Elektromagnetik: Der Dietrich für den Dieb von heute
Es gibt kaum noch einen Bereich unseres Lebens, den die Informationstechnologie nicht durchdrungen hat: Verkehrs- und Finanzwesen, die Versorgung mit Strom und Wasser, die Kommunikation. Das ist praktisch, weil viele Vorgänge computergestützt schneller, sicherer und effektiver ablaufen. Allerdings macht diese Abhängigkeit auch verletzbar. Durch Hackerangriffe etwa. Oder durch elektromagnetische Störungen.
Das können natürliche Phänomene sein, ein Blitz etwa: So mancher Computernutzer hat nach einem Gewitter frustriert festgestellt, dass sein Gerät oder einzelne Komponenten nicht mehr funktionierten. Auch eine Sonneneruption fällt darunter: Der darauf folgende Sonnensturm kann Satelliten oder auch die Stromversorgung auf der Erde in Mitleidenschaft ziehen.
Sie lassen sich aber auch von Menschenhand erzeugen.
Elektromagnetische Pulse nach Atombombenexplosion
Elektromagnetische Pulse (EMP) treten etwa in der Folge von Atombombenexplosionen auf: In den 1960er-Jahren wurden bei oberirdischen Tests durch die nuklearen elektromagnetischen Pulse (NEMP) elektrische Anlagen zerstört. 1962 legte der NEMP eines US-Atombombentests in 400 Kilometern Höhe über dem Pazifik noch auf dem 1.400 Kilometer entfernten Hawaii Straßenlaternen lahm.
Solche Pulse lassen sich aber auch in sehr viel kleinerem Maßstab erzeugen. Absichtliche elektromagnetische Störungen, kurz: IEMI (von: Intentional Electromagnetic Interference), werden sie genannt, und sie zielen meist darauf, elektronische Geräte oder Anlagen zu stören. Das können beispielsweise Systeme für die Sicherung oder Zugangskontrolle sein, aber auch wichtige Versorgungseinrichtungen, etwa Elektrizitätswerke, Netzbetreiber oder jede andere wichtige Einrichtung, die von Computern gesteuert wird.
IEMI in Hollywood
Das klingt nach Science-Fiction, und Hollywood hat auch Vorbilder geliefert: Im Film Ocean's Eleven(öffnet im neuen Fenster) etwa schalten die Räuber die Stromversorgung in Las Vegas und damit die Sicherheitssysteme des Casinos, das sie ausrauben wollen, mit einem Energiepuls aus. Die Männer um Danny Ocean, gespielt von George Clooney, nutzen einen Generator, der auf einen Anhänger montiert ist. Damit setzen sie die Stromversorgung in der Spielerstadt zumindest zeitweise außer Kraft. In der Matrix-Filmserie(öffnet im neuen Fenster) halten sich die menschlichen Rebellen feindliche Roboter mit EMPs vom Leib.
Die Bedrohung wird durchaus ernst genommen: HPEM-Quellen (von: High Power Electromagnetics, Hochleistungselektromagnetik) bedeuteten "eine zunehmende Gefährdung elektronischer Systeme u. a. ziviler Einrichtungen", warnte etwa die Bundesregierung 2006 im Dritten Gefahrenbericht der Schutzkommission beim Bundesminister des Innern(öffnet im neuen Fenster) (PDF, S. 30).
EU-Projekte zu IEMI
Die Europäische Union (EU) hat 2012 gleich drei Projekte eingerichtet, die sich mit dieser Thematik befassen: Protection Of Critical Infrastructure Against High Power Microwave Threats(öffnet im neuen Fenster) (Hipow), Strategies For The Improvement Of Critical Infrastructures Resilience To Electromagnetic Attacks(öffnet im neuen Fenster) (Structures) und Security Of Railways Against Electromagnetic Attacks(öffnet im neuen Fenster) (Secret). Ziel aller Projekte ist, die Risiken und Auswirkungen von EM-Attacken auf sogenannte kritische Infrastrukturen zu erforschen. Hipow und Structures beschäftigen sich allgemein mit Versorgungseinrichtungen, Secrets speziell mit dem Schienenverkehr.
Forscher am Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen(öffnet im neuen Fenster) (INT) in Euskirchen bei Köln arbeiten an der Erkennung: Sie haben Ende vergangenen Jahres einen Detektor vorgestellt, der die Quelle eines IEMI-Angriffs orten soll. Damit kann die Richtung, Frequenz, Stärke und Dauer der Strahlung erfasst werden.
Ist also ein breiter terroristischer Anschlag zu befürchten?
Alarmanlagen und Zugangssysteme lahmlegen
"Ein Anschlag auf uns alle wie Hollywood es in Ocean's Eleven mit dem Abschalten des Stromes einer ganzen Stadt vorspielt, ist nicht möglich", beruhigt Michael Jöster vom Fraunhofer INT. Eine HPEM-Quelle, die noch tragbar ist, strahle nicht genug Energie ab, um großflächig elektronische Systeme lahmzulegen. "Ein terroristischer Anschlag auf die Allgemeinbevölkerung mit HPEM ist wegen der begrenzten Wirkung nicht möglich."
In einem begrenzten Umfeld sind Beeinflussungen jedoch durchaus möglich – und sie werden auch eingesetzt. So haben beispielsweise Diebe in Japan einen Spielautomaten mit IEMI dazu gebracht, den Gewinn auszuspucken. Auch Autodiebe setzen solche Geräte ein, um die Mobilfunkeinrichtungen lahmzulegen, mit denen Luxusgefährte ihre Positionsdaten durchgeben.
Alarmanlagen ausgeschaltet
HPEM-Quellen werden dafür benutzt, Sicherheitssysteme zu manipulieren: In St. Petersburg etwa haben Einbrecher auf diese Weise die Alarmanlage eines Juweliers ausgeschaltet. In einem anderen Fall, ebenfalls in Russland, haben Aufständische eine HPEM-Quelle benutzt, um ein Sicherheitssystem auszuschalten und sich Zugang zu einem staatlichen Gelände zu verschaffen. Es müssen aber nicht nur Sicherheitssysteme sein: Einer Bank in Großbritannien wurde damit gedroht, HPEM-Quellen gegen die Computersysteme einzusetzen. Um den Angriff und die mit dem Ausfall verbundenen Verluste zu verhindern, so forderten die Täter, solle das Geldinstitut Lösegeld zahlen.
Mit einer Drohung gab sich der Angestellte einer niederländischen Bank nicht zufrieden: Er baute sich eine mobile HPEM-Quelle, die in einen Aktenkoffer passte. Die schmuggelte er an seinen Arbeitsplatz und störte damit mehrfach das interne Computernetz. Er wollte der Bank schaden, weil sie ihm seiner Meinung nach Lohn vorenthielt. Die HPEM-Quelle hatte er selbst gebaut – nach Plänen aus dem Internet.
Unverdächtige Komponenten
Besonders schwierig ist das nicht: Eine HPEM-Quelle besteht aus einem Spannungswandler, der eine Hochspannung erzeugt, und einem Kondensator, um diese zu speichern – beide Bauteile werden beispielsweise in Röhrenverstärkern verbaut. Hinzu kommt ein Schaltelement, das den Hochspannungskondensator kurzschließt und einen Strompuls erzeugt, eine Antenne, um den Puls abzustrahlen, sowie ein Akku, der das System mit Energie versorgt – ein Akku mit der entsprechenden Kapazität ist beispielsweise in einem Elektrofahrrad zu finden.
Das reicht für eine Aktion wie die des Niederländers oder zum Lahmlegen einer Alarmanlage aus. Mit einer entsprechenden Anleitung könnten das auch Amateure. "Man muss also kein Hochfrequenz-Ingenieur sein, um diese Quellen zu bauen", sagt Michael Jöster vom Fraunhofer INT. Erst wenn die Reichweite größer oder die Feldstärke deutlich höher werden sollen, wird der Aufwand größer. Die nötigen Bauteile sind dann nicht mehr einfach im Handel erhältlich, sondern müssen eigens hergestellt werden.
Harmlose elektromagnetische Strahlung
Nicht jeder elektromagnetische Impuls bedeutet gleich das Ende eines elektrischen oder elektronischen Gerätes. Die Geräte müssen gegen eine solche Strahlung in gewissem Maße unempfindlich sein, da sie sonst in der Nähe einer elektromagnetischen Strahlenquelle nicht funktionieren würden. Fernseher, Mobiltelefone und WLAN-Router arbeiten ja durchaus im Zusammenspiel, ohne sich gegenseitig zu stören.
Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) heißt diese Eigenschaft eines Gerätes. Diese sei "die Fähigkeit einer elektrischen Einrichtung, in ihrer elektromagnetischen Umgebung zufriedenstellend zu funktionieren, ohne diese Umgebung, zu der auch andere Einrichtungen gehören können, unzulässig zu beeinflussen", definiert die EU-Richtlinie zur elektromagnetischen Verträglichkeit(öffnet im neuen Fenster). Gemessen wird sie in Volt pro Meter (V/m).
Die Geräte müssen, so schreibt es die EMV-Richtlinie vor, unterschiedlichen Belastungen standhalten.
Zeitweise oder dauerhaft unbenutzbar
Die Auswirkungen sind unterschiedlich: Ein Gerät kann von der elektromagnetischen Strahlung unbeeindruckt ganz normal funktionieren. Die nächste Stufe ist, dass es unter dem HPEM-Einfluss nur eingeschränkt oder nicht funktioniert. Wird die Quelle abgeschaltet, kann es aber wieder genutzt werden. Manche Geräte lassen sich auch dann nicht ohne weiteres wieder in Betrieb nehmen, sondern müssen erst zurückgesetzt werden. Im schlimmsten Fall hilft aber auch das nicht mehr.
Jöster und seine Kollegen am Fraunhofer INT testen in einem Hochfrequenzlabor Geräte auf ihre EMV – vornehmlich solche, "die unter das Stichwort 'kritische Infrastruktur' fallen. Das sind PCs und IT-Netzwerk-Komponenten wie Router und Switches, eine komplette Alarmanlage, aber auch Smartphones und Tablets, da diese neben der Kommunikationsfunktion immer häufiger für Regelung, Meldung und Anzeige genutzt werden."
HPEM löst Alarmanlage aus
Dabei setzten sie die Geräte elektromagnetischer Strahlung weit über EMV aus, erzählt Jöster. Smartphones und Tablets etwa seien "während der Hochfrequenzbeeinflussung nicht bedienbar oder das Display nicht mehr lesbar". Andere Ergebnisse zeigen potenzielle Schwachstellen auf: "Beispielsweise ließ sich reproduzierbar der Alarm bei der Alarmanlage auslösen, was bei wiederholter Anwendung den Betroffenen verleiten könnte, die Alarmanlage zu deaktivieren." Für Einbrecher könnte damit der Weg frei sein.
Die Versorger, Banken oder Betreiber von Rechenzentren stehen der Bedrohung jedoch nicht schutzlos gegenüber. Sie können Vorkehrungen treffen – indem sie sich die Angreifer buchstäblich vom Hals halten: Kontrollen verhindern, dass Unbefugte HPEM-Quellen in ein Gebäude bringen.
Gebäude sichern
Das Gebäude oder das Gelände lässt sich so gestalten, dass Angreifer auch von außen relativ wenig Chancen auf Erfolg haben: So nimmt die Wirkung mit zunehmender Entfernung zum Ziel rapide ab. Ein Zaun in gewissem Abstand hilft also ungemein. Leitungen, die in das Gebäude führen, brauchen einen Überspannungsschutz. Ein Faradayscher Käfig bietet bekanntermaßen Schutz vor elektromagnetischer Strahlung. Eine entsprechende Ausstattung schützt das Innere: Metallgitter vor den Fenstern und in den Mauern.
Gegen einen Angriff aus dem Inneren, wie im Fall des niederländischen Bankangestellten, hilft das jedoch nur wenig. Aber auch da gibt es Möglichkeiten: Geräte können mit einem speziellen Metallgehäuse abgeschirmt werden, Kabel mit einem Drahtgeflecht. Oder Kupferdrähte werden gleich durch Glasfaserleitungen ersetzt.
Autos stoppen mit HPEM
Übrigens setzen nicht nur Straftäter HPEM ein: Das deutsche Rüstungsunternehmen Diehl Defense(öffnet im neuen Fenster) baut HPEM-Generatoren(öffnet im neuen Fenster), die gegen Straftäter und Terroristen eingesetzt werden sollen: Eines dieser Systeme ist dazu gedacht, Fahrzeuge zu stoppen. Das können Straftäter auf der Flucht sein, aber auch Selbstmordattentäter mit einer Autobombe.
Eine andere HPEM-Quelle ist gegen Sprengfallen gerichtet: Sie wird auf einem Fahrzeug in einem Konvoi montiert und legt die Elektronik der Bombe – Funk-, Sensor- oder Zeitzünder – lahm. Auf einem Transportpanzer montiert ist das System laut Hersteller bereits erfolgreich in Afghanistan eingesetzt worden.
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