelt, die CPS gesamtheitlich betrachtet, statt eine Insellösung zu bleiben. Das in PYRATE entstehende Analysewerkzeug zieht seine Stärke aus der Interaktion von lernenden Einzelagenten an sich. Bei der Ergebnisauswertung wird insbesondere die Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) in den Mittelpunkt gestellt, um die Handlungen der einzelnen Agenten untersuchen und systemische Schwachstellen im Betrieb eines CPS identifizieren zu können. PYRATE ist nicht anwendungsfallspezifisch, sondern stellt eine langfristig ausgerichtete Basisentwicklung einer komplexen Querschnittstechnologie dar. Mit der PYRATE-Softwaretechnologie entsteht damit ein praxisrelevantes, komplexes und umfassend nutzbares Werkzeug.