Wie cyber-physische Systeme Rechenzentren gefährden

Cyber-physische Systeme (CPS) bilden das Fundament moderner Rechenzentren: Assets wie Gebäudemanagement- und -automationssysteme, unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV), Generatoren, Kühlinfrastruktur, Plattformen zur Umgebungsüberwachung sowie Lösungen für das Rechenzentrums-Infrastrukturmanagement (DCIM) tragen dazu bei, die Anforderungen an Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit, die Serviceeffizienz sowie die Betriebssicherheit zu erfüllen.

Obwohl diese Systeme in aller Regel nicht direkt mit dem Internet verbunden sind, sind sie anfällig für Cyberangriffe.

Vielmehr sind zahlreiche Komponenten nur einen Schritt davon entfernt, Verbindungen herzustellen, die Angreifern einen Zugang zu Komponenten des Rechenzentrums ermöglichen. Der Zugriff auf exponierte Anlagen im Rechenzentrum erfolgt über indirekte Wege in Betriebsumgebungen durch miteinander verbundene IT-Systeme, Fernzugriff von Drittanbietern, Fernverwaltungsdienste und vertrauenswürdige Netzwerkverbindungen. Die Angriffspfade führen dann zu Sicherheitslücken in cyber-physischen Systemen, wie beispielsweise unsicheren Kommunikationsprotokollen, bekannten bereits ausgenutzten Schwachstellen (KEVs), ungesicherten Fernzugriffstechnologien oder schwachen Authentifizierungsmechanismen. Mit potenziell schwerwiegenden Folgen: So können erfolgreiche Angriffe den Kühlbetrieb stören, die Stromverteilung beeinträchtigen und die allgemeine Betriebsresilienz mindern.

Redundanz ist nicht gleich Sicherheit

Viele RZ-Betreiber wiegen sich in der falschen Sicherheit, dass Hardware-Redundanz im Falle eines Vorfalls eine ausreichende Schutzmaßnahme darstellt. Doch viele dieser Hardware-Backups weisen häufig dieselben Schwachstellen auf, wodurch sie für dieselben Angriffe anfällig sind, die den Vorfall überhaupt erst verursacht haben. Sicherheitsverantwortliche sollten deshalb anfällige CPS in ihre Sicherheitsstrategie einbeziehen. Besonderes Augenmerk sollte dabei auf folgende Assets gerichtet werden.

• OT-Steuerungssysteme: Betriebstechnik wie SCADA-Systeme (Supervisory Control and Data Acquisition) oder speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) spielen in Rechenzentren eine Schlüsselrolle. So erfassen SCADA-Systeme Daten von Sensoren wie Leckage- und Feuchtigkeitssensoren sowie von anderen Infrastrukturkomponenten, um im Falle eines Vorfalls Alarm auszulösen. Speicherprogrammierbare Steuerungen werden häufig zur Regelung von Kühlventilen oder Relais für die Notstromversorgung eingesetzt. Diese Komponenten sind jedoch den gleichen Sicherheitsrisiken ausgesetzt, die auch die OT in anderen kritischen Branchen wie der Fertigung oder der Wasser- und Abwasserwirtschaft betreffen: Die Kommunikation zwischen diesen Komponenten erfolgt häufig über Protokolle, denen grundlegende Sicherheitsmerkmale wie Authentifizierung oder Datenverschlüsselung fehlen, die die Integrität der Prozessdaten gewährleisten. Mehr als 80 Prozent der OT-Steuerungssysteme, Stromüberwachungslösungen und IoT-Systeme kommunizieren über veraltete, unsichere Protokolle wie MODBUS, das keine grundlegende Authentifizierung bietet und Daten im Klartext überträgt.
• IoT und smarte Sensoren: IoT-Geräte haben sich längst zu unverzichtbaren Komponenten von Rechenzentren entwickelt. Vernetzte intelligente Geräte wie Umgebungssensoren oder Tags zur Bestandsverfolgung erfassen Telemetriedaten und kommunizieren mit Gateways, die die Messwerte in die Cloud übertragen, wo sie für die vorbeugende Wartung und Analysen verarbeitet werden.
  IoT-Geräte sind bekanntermaßen unsicher. Einigen fehlen die Rechenleistung, um Sicherheitsfunktionen wie Verschlüsselung zu unterstützen, während andere nicht darauf ausgelegt sind, Firmware-Updates zu empfangen. IoT-Geräte am Netzwerkrand stellen zudem für Angreifer ein attraktives Ziel dar, um in der Infrastruktur von Rechenzentren Fuß zu fassen und sich anschließend lateral auszubreiten. Aktuell weisen 23 Prozent der IoT-Geräte in Rechenzentren bekannte, bereits ausgenutzte Sicherheitslücken (KEVs) auf.
• Gebäudemanagement und -automation: Gebäudemanagementsysteme sind für die Überwachung zahlreicher Funktionen eines Rechenzentrums zuständig, wie zum Beispiel die Klimatisierung oder die Brandbekämpfung. Obwohl die allermeisten GMS von Rechenzentren nicht mit dem Internet verbunden sind, weisen sie dennoch einige gravierende Sicherheitslücken auf und machen sie so anfällig für Cyberattacken. 88 Prozent kommunizieren über unsichere Protokolle, insbesondere BACnet. Entsprechende Implementierungen verfügen weder über Authentifizierung noch über Verschlüsselung und kommunizieren im Klartext. Gleichzeitig weisen 40 Prozent der GMS veraltete Firmware auf. Dies stellt ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar, vor allem angesichts der langen Zeitspanne zwischen der Entwicklung und Verteilung von Firmware-Updates durch die Hersteller und deren Implementierung durch die Betreiber von Rechenzentren.

Vier Schritte zur operativen Resilienz von Rechenzentren

Insgesamt weist jedes fünfte cyber-physische System in Rechenzentren wie HLK-Systeme oder unterbrechungsfreie Stromversorgungen gravierende Sicherheitslücken auf. Diese Komponenten sind so oft nur einen Schritt davon entfernt, Verbindungen herzustellen, die Angreifern einen Zugang zu Komponenten des Rechenzentrums ermöglichen. Deshalb sind Sicherheitsverantwortliche gefordert, die Cyberrisiken effektiv zu minimieren. Dabei sollten sie vor allem vier Bereiche adressieren.

1. Exposure ManagementDas Risikomanagement für die Infrastruktur und die Ressourcen von Rechenzentren geht mittlerweile über den bloßen Schutz am Perimeter hinaus. Vielmehr erfordert es ein Verständnis der Kommunikationswege zwischen Ressourcen, die zwar nicht direkt mit dem Internet verbunden sind, aber dennoch nur einen Schritt von einer erfolgreichen Kompromittierung entfernt sind.Das gravierendste Sicherheitsrisiko für die kritischen RZ-Komponenten ist veraltete Firmware. Im Gegensatz zu IT-Software, die von automatisierten Patch-Zyklen profitiert, erfordert die Aktualisierung eines USV- oder GMS-Controllers geplante Ausfallzeiten und birgt Betriebsrisiken. Entsprechend häufig bleiben sie über längere Zeiträume ungeschützt. Gleichzeitig macht die veraltete Firmware Geräte anfällig für KEVs. Wenn eine Komponente am Perimeter oder ein Netzwerkgerät kompromittiert wird, kann ein Angreifer die Lücke zum internen Netzwerk überbrücken und diese ungepatchten Schwachstellen ausnutzen, um sich in die Infrastruktur einzudringen.

   Dieses Risiko wird durch die Abhängigkeit von grundsätzlich unsicheren älteren Protokollen wie MODBUS und BACnet noch verstärkt. Diese Protokolle wurden vor Jahrzehnten für geschlossene Automatisierungskreisläufe entwickelt. Sie verfügen weder über eine native Authentifizierung noch über eine Verschlüsselung. Jeder, der auf einen MODBUS- oder BACnet-Endpunkt zugreifen kann, ist in der Lage, Befehlsfolgen auszuführen und kann beispielsweise die Leistungsschwellenwerte einer Stromverteilereinheit ändern. Da diese Protokolle Daten im Klartext übertragen, kann ein Angreifer die Kommunikation der Pakete und die von ihnen genommenen Wege nachvollziehen, bevor er einen Angriff startet.

   Sicherheitsverantwortliche müssen risikobehaftete interne Angriffspfade kontinuierlich erfassen. Dies in Verbindung mit einer intelligenten Segmentierung können sie die Risiken veralteter Firmware und unsicherer Protokolle minimieren und so sicherstellen, dass eine gefährdete Ressource nicht zu einem Ausfall der kompletten Anlage führt.

2. Zero-Trust-SegmentierungSegmentierung und Mikrosegmentierung sind die wesentlichsten Kontrollmaßnahmen, um die Auswirkungen eines Cyberangriffs einzudämmen. Die Umsetzung einer strengen Zero-Trust-Netzwerksegmentierung zwischen IT- und Anlagensystemen ist von entscheidender Bedeutung. Dies gilt insbesondere für Rechenzentren, in denen flache Netzwerke vorherrschen. Eine Segmentierung über VLANs schränkt beispielsweise die Möglichkeiten eines Angreifers zur lateralen Bewegung ein und begrenzt damit das Potenzial für Dienstunterbrechungen oder physische Schäden. Durch die Begrenzung unnötiger Verbindungen und die Isolierung kritischer Ressourcen oder Infrastrukturkomponenten mittels Segmentierung lässt sich zudem die Angriffsfläche nachhaltig verringern.Die Zero-Trust-Segmentierung isoliert essenzielle Ressourcen und Infrastrukturkomponenten durch strenge Zugriffskontrollen noch stärker: Sicherheitsverantwortliche können restriktive Sicherheitsrichtlinien durchsetzen, die den Least-Privilege-Ansatz umsetzen und sicherstellen, dass Identitäten bei jeder Anfrage überprüft werden. Dies ist vor allem bei Ressourcen von entscheidender Bedeutung, die Schwachstellen aufweisen, die sich nicht ohne Weiteres mindern oder beheben lassen.
3. Härtung der GebäudemanagementsystemeDa GMS einen Großteil der kritischen Rechenzentrumsinfrastruktur überwachen, muss die Absicherung dieser Managementplattformen ein wesentlicher Bestandteil jeder Sicherheitsstrategie sein. Die Segmentierung im Bereich des Gebäudemanagements sollte auf einem isolierten physischen Netzwerk oder VLAN erfolgen, fernab von Unternehmensnetzwerken und anderen IT-, IoT- oder OT-Ressourcen. Idealerweise sollte die Gebäudeautomation nicht direkt mit dem Internet verbunden sein, wenngleich in der Realität etliche Systeme mit dem Internet kommunizieren, häufig sogar im Klartext.

   Eine Zero-Trust-Architektur setzt strenge Authentifizierungskontrollen für Geräte und Benutzer um und reduziert so die Auswirkungen der Verwendung schwacher Protokolle wie BACnet für die Kommunikation. Zero-Trust-Ansätze sind auch deshalb von Bedeutung, weil viele Gebäudemanagementsysteme in flachen Netzwerken betrieben werden, in denen laterale Kommunikationswege zwischen den Assets gängig sind. Eine Kompromittierung eines einzelnen Assets kann so das gesamte System gefährden.

   Gebäudemanagementsysteme laufen zudem häufig mit veralteter Firmware und älteren Betriebssystemen, für die keine Sicherheitsupdates mehr bereitgestellt werden. Durch die Kombination aus Segmentierung und Zero-Trust-Ansatz können GMS, die nicht mehr ohne Weiteres gepatcht werden können, dennoch effektiv geschützt werden.

4. Bedrohungserkennung und ÜberwachungDie Bedrohungserkennung für CPS in einem Rechenzentrum umfasst die kontinuierliche Überwachung nicht nur der physischen Infrastruktur, sondern auch der digitalen Systeme, die diese steuern. Ziel ist es, Angriffe und Anomalien zu erkennen, zu isolieren und abzuwehren, bevor sie den Serverbetrieb stören.

   Sämtliche Assets müssen erkannt und katalogisiert werden. Diese Informationen werden an eine Lösung zur Bedrohungserkennung weitergeleitet. Entscheidend ist hierbei, dass diese Lösung CPS- sowie OT-spezifische Protokolle wie BACnet, MODBUS oder SNMP versteht. Nur so kann die Kommunikation zwischen den Maschinen überwacht werden. Zunächst wird ein Referenzwert für das Normalverhalten der Assets bestimmt. Abweichungen lösen entsprechend Warnmeldungen aus.

Rechenzentren sind längst Teil der kritischen Infrastruktur. Und ihre Aufgaben werden angesichts des gegenwärtigen KI-Booms weiter wachsen. Deshalb ist ihr Schutz im Hinblick auf die wirtschaftliche und nationale Sicherheit von gesellschaftlicher Bedeutung. Für die Betreiber ist der Aufbau operativer Resilienz der beste Weg, um diese komplexen CPS-Ökosysteme effektiv zu schützen.

Cyber-physische Systeme (CPS) wie USV, Kühlinfrastruktur, Gebäudemanagement und IoT-Sensoren bilden das Rückgrat moderner Rechenzentren und stellen gleichzeitig ein unterschätztes Sicherheitsrisiko dar: Viele Komponenten kommunizieren über unsichere Protokolle, weisen veraltete Firmware oder bekannte Schwachstellen auf. Hardware-Redundanz allein schützt nicht. Für eine operative Resilienz müssen vielmehr vier Handlungsfelder in den Blick genommen werden: Exposure Management, Zero-Trust-Segmentierung, Härtung der Gebäudemanagementsysteme sowie Bedrohungserkennung.