Definition Was ist Operational Technology (OT)?

Operational Technology umfasst Hard- und Software zur Steuerung und Überwachung von Maschinen, industriellen Anlagen, Infrastrukturen und ihren Prozessen. In der Vergangenheit handelte es sich meist um abgeschottete, proprietäre Systeme. Mittlerweile kommt es zu einer zunehmenden Verschmelzung mit der klassischen IT.

Die deutsche Übersetzung für Operational Technology, abgekürzt OT, lautet operative Technologie. Es handelt sich um einen ursprünglich von der US-amerikanischen Analystenfirma Gartner geprägten Begriff. Gartner verwendete den Begriff ab circa 2006, um den Unterschied zwischen klassischer Informationstechnologie (IT) und industrieller Steuerungstechnik zu verdeutlichen.

Operational Technology ist der Oberbegriff für Hard- und Software, die zur Steuerung, Regelung und Überwachung physischer Geräte wie Maschinen, industrieller Anlagen sowie Infrastrukturen und ihrer Prozesse eingesetzt wird. Sie konzentriert sich auf die Interaktion mit der physischen Welt, um einen sicheren und effizienten Betrieb von Systemen in Bereichen wie Fertigung, Öl- und Gasindustrie, Energie- und Versorgungswirtschaft oder Transport zu gewährleisten. OT spielt eine Schlüsselrolle bei der Automatisierung von industriellen Abläufen und der Steuerung komplexer technischer Systeme. Typische Anforderungen an die OT sind eine hohe Zuverlässigkeit, Sicherheit und Verfügbarkeit. Zudem muss die Technik echtzeitfähig sein.

Operative Technologien haben sich aus mechanischen Steuergeräten entwickelt, die im Zuge des technischen Fortschritts digitalisiert und miteinander vernetzt wurden. In der Vergangenheit war die Operational Technology ein von den in den Unternehmen eingesetzten IT-Systemen abgeschottetes, geschlossenes System. Sie nutzte proprietäre Technologien, Schnittstellen und Protokolle.

Die Digitalisierung und Vernetzung im industriellen Bereich, die Verbreitung von IP- und Ethernet-basierten Technologien auch im OT-Umfeld und das Internet der Dinge (IoT) haben eine zunehmende Verschmelzung von klassischer Informationstechnologie (IT) und operativer Technologie (OT) zur Folge. Diese IT/OT-Konvergenz bildet die Basis für die Industrie 4.0. Sie bietet viele Vorteile, ist aber auch mit Herausforderungen und Risiken verbunden. Operative Technologien, zum Beispiel in kritischen Infrastrukturen, müssen besonders geschützt werden.

Beispiele für OT-Systeme sind speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), industrielle Steuerungssysteme (ICS), Prozessleitsysteme (PLS), IoT- oder IIoT-Geräte und SCADA-Systeme, die für Aufgaben wie die Steuerung von Produktionslinien oder die Verwaltung von Stromnetzen eingesetzt werden.

In jüngster Vergangenheit hält Künstliche Intelligenz auch vermehrt Einzug in den OT-Bereich. Zudem werden die regulatorischen Vorgaben und die Sicherheitsanforderungen an operative Technologien und ihren Einsatz in kritischen Bereichen zunehmend verschärft.

Abgrenzung der Begriffe OT und IT

Auch wenn OT und IT mehr und mehr miteinander verschmelzen, lassen sich die Begriffe Informationstechnologie und operative Technologie voneinander klar abgrenzen. Der Begriff Informationstechnologie umfasst alle Technologien und Systeme mit ihrer Hard- und Software, inklusive Computer, Netzwerktechnik und Speichergeräte, die zur Übertragung, Speicherung und Verarbeitung von Informationen und zur Verwaltung von Daten verwendet werden. IT ist quasi der Oberbegriff für alle Prozesse und Systeme der Datenverarbeitung. Die IT steuert die Abläufe eines Unternehmens und schließt auch die betriebswirtschaftlichen Prozesse ein.

Operational Technology ist auf die Überwachung, Steuerung und Regelung physikalischer Geräte wie Maschinen und Anlagen, Infrastrukturen und ihrer Prozesse beschränkt. Die Hard- und Software wird produktionsnah eingesetzt und übernimmt die operative Steuerung der Abläufe.

Die folgende Tabelle stellt typische Merkmale von IT und OT gegenüber:

Beispiele für einige typische Technologien, Protokolle und Standards im OT-Netzwerkbereich

Typische Technologien, Protokolle und Standards im OT-Netzwerkbereich sind auf die industriellen Anforderungen, auf Sicherheit und Zuverlässigkeit ausgelegt. Sie unterscheiden sich in einigen Aspekten deutlich von klassischen IT-Lösungen und wurden teils speziell für die Steuerung und Überwachung physischer Geräte und ihrer Prozesse geschaffen.

Im Folgenden einige typische Beispiele für solche Technologien, Protokolle und Standards:

• Single Pair Ethernet (SPE): Ethernet-Standard zur Datenübertragung und Stromversorgung über Kabel mit nur einem verdrillten Adernpaar

• Time Sensitive Networking (TSN): Ethernet-Erweiterung für deterministische, zeitkritische Datenübertragungen mit sehr geringen Verzögerungen

• uRLLC (Ultra Reliable and Low Latency Communications): 5G-Dienstkategorie für eine extrem zuverlässige und latenzarme Kommunikation

• mMTC (massive Machine Type Communications): 5G-Dienstkategorie für die Anbindung einer sehr großen Anzahl von IoT-Geräten mit geringem Datenaufkommen pro Gerät

• Modbus: Kommunikationsprotokoll für die serielle Datenübertragung in der Industrieautomation

• Profibus/Profinet: Industrielle Feldbus- und Ethernet-Standards für die Echtzeitkommunikation zwischen Steuerungen und Feldgeräten

• OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) : plattformunabhängiger, serviceorientierter Kommunikations- und Informationsaustauschstandard für Maschinendaten und die Industrie 4.0

• MQTT (Message Queueing Telemetry Transport): leichtgewichtiges, offenes Nachrichtenprotokoll für eine effiziente Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) und die Übertragung von Telemtriedaten

Was ist IT/OT-Konvergenz und welche Vorteile ergeben sich daraus?

In der Vergangenheit handelte es sich bei Operational Technology um geschlossene Technologien mit proprietären Protokollen und Schnittstellen. Digitale Steuerkomponenten waren zwar miteinander vernetzt, nutzten aber eigene Kommunikationswege und Bussysteme wie PROFIBUS oder CAN, die von der Ethernet-basierten Unternehmens-IT getrennt betrieben wurden. Das Internet der Dinge und die Verbreitung von Ethernet- und IP-basierten Vernetzungstechnologien im Umfeld der Industrie 4.0 verwischen heute aber die klaren Trennlinien zwischen Informationstechnologie und operativer Technologie.

Diese Konvergenz schafft effizientere Systeme und ermöglicht Lösungen wie die Steuerung der Prozesse aus der Ferne über das Internet, die direkte Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) oder die Einbindung von Künstlicher Intelligenz, beispielsweise für die vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance). Dank der IT/OT-Konvergenz lassen sich Anwendungen des Big-Data-Umfelds und des maschinellen Lernens (ML) für operative Technologien einsetzen.

Typische Vorteile, die durch die Verschmelzung von IT und OT entstehen, sind:

• Datenverarbeitung und -analysen produktiver Prozesse in Echtzeit

• Nutzung offener Systeme und Plattformen

• direkte Machine-to-Machine-Kommunikation auch über das Internet

• Steuerung und Überwachung produktiver Prozesse aus der Ferne

• Nutzung von Anwendungen des Big-Data-Umfelds, der Künstlichen Intelligenz und des Maschinellen Lernens

• neue Lösungen wie Predictive Maintenance und Predictive Monitoring

• höhere Produktivität durch effizientere und flexiblere Produktionsprozesse

• Kostensenkung

• Realisierung neuer Geschäftsmodelle

Operational Technology und die Sicherheit

Die IT/OT-Konvergenz bringt nicht nur Vorteile mit sich. Maschinen und Anlagen bieten durch die Vernetzung und die Abkehr von geschlossenen, proprietären Systemen sowohl von außen als auch von innen eine größere Angriffsfläche. Herkömmliches Air-Gapping, das die produktiven Systeme von der klassischen IT und dem Internet trennt, ist nicht mehr vorhanden. Produktionsanlagen und kritische Infrastrukturen können in den Fokus externer oder interner Angreifer geraten. Schadsoftware oder unberechtigte Zugriffe auf die Systeme können zu erheblichen Schäden wie kompletten Produktions- oder Infrastrukturausfällen führen.

Die Störung der operativen Technologie kann im Fall von kritischen Infrastrukturen sogar Menschenleben und die Umwelt gefährden. Es müssen daher Sicherheitsmaßnahmen getroffen und fortschrittliche Sicherheitstechnologien eingesetzt werden, die die Manipulation oder die unbefugte Steuerung operativer Technologien zuverlässig verhindern. Zu berücksichtigen sind dabei die im Vergleich zu klassischen IT-Komponenten wesentlich längeren Lebenszyklen der produktiven Geräte und ihrer Prozesse. Nicht selten sind Maschinen zwanzig Jahre und mehr im Einsatz. Über den kompletten Zeitraum ist sicherzustellen, dass Firmware-Updates und Betriebssystemaktualisierungen möglich sind. Eingesetzte Schnittstellen und Protokolle sind so zu implementieren, dass sie mit aktuellen Sicherheitsstandards über viele Jahre kompatibel bleiben.

Typische Maßnahmen zur Absicherung operativer Technologien vor externen oder internen Bedrohungen sind zum Beispiel:

• umfassende Risikoanalysen für die einzelnen Systeme und Komponenten und die Gesamtheit der operativen Technologie

• umfassendes Monitoring der Systeme und Prozesse

• IT/OT-Bedrohungserkennung zur Erkennung von Schwachstellen oder Sicherheitsproblemen

• logische Segmentierung der Netze gemäß den jeweils einzuhaltenden Sicherheitsstandards

• Sicherheits-Checkpoints an Netzwerkgrenzen

• Einführung zuverlässiger und sicherer Authentifizierungs- und Autorisierungsmechanismen

• durchgängige Verschlüsselung der ausgetauschten Daten

• regelmäßige Security-Audits

• Implementierung organisatorischer Sicherheitsmaßnahmen wie klare Definition von Verantwortlichkeiten und Zuständigkeiten, Schulungen der Mitarbeiter und die Durchführung von Notfallübungen

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