Resiliente Systeme

Der Begriff Resilienz wird in vielen wissenschaftlichen Disziplinen verwendet, die von Materialien bis zur Psychologie reichen.

Wir sind an der Ausfallsicherheit technischer Systeme interessiert und konzentrieren uns auf Cyber-Physical Systems of Systems (CPSoS). Wir erforschen Mittel zur Messung der Ausfallsicherheit, zum Design und zum Testen der Ausfallsicherheit von CPSoS. Wir definieren CPS (oS) als belastbar, wenn es in der Lage ist, auf bestimmte und nicht spezifizierte Störungen so zu reagieren, dass seine Funktion erhalten bleibt und schnell reagiert. Diese Reaktion umfasst die Früherkennung, Minimierung, Vorhersage oder sogar Vermeidung von Störungen. Das IHP verfügt auf dem Gebiet der resilienten Systeme über die folgenden Kompetenzen:

Kompetenzen

  • Energieeffiziente Implementierungen

    Energieeffiziente Implementierungen

    Eine wichtige Strategie zur Erreichung von Resilienz ist Redundanz. In den hier betrachteten Anwendungsgebieten, wie E-Health, Automatisierungsnetzen etc., werden in der Regel eingebettete Systeme verwendet.

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  • Manipulationssichere kryptographische Implementierungen

    Manipulationssichere kryptographische Implementierungen

    Die Schutzziele Vertraulichkeit, Datenintegrität und Authentizität können mit Hilfe kryptographischer Algorithmen erreicht werden. Hierfür ist es notwendig, die verwendeten Schlüssel geheim zu halten.

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  • Angriffserkennung

    Angriffserkennung

    Die Bedrohung von IT-Systemen durch Angriffe nimmt kontinuierlich zu. Die Erkennung von Angriffen ist gerade für eingebettete Systeme sehr herausfordernd, da diese über sehr begrenzte Ressourcen verfügen.

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  • Zuverlässige Rechenbeschleunigung für KI- und DSP-Anwendungen

    Zuverlässige Rechenbeschleunigung für KI- und DSP-Anwendungen

    Eine wichtige Möglichkeit ist die Verwendung von In-Memory-Computing-Architekturen für AI- und allgemeine DSP-Anwendungen. Das IHP verfügt über umfangreiches Know-how und Technologieentwicklung für Systeme, die auf RRAM-Technologie basieren.

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  • Adaptive fehlertolerante Multi-Prozessoren

    Adaptive fehlertolerante Multi-Prozessoren

    Die Verarbeitung ist einer der kritischen Vorgänge bei eingebetteten Systemen mit zuverlässigkeitsrelevanten Anforderungen. Das IHP untersucht Einzel- und Mehrfachverarbeitungssysteme, die einen zuverlässigen Betrieb für verschiedene Anwendungen bieten, einschließlich Raumfahrt, automatisiertes Fahren oder Industrieautomation.

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  • Strahlungstolerante HF- und digitale Schaltkreise für zuverlässigkeitskritische Anwendungen

    Strahlungstolerante HF- und digitale Schaltkreise für zuverlässigkeitskritische Anwendungen

    Die Forschungsaktivitäten für zuverlässige digitale- und HF-Schaltungen für Weltraumanwendungen haben eine lange Tradition. Der Schwerpunkt dieser Untersuchung liegt auf der RHBD-Methode (Radiation Hard by Design) für digitale und HF-Schaltungen.

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Resilienz ist mehr als Sicherheit und Redundanz. Erkenntnis macht den Unterschied

Sicherheit ist DIE Voraussetzung, die benötigt wird, um jede Funktion eines bestimmten Systems zu gewährleisten. Ohne Sicherheit kann ein Angreifer die Kontrolle über das System übernehmen und in der Folge unterliegen alle seine Eigenschaften den Absichten des Angreifers.

Redundanz ist ein bekanntes Mittel, um die Zuverlässigkeit fast aller Systeme zu erhöhen. Ohne ein gewisses Maß an Redundanz fällt ein System in dem Moment aus, in dem eine seiner wesentlichen Komponenten ausfällt. Zumindest diese Komponenten benötigen also Redundanz. Die erschwingliche Redundanz ist jedoch begrenzt (z. B. zwei Motoren für bestimmte Flugzeugtypen). Aber was passiert, wenn die Redundanz verloren geht, beispielsweise in dem Fall, wenn ein Flugzeug kurz nach dem Start einen doppelten Vogelschlag erlebt?

Umgang mit dem Unerwarteten

Was wird in einer unerwarteten Situation helfen, wenn ein Vogel doppelt einschlägt? Erkennen, d. h. das Finden einer Lösung für ein bisher noch nicht da gewesenes Problem. Während wir an CPSoS arbeiten, besteht die Herausforderung nicht nur darin, ein System zu entwickeln, das auf eine solche Herausforderung richtig reagiert, sondern es auch mit den sehr begrenzten Ressourcen eingebetteter Systeme zu realisieren. 

So metaphorisch gesprochen: Das Problem, welches wir zu lösen versuchen, besteht darin, Kapitän Sullenberger (den Mann, der das Flugzeug auf dem Hudson River landete) in Millionen eingebetteter Systeme zu integrieren.

Prof. Dr. rer. nat. Peter Langendörfer

IHP
Im Technologiepark 25
15236 Frankfurt (Oder)
Deutschland

Sekretariat:
Franziska Koch
Telefon: +49 335 5625 764
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