Blick auf die Schaltwarte im Wasserwerk Wienrode. | picture alliance/dpa

Kritische Infrastruktur So kann KI Wasser- und Stromnetze schützen

Stand: 30.10.2022 11:03 Uhr

Kritische Infrastrukturen wie Wasser, Strom oder Verkehr sind durch Sabotage oder auch Naturereignisse bedroht. Forschung und Wissenschaft können zum Schutz beitragen, etwa mithilfe Künstlicher Intelligenz.

Von Annemarie Neumann, SWR

Durch das Internet, den globalen Handel und weltweiten Tourismus ist die Welt stärker vernetzt denn je. Doch damit werden auch die kritischen Infrastrukturen wie Strom, Verkehr und das Gesundheitssystem verwundbarer.

Erst kürzlich legte eine Kabelsabotage das Streckennetz der Deutschen Bahn lahm. Aus vergangenen Angriffen ist bekannt: Die Angreifer bereiten sich oft lange vor. So waren die Täter bei einem Hackerangriff auf ein Stromnetz der Ukraine im Jahr 2015 bereits Monate zuvor in das System eingedrungen. Um auf Störungen und versteckte Angriffe besser vorbereitet zu sein, beschäftigen sich daher auch Forschung und Wissenschaft mit der Sicherheit der Kritischen Infrastrukturen.

Was sind kritische Infrastrukturen?

Kritische Infrastrukturen sind laut dem Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) Organisationen oder Einrichtungen, die besonders wichtig für das staatliche Gemeinwesen sind. Darunter fallen Sektoren wie Gesundheit, Verkehr oder Energie. Ihr Ausfall hat dramatische Folgen, wie zum Beispiel nachhaltige Versorgungsengpässe oder Störungen der öffentlichen Sicherheit. Um weitreichende Schäden möglichst gering zu halten, benötigen diese daher einen besonderen Schutz.

Vielseitige Bedrohungen

Der Schutz einer kritischen Infrastruktur hängt vom Sektor und der individuellen Situation ab. Denn bei jeder Struktur gibt es unterschiedliche Gefahren. So sind alle Bereiche, die zumindest teilweise digital arbeiten durch Cyberangriffe gefährdet. In den Bereichen Ernährung und Wasser stellen Extremwetterereignisse ein besonderes Risiko für die Versorgung der Bevölkerung dar. Ebenso können vorsätzliche Handlungen oder technisches und menschliches Versagen die Sektoren in unterschiedlichem Ausmaß betreffen. Daher wird beim Schutz der einzelnen Systeme laut Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe ein All-Gefahren-Ansatz berücksichtigt, der alle möglichen Szenarien einschließt.

Forschung für mehr Schutz gegen Cyberangriffe

Am Schutz für Kritische Infrastrukturen wird in allen Bereichen geforscht. So werden mögliche Gefahren analysiert, wie zum Beispiel von möglichen Extremwetterereignissen in der Klimaforschung. Schutzkonzepte werden entwickelt oder die Widerstandsfähigkeit von Kritischen Infrastrukturen beispielsweise gegen Cyberangriffe oder vorsätzliche Manipulation durch Künstliche Intelligenz erhöht. "Im Prinzip kann man sagen, dass sich viel Forschung mit den Kritischen Infrastrukturen beschäftigt, ohne dass das Schlagwort dabei verwendet wird", sagt der Wissenschaftler Sadeeb Simon Ottenburger vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

Er beschäftigt sich mit der Resilienz von Kritischer Infrastruktur. Resilienz bezeichnet laut Innenministerium die "Fähigkeit eines Systems, Ereignissen zu widerstehen bzw. sich daran anzupassen, um die Funktionsfähigkeit aufrechtzuerhalten oder schnell wiederzuerlangen".

Künstliche Intelligenz als Frühwarnsystem

Am KIT werden mögliche Bedrohungen für die Sicherheit der Energieversorgung systematisch erforscht. Künstliche Intelligenz kann dabei helfen, mögliche Schwachstellen in technischen Systemen rechtzeitig zu erkennen und zu beheben. Denn mit der zunehmenden Digitalisierung werden die verschiedenen Sektoren der Kritischen Infrastruktur stärker miteinander vernetzt und voneinander abhängig. 

Durch einen längerfristigen Stromausfall könnte es in anderen Bereichen der Kritischen Infrastrukturen zu weitreichenden Folgen kommen: Beispielsweise könnte der Verkehr gestört werden, es könnte zu Engpässen bei der medizinischen Versorgung und Medikamentenherstellung kommen oder die Trinkwasserversorgung könnte zusammenbrechen. Die Künstliche Intelligenz kann hier als Frühwarnsystem fungieren. Gerade bei hochkomplexen, vernetzten Systemen könnte es sonst passieren, dass Fehler im System zu spät erkannt oder übersehen werden.

Simulationen sollen Fehler frühzeitig finden

Wie Künstliche Intelligenz zu einem sicheren und nachhaltigen Betreiben von Kritischen Infrastrukturen beitragen kann, untersucht auch eine Forschungsgruppe um den Informatiker Eric Veith von der Universität Oldenburg. Dabei soll die Resilienz, also die Widerstandsfähigkeit gegenüber unvorhergesehenen Ereignissen, durch Methoden von Künstlicher Intelligenz, wie dem eigenständigen Lernen, erhöht werden.

In Simulationen werden zum Beispiel mit Hilfe von Algorithmen die Netzdaten und die Kommunikation getestet, um Fehler und Störungen frühzeitig zu finden. Vorerst konzentriere sich, so Veith, die Forschung auf den Bereich der Stromversorgung, später solle dies auf alle Sektoren der Kritischen Infrastruktur angewendet werden.

Verschiedene Übungsszenarien

Neben der Forschung besitzt jeder Sektor zudem Strategien und rechtliche Rahmenbedingungen, um die Kritischen Infrastrukturen vor Störungen und Ausfällen zu schützen. Zudem führen Bund, Kommunen oder auch einzelne Institutionen Übungsszenarien und Managementübungen durch, um im Ernstfall besser reagieren zu können.

Laut Ottenburger könne aber auch eine eigene Vorsorge von Vorteil sein, da möglicherweise nicht allen Privatpersonen gleichermaßen geholfen werden kann. Veith verdeutlicht, dass jeder in der Verantwortung stehe, mit diesem Thema sensibel umzugehen. An dieser Stelle sollte nach Ottenburger auch "die Wissenschaft mit den Kritischen Infrastrukturen, der Politik und der Gesellschaft diskutieren", so dass sich in Zukunft das Risiko für Störungen minimieren lässt.

Über dieses Thema berichtete Deutschlandfunk am 29. Oktober 2022 um 16:30 Uhr in der Sendung "Forschung aktuell".