Elektromagnetische Bedrohungen Teil 1: Gefahrenlage & Risiko - Georg Neubauer, AIT
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Elektromagnetische Bedrohungen Teil 1: Gefahrenlage & Risiko Georg Neubauer, AIT http://www.ait.ac.at
Inhalt
§ Einleitung
§ Intro zu COVID 19
§ Taxonomie der Problemstellungen rund um COVID 19
§ Semantische Begriffe
§ Begriffsbestimmungen zu IEMI
§ Was sind elektromagnetische Bedrohungen?
§ Begrifflichkeiten
§ Eine Taxonomie von IEMI
§ Klassifizierung der Signale nach der Frequenz
§ Gefahrenlage
§ Kenntnisstand über elektromagnetische Bedrohungen (zivil/militärisch)
§ Beispiele elektromagnetischer Waffen
§ Risikoabschätzung
§ Wahrnehmung in der Bevölkerung
§ Methoden der Risikoabschätzung
§ Schlussfolgerungen - Perspektiven
14.05.20 2
COVID 19 – Ein Vergleich mit anderen
Pandemien anhand der Todesfälle*
Zeitraum Krankheit Todesfälle
1347-1351 Pest 200 Mio
1520 Pocken 56 Mio
1918-1920 Span. Grippe 40 – 50 Mio
1981- Aids 25-35 Mio
2002-2003 SARS 770
2009-2010 Schweinegrippe 200.000
2012- MERS 850
2014-2016 Ebola 11.300
2020 - ? COVID 19 293.157 (13.5.20)**
* Visual Capitalist – COVID 19, ** Covid 19 Dashboard John Hopkins University
5/14/20 3
Probleme beim Management von COVID 19 • Verschiedene Stakeholder wie Behörden, Einsatzkräfte, Infrastrukturbetreiber oder Ersthelfer sehen sich sehr unterschiedlichen Herausforderungen gegenübergestellt • Die Medien berichteten z.B. von Mangel an medizinischen Material (z.B. Masken) und Geräten (Beatmungsgeräte, Schnelldiagnose) • Es fehlt aber eine systematische Analyse der Probleme auf nationaler und grenzübergreifender Ebene • Aus diesem Grund wurde im EU Projekt DRIVER+ eine Befragung internationaler Stakeholder im Epidemie/ Pandemiemanagement initiiert (https://www.driver-project.eu/) 5/14/20 4
Eine Taxonomie der Bedarfe zum Covid 19
Management
Covid 19 Gaps
Kommunikation & Ressourcenplanung & Bevölkerungs- Sicherheit & Öffentliches
Informationsaustausch Folgenabschätzung Datenmanagement Logistik Gefahrenabwehr Gesundheitswesen
Management
Fehlende
Interoperabilität Notfallpläne Andere….
5/14/20 5
Eine Taxonomie der Bedarfe zum Covid 19 Management (2) 5/14/20 6
Bedarfe Covid 19 – Ergebnisse
Communication, Information Exchange
45,00%
40,00%
35,00%
30,00%
25,00%
20,00%
15,00%
Responses
10,00%
5,00%
0,00%
s
es
n
ia
s
e
s
re
se
er
lem
io
nc
ed
ng
tu
es
t
th
na
ibu
ic
lm
le
ob
O
oc
lP
al
er
str
pr
cia
pr
ch
na
ov
di
re
So
d
G
tio
ce
ize
ion
ctu
ra
rfa
on
at
ru
pe
te
rm
rm
st
O
In
fra
fo
ha
on
In
In
m
t
No
m
Co
5/14/20 7
5/14/20
Cr
os
s -o
rg
. ov
er
Su vie
pp w
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
80,00%
90,00%
or re
to so
Us th ur
er ce
e/
sh or s
ar ga
in ni
g za
of tio
in ns
Re f ras
so tr u
ur ct
ce ur
s es
Ex an
ha d
us m
at
te er
d ial
in
Ca fra
pa st
ru
cit ct
y ur
fo e
rp
ro
Pr du
Kn od cti
uc on
ow ti o
le n
dg fl e
e xib
pr ili t
od
.c y
O ap
th ab
er
s il it
(p
Resource Planning & Logistic
ies
lea
se
sp
ec
Bedarfe Covid 19 – Ergebnisse (2)
i fy
)
Responses
8
Terminologie (themenunabhängig) • Terminology: set of terms representing a system of concepts within a specific domain, [SOURCE: ISO/TS 17117:2002, 3.1] • Taxonomy: scheme of categories and subcategories that can be used to sort and otherwise organize itemized knowledge or information [SOURCE: ISO 5127:2017, 3.8.6.07] • Ontology: formal representation of phenomena of a universe of discourse with an underlying vocabulary including definitions and axioms that make the intended meaning explicit and describe phenomena and their interrelationships [SOURCE: ISO 19101- 1:2014, 4.1.26] • Vocabulary: list of terms, often given in alphabetical order 5/14/20 9
Was sind elektromagnetische Bedrohungen? In den vergangenen Jahren hat die Nutzung elektromagnetischer Quellen für kriminelle und terroristische Zwecke bedeutsam zugenommen - IEMI (intended electromagnetic interference) ist nicht mehr auf die militärische Domäne beschränkt. 5/14/20 10
Begriffsbestimmungen 14.05.20 11
Begriffsbestimmungen
§ Intentional electromagnetic interference (IEMI)
§ Absichtliche böswillige Erzeugung von elektromagnetischer Energie, die Signale in
elektrische und elektronische Systeme einkoppelt und dadurch diese stört oder
schädigt. Der Hintergrund ist terroristisch oder kriminell (nach der International
Electrotechnical Commission IEC)
§ High Power Electromagnetic Pulse (HPEM)
§ Starke elektromagnetische Felder oder Ströme und Spannungen mit Feldstärken
von über 100 V/m
§ Gepulste Spitzenleistungen über 1 GW im GHz Bereich (Arnesen, 2004)
§ High altitude electromagnetic pulse (HEMP / auch „nuclear electromagnetic
pulse NEMP“ genannt)
§ Elektromagnetischer Impuls durch nukleare Explosion außerhalb der Atmosphäre
(Wilson, 2008)
§ Non-nuclear EMP (NNEMP) = High power microwave (HPM)
§ Leistungsstarke Batterien oder reaktionsfreudige Chemikalien
§ High Intensity Radiated Fields (HIRF)
§ Z. B. Radiosender (Shooman, 1994) à kann Flugzeuge beeinträchtigen
14.05.20 12Taxonomie zu IEMI (1) 14.05.20 13
Taxonomie zu IEMI (2) 14.05.20 14
What is IEMI ?
IEMI = Intentional ElectroMagnetic Interference:
‘Intentional malicious generation of electromagnetic energy
introducing noise or signals into electrical and electronic
systems, thus disrupting, confusing or damaging these
systems for terrorist or criminal Purposes’ (IEC 61000-2-13)
(Sabath 2009)
31.03.2015 15The Threat
Various terms are used to describe facets of the manmade
threat, they include but are not limited to:
• Intentional Electromagnetic Interference (IEMI)
• High Power Electromagnetics (HPEM)
• Electromagnetic Pulse (EMP)
• High Energy Radiated Fields (HERF)
• Radio Frequency Weapons (RFW)
• Radio Frequency Directed Energy Weapons (RFDEW)
• Non Nuclear Electromagnetic Pulse (NNEMP or N2EMP)
• Radio Frequency Munitions (RFM) and E-Bomb
• High Power Microwaves (HPM)
• Ultra Wide band (UWB)
• Damped sinusoid (DS)
31.03.2015 16Klassifizierung nach dem
Frequenzbereich (1)
§ Schmalbandige Störung
§ Sinusförmiges Signal
§ Mikrosekunden bis zu einigen Sekunden
§ Breitbandige Störung
§ Pulse meist zwischen 3 – 10 GHz: Ultra Wide Band (UWB)
§ Breitbandige Signale können Beeinflussungen auf vielen
Arbeitsfrequenzen verursachen
14.05.20 17Klassifizierung nach dem Frequenzbereich (2)
Giri, 2004
14.05.20 18Gefahrenlage
§ Elektromagnetischer Kriminalität & Terrorismus
stellen seit einigen Jahren eine zunehmende
Bedrohung dar (z. B. Security Call 2010 der EU,
NATO Programme, …)
§ Erkennungsmöglichkeiten von Bedrohungen zurzeit
gering, Bewusstsein bei Infrastrukturbetreibern
oftmals nicht vorhanden
§ Wahres Bedrohungsbild in Österreich weitgehend
unbekannt
U.S. Army Research Lab, 2010
14.05.20 19Zwischenfälle im zivilen Bereich I
§ 1998: Mitglieder der kriminellen japanischen Organisation Yakuza
manipulierten einen Spielautomaten mittels hochenergetischen RF (HERF)
Generator. (Mansson 2008)
§ 1996 verwendete ein Krimineller in St. Petersburg einen RF Generator um
ein Sicherheitssystem eines Juweliers außer Kraft zu setzen. (Mansson
2008)
§ Verwendung eines Jammers zur Störung des Polizeifunks während eines
Überfalls im Jahr 1996 (Mansson 2008)
20Zwischenfälle im zivilen Bereich II
§ Deaktivierung der Sicherheitssysteme von Limousinen mittels GSM Jammern
(Sabath 2011)
§ Einsatz von EM Waffe durch tschetschenische Rebellen um Sicherheitssystem
zu deaktivieren (United States Department of Homeland Security August 2003)
§ Deaktivierung einer Vermittlungsstelle durch einen Spannungsimpuls - 200.000
Menschen für einen Tag ohne Telefonverbindung (Siniy, Parfenov und Fortov
2006)
§ In Südkorea wurde 2012 die
Navigation von knapp 300 zivilen
Flügen und Schiffen durch einen
nordkoreanischen Störsender gestört
14.05.20 21US Mikrowellen Waffentests
§ „Non-lethal“ Mikrowellen Waffe: Active
Denial System (ADS)
§ Mikrowellen bei 95 GHz
§ Reichweite von ca. 500 m bis 2.000 m
§ Eindringtiefe in die Haut ca. 0,4 mm
§ „Vernichtungsschmerzen“ bei Hitze von
50 – 55 C°
§ Keine Veröffentlichung der Tests
Einsatz 2006 im Irak geplant à wurde
abgebrochen
Das Active Denial System für den militärischen
Einsatz. Foto: Air Force Research Laboratory
(AFRL)
14.05.20 22Zwischenfälle im militärischen Bereich I
§ US-Marine Schiff passierte Panama Kanal ohne schiffseigenes Radar-
System abzuschalten Þ Computersystem der Kanalzone zerstört (Leach
und Alexander 1995)
§ 1984 stürzte Tornado Kampfflugzeug in Deutschland ab, weil es zu nahe an
einem starken VOA (Voice of America) Sender vorbeigeflogen ist (Leach
und Alexander 1995)
§ Acht Kurzwellen- und zwei Mittelwellenfrequenzen
§ Leistungsstärke zw. 100 und 300 kW
§ 91 m hohe Sendemasten
§ Kampfflugzeug flog mit 800 km/h
§ in 230 m Höhe
14.05.20 23Zwischenfälle im militärischen Bereich II
§ Großbritannien verlor während des Falkland Krieges
Zerstörer HMS Sheffield durch abgefeuerte
argentinische Exocet-Rakete. Ursache: EMI Probleme
des Verteidigungssystems mit Kommunikationssystem
Während Kommunikationsphase wurde
Verteidigungssystem abgeschaltet, in dieser Phase
wurde Exocet-Rakete abgefeuert (Clayton 2006)
§ Die meisten Unfälle mit UH-60 Black Hawk seit 1982, in
denen insgesamt 22 Menschen umkamen, wurden durch
zu nahes Vorbeifliegen an Radar Stationen und
Rundfunksendeanlagen ausgelöst (Giri 2008)
S-70 "Black Hawk„
14.05.20 24Wissenschaftliche Studien:
„Applikation und Weiterleitung eines
transienten Impulses über die
Stromversorgung (Hagmann & Dickmann,
2011)”
§ Bundeswehr-Universität Hamburg
§ Verwendung handelsüblicher Impulsquellen
§ Elektroschocker und Taser
• Mobil, klein, nicht leicht zu detektieren
• Spitzenwert 10 kV bei 170 MHz
§ Test-Netzwerk mit PC und handelsüblichen
Kabeln (0,75 bis 2,5 mm² Querschnitt)
§ Ausgelöste Fehler abhängig von Dauer und Anzahl
der Impulse:
§ Resets
§ Grafikkarten-Ausfall
Hagmann & Dickmann, EMC-Kongress,
§ Zerstörung der Dioden der Schaltnetzteile York, 2011
14.05.20 25Wissenschaftliche Studien: Bäckström (Linköping) I
§ HPM-Tests eines Autos im schwedischen Verteidigungsforschungs-Institut
§ 22 Versuche mit einem 1993 produziertem Auto
§ Ausgestattet mit ABS, Airbag, Diebstahlsicherung,
§ Getestet mit laufendem Motor und abgestelltem Motor
§ Pulslänge zwischen 5 und 0,5 µs
§ Frequenzen und Spitzenpulsleistungen
§ 1,3 GHz (L-Band)…..25 MW à 30 kV/m
§ 2,86 GHz (S-Band)…20 MW à34 kV/m
§ 5,71 GHz (C-Band)….5 MW à17 kV/m
§ 9,3 GHz (X-Band)……1 MW à11 kV/m
§ 15 GHz (Ku-Band)…0,25 MWà 6 kV/m
RCV=Remote Control Van, MGS=Microwave Generating
System, PGS=Power Generating System (Diesel-
Generator) Bäckström, 1999
14.05.20 26High Power Microwaves (HPM) Detection System
§ Adami et al. vom Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische
Trendanalysen entwickelten Prototypen zur Detektion
§ Identifikation von Bedrohungssignalen
§ Stationärer und mobiler Einsatz
§ Gepulste Signale zwischen 30 – 3000 MHz mit 0,1 bis 10 µs
Adami, 2011
14.05.20 27Magnetron
§ Vakuum-Laufzeitröhre
§ Elektromagnetische Strahlung im
Mikrowellenbereich (ca. 0,3 bis 300 GHz)
§ Hoher Wirkungsgrad (bis zu 80 %)
§ Preiswert
§ Dauerbetrieb einige kW
§ Impulsbetrieb von MW bis Terawattbereich
§ Walzenförmige Glühkatode im Zentrum
§ Zylinderförmiger Anodenblock
Magnetron eines Mikrowellenherdes im Quer- und
Längsschnitt, Kühlrippen sind entfernt (Wikipedia, 2011)
14.05.20 28Telefonblocker (Jammer) CJ 4000
§ Verschiedene Geräte im Internet bestellbar
§ GPS
§ GSM
§ WLAN
§ Video-Übertragung (Überwachung)
§ Allgemeine Kenndaten:
§ 1,5 - 2,7 W
§ Bis 2 h Akkubetrieb oder Netzbetrieb
§ Reichweite 20 m bis 30 m
§ Dauerbetrieb möglich (interner Ventilator)
§ Kosten von 50 bis 200 €
Telefonblocker CJ 4000
(www.thejammerworld.com)
14.05.20 29Beispiel Telefonblocker (Jammer) CJ 4000
§ Frequenzen (Europa)
§ 840-960 MHz
§ 1805-1880 MHz
§ 1920-1990 MHZ
§ 2110-2170 MHz
14.05.20 30Eureka Aerospace's EMP Auto-Stopper
§ Amerikanische R&D Firma
§ US Army und Verteidigungsministerium
§ Mikrowellen und RF Technik
§ High-Power Electromagnetic System (HPEMS)
§ Entwickelt von Dr. James Tatoian
• Professor in Berkeley
§ Stört Mikroprozessoren bis zu 200 m Dr. James Tatoian (Eureka Aerospace)
§ Antennenlänge: 1,2 m
§ Video: http://youtu.be/oT5EJYY_6HQ
§ Im FP7 Projekt Aeroceptor werden zurzeit UAV
mit HPM Systemen zum Stoppen nicht
kooperativer Fahrzeuge entwickelt
14.05.20 31Klassifikation von Bedrohungen
§ Low-Tech Systeme
Modified
§ Einfach zu erhalten und microwave
konstruieren oven (Giri,
2004)
§ Kosten < 2.000 $
HPM-
§ Medium-Tech Systeme Generator
(Wahl,
§ Erfahrener Ingenieur erforderlich 2005)
§ Kosten ungefähr bei 10.000-
100.000 $
§ High-Tech Systeme
§ Erfahrenes techn. Personal High Power
§ Hochtechnische Komponenten UWB System
IRA II (Prather
§ Anpassung nach Ziel et al., 2004)
§ Kosten > 100.000 $
5/14/20 32Wissenschaftliche Studien: Bäckström (Linköping)
Quelle Distanz [m]
15 50 500
HPM Van Permanenter Störung* Störung*
P = 10 MW Schaden
HPM Koffer** Störung* Störung* Kein Effekt
P = 100 kW
HPM Van Störung* Kein Effekt Kein Effekt
SE = 30 dB
HPM Koffer Kein Effekt Kein Effekt Kein Effekt
SE = 30 dB
SE = Schirmungs-Effektivität
* = permanenter Funktionsausfall möglich
** = Verletzungen von Personen im Umkreis möglich
14.05.20 33Risikoabschätzung
Nichtexperten: Umfrage der Tarrance Group unter der GEN Y
Likely to Occur (N 160) Not likely to occur (N=197)
We rely too much on We have the ability to detect
technology (46, 29 %) and defend against it with
strong homeland security (79,
40 %)
Enemies of America would do Too difficult to be executed (32,
anything to hurt us (42, 26 %) 16 %)
Our security in this area is faulty No country with this type of
and underdeveloped (37, 23 %) capability would risk starting a
war with the US (26, 13%)
Refused / other (35, 22 %) Too complicated for terrorists
(21, 11 %)
Refused / other (39, 20 %)
5/14/20 34Risikoabschätzung Vergleich mit Grenzwerten 5/14/20 35
Risikoabschätzung
Risikomaße – Beispiel Risikoprioritätszahl
RPN = O ⋅ S ⋅ D Occurrence, Severity, Detection
1 - endgültig gefährdete Komponenten
mobiles Analogfunkgerät
von für den Einsatz nicht
fix montiertes Blaulicht
eingebaute Elektronik
eingebaute Elektronik
sicherheitskritisches
nicht sicherheitskrit.
von für den Einsatz
Spezialausrüstung
Spezialausrüstung
TETRA-Funkgerät
mobiles Blaulicht
mobiles TETRA-
eingebautes
Steuergerät
Steuergerät
Funkgerät
benötigter
benötigter
Mittelwert
EM-
Bedrohungen
Jamming 50 40 40 40 40 20 20 20 20 32
Taser 5 8 12 4 4 2 2 2 2 5
ESD-Pistole 5 4 4 4 4 1 1 2 2 3
HPM 80 96 128 96 96 24 24 64 64 75
UWB 80 96 128 96 96 24 24 48 48 71
LEMP 5 8 12 8 8 2 2 4 4 6
Security Attacke 15 12 12 12 12 3 3 6 6 9
Mittelwert 34 38 48 37 37 11 11 21 21 29
5/14/20 36Diskussion
§ Experten aus dem BM.I und dem BMLVS stellen fest, dass ein vorsorglicher
Umgang mit elektromagnetischen Bedrohungen sehr empfehlenswert ist, da
elektromagnetische Waffen verschiedene Grundprozesse der Wirtschaft und
Gesellschaft wie Energieversorgung, Kommunikation und Transport massiv
beeinträchtigen können
§ Der Masterplan „Österreichisches Programm zum Schutz Kritischer
Infrastruktur (APCIP)“ dient dem Schutz nationaler kritischer Infrastrukturen.
Zu den möglichen Bedrohungen zählen auch IEMI.
§ Die Europäische Kommission hat die Bedeutung des Themas IEMI durch
die Förderung des FP7 Projektes HIPOW betont.
§ In einem Bericht für den US Kongress wird auf die wachsende Bedrohung
durch IEMI hingewiesen.
CRS Report for Congress, High Altitude Electromagnetic
Pulse (HEMP) and High Power Microwave (HPM)
Devices: Threat Assessment, Order Code RL 32544, July
14.05.20 2008 37Schlussfolgerungen
§ HPEM – Waffen können große Schäden verursachen
§ Folgewirkungen für Menschen nur bedingt geklärt
§ HPEM – Attacken in kleinerem Rahmen können kostengünstig durchgeführt
werden
§ Anleitungen und Bezugsquellen sind im Internet zu finden
§ Detektion notwendig um Angriffe erkennen zu können!
§ Z.B. Detektor von Fraunhofer INT
§ Maßnahmen für den Schutz kritischer Infrastrukturen vor IEMI sind
erforderlich!!
14.05.20 38„Die E-Bombe … ist einfach zu bauen, hat dramatische
Wirkungen, gewährleistet die Anonymität des Angreifers
und ist in der Anwendung relativ billig – sich im höchst
aufgeladenen, turbulenten geopolitischen Klima unserer
Zeit einen EMP – Angriff auszumalen ist also nicht
schwer.“
Von John Casti, Der plötzliche Kollaps von allem (X-Events,
the Collapse of Everything), 2012, ISBN 978-3-492-05549-9
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit
14.05.20 39Exemplarly Investigation
Investigation of the Vulnerability of Electronic Document Readers to High Power
Electromagnetic signals
Collaboration between EU projects
FastPass
• FastPass established and demonstrated a harmonized,
modular approach for Automated Border Control (ABC) gates -
this encompasses risk analysis against multiple threats
HIPOW
• Develop a holistic regime for protection of critical
infrastructures such as transport against threats from
electromagnetic radiation
• Educing Critical infrastructures vulnerabilities regarding EMP/HPM threats
14/05/2020 40ABC Gate at an Airport
• Scheme of an Automated Border Control System
• The red dotted line marks the attacked equipment
14.05.20 41Test systems - ABC gates
ABC Gates as used on the airport of Sofia and Vienna, the red
14.05.20 dotted lines highlight the electronic document readers 42MOTIVATION TO USE IEMI SOURCES TO ATTACK ABC SYSTEMS § Criminals want to blackmail providers of critical infrastructures and/or governmental institutions § Attackers want to bypass security zones by disturbing border control systems § Terrorists want to immobilize the critical infrastructure airport § Curiosity, some individuals in the society want to create chaos and so they see distortion of electronic components at an airport as a challenge 14/05/2020 43
Test campaign at Fraunhofer INT Test objects: Document readers from two different manufacturers Frequency Range and Signals: • 150 MHz – 3.4 GHz, High Power Microwave Pulses • CW and pulsed signals at the RFID operating frequency Test Setup: TEM waveguide with electronic document reader 14/05/2020 44
Results
• Multiple disturbances, but no destruction of the electronic passport readers
were observed in our tests
• Many disturbances made a manual reset of the devices necessary – need for
skilled staff in order to re-establish routine procedures
• Highest sensitivity of both
devices was found
below 1 GHz
• In particular below 1 GHz
disturbances can be induced
by using small handheld IEMI
sources – such systems can
be easily hidden and do not
require high qualified users
14/05/2020 45Results: Type of disturbances
• Interference: passport readers re-establish routine
operation without external intervention
• Upset: external intervention is required in order to
re-establish routine operation
Correct readout Failed readout
Errors Effect during exposure
Interference • No picture, distorted picture
(no reset • No Machine Readable Zone (MRZ)
required) • RFID could not be read out
Upset (Reset • USB disconnect
necessary) • Software error (crash)
14/05/2020 46Conclusion
§ The campaign has shown that it is possible to disturb electronic passport readers with
both pulsed and CW signals at various frequencies.
§ Consequences of manipulated document readers on the ABC system?
à loss of time, chaos on the airport, reduction of security at control point
§ The results will be used in the risk analysis of FastPass and as input for HIPOW
§ Measures to protect critical infrastructures against IEMI are required
§ We have only looked in a part of the whole system!
14/05/2020 47Vulnerability of Critical Infrastructures to IEMI Threats Bettina Jager, Alexander Preinerstorfer, Georg Neubauer AIT Austrian Institute of Technology Department Digital Safety and Security Information Management Alexander.Preinerstorfer@ait.ac.at
Outline
§ Introduction
§ Critical Infrastructures in Todays Societies
§ Threats to Critical Infrastructures in Europe
§ Motivation of Criminals
§ Protection of Critical Infrastructure in Europe
§ Critical Infrastructures in the European Context – HIPOW
§ Main Results
§ Discussion and Outlook
31.03.2015 49Critical Infrastructures in Todays Societies § EPCIP “Critical infrastructures are assets or systems which are essential for the maintenance of vital societal functions. The damage to a critical infrastructure, its destruction or disruption by natural disasters, terrorism, criminal activity or malicious behaviour, may have a significant negative impact for the security of the EU and the well-being of its citizens.” § European Critical Infrastructure “European Critical Infrastructure (ECI) means critical infrastructure located in Member States the destruction or disruption of which would have a significant impact on at least two Member States.” 31.03.2015 50
Sectors of Critical Infrastructures
No. CI Sectors Europe (EPCIP) CI Sectors Austria (APCIP)
1. Energy (oil & gas production,…) ENERGY (49)
2. Health (hospitals,…) Health (23)
3. Financial (banking,…) Financial (20)
4. ICT (telecommunications,…) ICT (46)
5. Transport (airports, traffic control system) Transport (13)
6. Water (dams, storage, …) Water (5)
7. Research Institutions Research (1)
8. Food Constitutional facilities (35)
9. Space 192 Critical Infrastructures
10. Nuclear Industry in Austria
According to the
Austrian Ministry
11. Chemical Industry
of Interior
31.03.2015 51Threats to Critical Infrastructure in Europe
§ Vulnerability of Critical Infrastructure
§ Vulnerability of systems due to their interconnectedness
§ Complex systems to meet the requirements of highly industrialised
societies are highly connected
§ Various hazards are threatening Critical Infrastructure
§ Natural hazards (floods, eartquakes, etc.)
§ Human induces hazards (Accidental / Intentional)
31.03.2015 52MOTIVATION TO USE IEMI SOURCES TO ATTACK
CRITICAL INFRASTRUCTURES
§ Criminals want to blackmail providers of critical infrastructures
and/or governmental institutions
§ Attackers want to bypass security zones
§ Terrorists want to immobilize critical infrastructures
Electromagnetic radiation is invisible, sources can be easily
hidden in a truck or van!!
14/05/2020 53Documented IEMI Attacks
§ In multiple European cities (e.g. Berlin, Vienna) criminals used
RF- Jammers to disable the security system of limousines
§ Criminals and/or terrorists attacked communication and security
systems (IT Networks, police stations, banking networks,
communication centrals, …)
§ Intended disturbances of the GPS signal of about 300 civil flights by a
north Korean transmitter à use of alternative navigation systems
MOST OF THE INCIDENTS ARE CLASSIFIED!!!
14/05/2020 54Cascading effects due to an IEMI Attack
IEMI Attack
Local distortion of
subsystem
Failure of System
Consequence on Consequence on
other infrastructures infrastructure
Consequences on population, industry, state
SCADA SYSTEM
Supervisory Control and Data Aquisition
31.03.2015 SAFE Conference 2015 55Protection of Critical Infrastructure in Europe
§ Increasing use of electronics in critical systems
§ Increasing availability of sources which have been
designed or can be adapted for IEMI use
§ The European reply to IEMI
§ FP7 Projects are funded under Security Call
HIPOW – STRUCTURES – SECRET
31.03.2015 56The main results from HIPOW § Advise to Policy Makers § Practical guidelines § Input to standards § Web-site and database § Detector system
Discussion and Outlook
Our technical infrastructure relies heavily on electrical and electronic
systems vulnerable to Intentional EMI. This may invite terrorists or
criminals to intentionally damage systems of critical importance.
§ 2 approaches for mitigation to IEMI threats
§ Physical hardening (shielding, filtering, …)
§ Organisational measures (procedures, preparedness, distance, detectors, access
restriction)
§ HIPOW conducted a detailed threat analysis and risk assessment of
the occurrence of IEMI events
§ Preliminary guidelines will be improved in cooperation with CI
operators
31.03.2015 58Impact of pulsed EMF on Humans caused by a Remote Piloted Aerial System Alexander Preinerstorfer1, Stefan Cecil2, Georg Neubauer1, Franco Fresolone1 & Daniel Prost3 1 AIT AUSTRIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 2 SEIBERSDORF LABORATORIES 3 ONERA
Outline
§ Introduction
§ EU FP7 Project Aeroceptor
§ What is IEMI ?
§ Effects of electromagnetic Fields on Humans
§ Scenario
§ Simulations
§ Results
§ Discussion and Outlook
60Project Objectives & System Concept
Increasing the capability of law enforcement authorities to remotely, safely and externally, control and
stop non-cooperative vehicles in both land and sea scenarios, by means of RPAS (UAV)
61Effects of electromagnetic Fields on Humans
Exposure Assessment:
• Health related limits given in international standards*
àTissue Heating and microwave hearing effect in this frequency region possible if
limits are exceeded
• Numerical Simulations with SEMCAD X (FDTD algorithm)
àSpecific Absorption Rate, SAR (W/kg) is the most relevant factor
Bystander (Population) Driver of the non-cooperative vehicle
*International Standards:
ICNIRP 1998, IEEE C 95.1, NATO STANAG 2345
7Scenario
• Exposure Scenario: The payload emits High Power Electromagnetic (HPEM)
signals onto a car and a bystander
63Simulations with SEMCAD X - Exposure of Bystander
Exposure of a bystander
Human body model, SEMCAD X
9Simulations with SEMCAD X - Exposure of Bystander
Exposure of a bystander + parabolic antenna
The parabolic antenna was used for calculations
with SEMCAD X. The antenna on the RPAS is a Electrical field distribution
slotted antenna array.
10Simulations with SEMCAD X - Exposure of Bystander
Electrical field and SAR distribution at two different frequencies by plane wave exposure
11Simulations - Exposure of a driver of a non-cooperative vehicle
CAD model of a car with a human model
from the virtual family inside
+ parabolic antenna
12Simulations - Exposure of a driver of a non-cooperative vehicle
Electrical field distribution
13Results E-FieldRMS 10g-Max SAR
Maximum allowed
Exposure direction Mean SAR (W/kg) EQ Mean EQ Local exposure time within
(10 m distance) (W/kg)
related configuration
0° vertical_0° horizontal 28,3 kV/m 1,23 18,90 15 9
23 s
30° vertical_0° horizontal 28,3 kV/m 1,19 18,94 15 9
24 s
60° vertical_0° horizontal 28,3 kV/m 0,95 20,16 12 10
30 s
Top 28,3 kV/m 0,41 15,72 5 8 46 s
0° vertical_30° horizontal 28,3 kV/m 1,15 24,21 14 12
25 s
30° vertical_30° horizontal 28,3 kV/m 1,11 23,78 14 12
26 s
60° vertical_30° horizontal 28,3 kV/m 0,87 18,38 11 9
33 s
0° vertical_60° horizontal 28,3 kV/m 0,86 23,36 11 12
31 s
30° vertical_60° horizontal 28,3 kV/m 0,84 19,15 10 10
34 s
60° vertical_60° horizontal 28,3 kV/m 0,66 14,43 8 7
44 s
0° vertical_90° horizontal 28,3 kV/m 0,63 20,56 8 10
35 s
30° vertical_90° horizontal 28,3 kV/m 0,61 17,71 8 9
41 s
60° vertical_90° horizontal 28,3 kV/m 0,52 11,77 6 6
55 s
Plan wave exposure from several directions, 6 minute exposure for a bystander
69Results
Exposure direction
E-FieldRMS
(10m distance)
Mean SAR
(W/kg)
10g-Max SAR
(W/kg)
EQ EQ
Maximum allowed
exposure time within
Mean Local related configuration
0° vertical_0° horizontal 28,3 kV/m 0,18 9,50 2 5 76 s
30° vertical_0° horizontal 28,3 kV/m 0,48 14,11 6 7 51 s
60° vertical_0° horizontal 28,3 kV/m 0,64 13,58 8 7 45 s
Top 28,3 kV/m 0,57 25,76 7 13 28 s
0° vertical_30° horizontal 28,3 kV/m 0,19 14,10 2 7 51 s
30° vertical_30° horizontal 28,3 kV/m 0,50 12,40 6 6 58 s
60° vertical_30° horizontal 28,3 kV/m 0,74 25,39 9 13 28 s
0° vertical_60° horizontal 28,3 kV/m 0,19 6,03 2 3 119 s
30° vertical_60° horizontal 28,3 kV/m 0,64 11,59 8 6 45 s
60° vertical_60° horizontal 28,3 kV/m 1,16 20,91 14 10 25 s
0° vertical_90° horizontal 28,3 kV/m 0,23 5,13 3 3 126 s
30° vertical_90° horizontal 28,3 kV/m 0,93 47,82 12 24 15 s
60° vertical_90° horizontal 28,3 kV/m 1,12 34,46 14 17 21 s
Plan wave exposure from several directions, 6 minute exposure for a
non-cooperative vehicle driver
70Discussion and Outlook
§ Numerical simulations were performed for bystanders and persons
sitting in a car
§ Simulations were done using plane wave exposure
§ Analysis showed that Specific Absorption Rate (SAR) limits could be
exceeded by the source
Recommendations for lowering human exposure:
Exposure of humans could be reduced by lowering:
• The exposure time
• Increasing distance between the Remote Piloted Aerial System (RPAS)
• Reducing the repetition rate of the pulse emitter
• Reducing pulse width or reducing duty cycle
71References
§ IEC. (2005). IEC 61000-2-13. High-Power Electromagnetic (HPEM) Environments-
Radiated and Conducted.
§ Sabath, F., & Garbe, H. (2009). Risk Potential of Radiated HPEM Environments .
IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility, 2009. EMC 2009.
§ ICNIRP. "Guidelines for Limiting Exposure to Time-Varying Electric, Magnetic and
Electromagnetic Fields (up to 300GHz)." Health Physics, Vol. 74(4), 1998: 383-387.
§ IEEE. "IEEE Standard for Safety Levels with Respect to Human Exposure to Radio
Frequency Electromagnetic Fields, 3 kHz to 300 GHz." Paris, 2005.
§ NATO. "Standardization Agrement (STANAG) Evaluation and Control of Personnel
Exposure to Radio Frequency Fields - 3 kHz to 300 GHz." Paris, 2003.
§ Aeroceptor Project Homepage (2016). Available: http://www.aeroceptor.eu (Last
access: 04.03.2016)
72Referenzen
Adami, C., C. Braun, P. Clemens, M. Suhrke, H. J. Taenzer, und Y. Rieter-Barrell. EMC Europe 2011
York - Detection of High Power Microwaves: 26 – 30 Sept. 2011, York, United Kingdom
Arnesen, O. H. 2010. Presentation on Electromagnetic Threats, FFI, Kjeller, Norwegen, October 2010.
Backström, M. „HPM Testing of a Car: A Representative Example of the Susceptibility of Civil
Systems.“ W4, 13th International Zurich Symposium and Technical Exhibition on
EMC.1999.
Florig, H. 1988. The Future Battlefield: A Blast of Gigawatts. IEEE Spectrum, 25 no. 3 (March) : 50-
54.
Giri, D.V., Tesche, F.M. 2004. Classification of Intentional Electromagnetic Environments (IEME). IEEE
Transactions on Electromagnetic Compatibility, Vol. 46, No. 3, August 2004.
Hagman, Johannes H., und Stefan Dickmann. „Application and Propagation of Transient Pulses on
Power Supply Networks.“ Proceedings of the 10th Int. Symposium on Electromagnetic
Compatibility (EMC Europe 2011). York, Großbritannien, 2011.
Mansson, D. 2008. Intentional Electromagnetic Interference (IEMI)Susceptibility investigations and
classification of civilian systems and equipment.
Markovic, J. 2011. Intentional Electromagnetic Interference (IEMI).
Radasky, W. A., Baum, C. E., Wik, M.W. 2004. “Introduction to the Special issue on High Power
Electromagnetics (HPEM) and Intentional Electromagnetic Interference (IEMI)”.
Sabath, F. 2010. System oriented view on High-Power Electromagnetic (HEPM) Effects and Intentional
Electromagnetic Interference (IEMI).
Wilson, C. 2008. High Altitude Electromagnetic Pulse (HEMP) and High Power Microwave (HPM)
Devices: Threat Assessments “Congressional Research Service”.
14.05.20 73Sie können auch lesen
