Sicherheit

Gefährdung von IT-Systemen durch Angriffe mit Hochenergie-Mikrowellen-Strahlung

Gefährdung betrieblicher, behördlicher und privater IT-Systeme durch Angriffe mit Hilfe von Hochenergie-Mikrowellen-Strahlung

Die Vereinigten Staaten, Russland und China und andere Staaten betreiben schon seit längerem intensive Forschungen und Entwicklungen auf dem Gebiet des Einsatzes von „High Power Microwave – Hochleistungs-Mikrowellen-Strahlungen“. Die Entwicklungen auf dem Gebiet der militärischen Hochleistungs-Laser- und Infrarot- Technik sollen hier nicht weiter betrachtet werden.

Der Einsatz derartiger Systeme kann sich gegen eine Reihe von elektromagnetischen Sensoren wie Radargeräten, Sende- und Empfangsanlagen aller Art im HF bis UHF/SHF- Bereich, GPS- und Telemetrie-Systeme und gegen Satelliten richten. Konventionelle IT- und Kommunikationssysteme geraten in den Wirkungsbereich dieser Systeme. In letzter Zeit mehren sich Befürchtungen der Sicherheitsbehörden, dass IT- und Kommunikation-Systeme in zielgerichteten Angriffen mit Hochleistungs-Mikrowellen-Strahlungen durch terroristische Täter in ihrer Funktionsfähigkeit beeinträchtigt oder gar zerstört werden könnten.

High Power Microwave – Hochleistungs-Mikrowellen-Systeme

Es handelt sich um Systeme, die hochfrequente Strahlungen in entsprechender Stärke (bis zu Gigawatt) im Frequenzbereich von 100 MHz bis 100 GHz über entsprechende Antennenkonstruktionen zielgerichtet abstrahlen können. Bekannt sind Systeme die mobil (Luftfahrzeuge, Schiffe, Fahrzeuge und als intelligente Artillerie- oder Abwurfmunition), als auch stationär eingesetzt werden können:


  • Schmalband-Dauerstrich-Strahlungsquelle (Sendeleistung möglicherweise im Giga-Watt-Bereich),

  • Schmalband – Puls- Strahlungsquelle (Non Nuclear Electromagnetic Pulse – NEMP),

  • Ultra-Breitband -Strahlungsquelle) (Sendeleistungen nicht bekannt).


Nicht auszuschließen ist auch, dass derartige transportable Systeme durch militärische Sondereinsatzkräfte und nachrichtendienstlich gesteuerter Agenten im Rahmen verdeckter Operationen und durch den Abwurf aus Luftfahrzeugen in die Nähe des auszuschaltenden Objekts gebracht und bei Bedarf auch drahtlos aktiviert werden können.

Nach Erkenntnisse von Forschungseinrichtungen 2003 könnten sowohl Terroristen als auch Kriminelle HPM-Systeme für gezielte Angriffe gegen IT- und Kommunikationssysteme einsetzen, da die technischen Grundlagen und das Material frei verfügbar sind. Auch soll ein Mikrowellen-Generator mit einem Gewicht von 22 kg verfügbar gewesen sein, der über eine Leistung von 1 Gigawatt verfügt. Eine etwas modernere Version dieses Generators brachte es bereits zu einer Leistung von 20 Gigawatt. Bereits 1963 verursachte der Elektromagnetische Impuls (EMP) einer Nukleardetonation in großer Höhe über dem Pazifik noch Störungen im 1300 km entfernten Hawaii. Nicht-nukleare EMP setzen weniger elektromagnetische Energie frei. Dabei können in den Stromversorgungsnetzen Überspannungen bis zu mehreren 100 000 Volt entstehen, welche die an die Stromversorgung angeschlossenen Systeme sofort zerstört. Im Wirkungsbereich befindliche elektronische Systeme (Rechner u.ä.) ohne Stromversorgung werden durch das starke elektromagnetische Feld eines nicht-nuklearen elektromagnetischen Pulses – EMP zerstört.

Punktuelle und zeitlich koordinierte Angriffe mit HPM-Systemen gegen Schlüsselobjekte der Informations- und Kommunikationsstruktur als auch der „Kritischen Infrastruktur“, z.B. AKW, können Rechenzentren von großer „politischer“ Bedeutung durch terroristische oder kriminelle Gruppierungen bedrohen. Folgende Staaten verfügen über entsprechende Systeme in der Erprobung und im Einsatz:



Vereinigte Staaten

Nachstehend aufgeführte Systeme der US-Streitkräfte befinden sich in der Erprobung oder im Einsatz:

  • Schmalband-Dauerstrichsender (Sendeleistung möglicherweise im Giga-Watt-Bereich);

  • Schmalband-Puls-Sender (Sendeleistungen nicht bekannt);

  • Ultra-Breitband-Sender (Sendeleistungen nicht bekannt).


Fortschritte in der Entwicklung mobiler Systeme für Fahrzeuge, Schiffe und Flugzeuge konnten bereits im Einsatz für Objektschutzzwecke (Area Denial) erkannt werden. Beim Active Denial System – ADS der US-Army wird eine starke Strahlungsquelle im Millimeter-Wellenbereich (95 GHz) eingesetzt, die bei menschlichen Zielobjekten zu starker Erhitzung der betroffenen Hautpartien führt .Die Strahlung soll bis zu 0,4 mm in die menschliche Haut eindringen. Dies führt innerhalb von Sekunden zu unerträglichen Schmerzen für den Betroffenen. Die Wirkung lässt nur dann nach, wenn sich der Betroffene aus dem eng gebündelten Strahlungsbereich des ADS entfernt.

Die Reichweite dieses Systems kann bis zu 500 Meter sein. Die in die US-Streitkräfte eingeführten Systeme (Field-System 1 auf Kraftfahrzeug und Field- System 2 im Container für den stationären Einsatz) waren dem Vernehmen nach 2004 einsatzbereit und für den Einsatz im Rahmen der US-Operation „OPERATION IRAQI FREEDOM“ bei der Kontrolle von Gefangenen vorgesehen. Allerdings erfolgte ein Einsatz aus politischen Gründen nicht. In der Zwischenzeit wurden diese Systeme auch bei Übungen der US-Streitkräfte im Häuserkampf erfolgreich erprobt. Offenbar hat es auch seine Eignung für Maßnahmen der Aufstandsbekämpfung mit „nicht-tödlichen Waffen“ erwiesen. Für die Abwehr von Angriffen mit IED – Improvised Explosive Devices gegen Fahrzeuge aller Art wurde ein „ Aktives Breitband-Mikrowellen-Abwehr-System“ mit kommerziell verfügbaren Bauteilen entwickelt .Für die Außerbetriebsetzung von Fahrzeugen aller Art mit elektronischen Mitteln befindet sich bereits ein in den USA entwickeltes System in der Erprobung.

Es kann davon ausgegangen werden, dass die USA über weitere, für die elektronische Neutralisierung von Kommunikations-, Führungs- und anderen wichtigen Einrichtungen verfügen.

Im Golfkonflikt wurden komplexe „Mikrowellen-Hochenergie-Systeme“ zur Störung und Ausschaltung der irakischen Kommunikations- und Führungssysteme eingesetzt. Derartige Systeme können in einem Radius bis zu 200 Metern um das Zielobjekt wirken. Die Wirkungsfläche (Footprint) eines in den USA bereits eingeführten HPM -Systems beträgt etwa 126.000 Quadratmeter.

Das 2004 eingeführte System „SILENT ANGEL“ wird als aktives, mobiles HPM-Raumschutzsystem für wichtige Anlagen und Einrichtungen eingesetzt. Zur Abwehr von schultergestützten Flugabwehrraketen, die durch Terroristen gegen Luftfahrzeuge eingesetzt werden könnten , wird das System „VIGILANT EAGLE“ zur HPM-Störung der Steuerungselektronik dieses Flugabwehrraketen (Man Portable Air Defense Systems-MANPADS) eingesetzt.

Das Unternehmen „BOFORS“ hat ein System mit der Bezeichnung “BLACKOUT“ entwickelt, das sowohl mobil als auch stationär eingesetzt werden kann. Es verfügt über einen integrierten Modulator, eine Mikrowellen-Quelle und weitere Hilfsaggregate. Es erzeugt bei einer Länge von 250 cm, einem Durchmesser von 100 cm einen elektromagnetischen Impuls von 400 ns im Frequenzbereich 1- 4 GHz (L- S-Band). Über die Strahlungsleistung liegen keine Erkenntnisse vor.



Russland

Die FAPSI (inzwischen aufgelöst) war in den neunziger Jahren mit Mikrowellen-Hochenergie-Systemen beschäftigt. Frühere Mitarbeiter verwerten ihre Kenntnisse auf privatwirtschaftlicher Basis in Kuba. Soweit bekannt, arbeiteten russische Wissenschaftler 2004 an folgenden HPM -Projekten:

Einfach-Puls Oszillator ,1.5 Gigawatt, 8-12.5 GHz , Drehwellen-Oszillator 1GigaWatt,10 GHz,

Feld-Strahlungs-Oszillator, 0.06 GigaWatt, 7 GHz,Drehwellen-Oszillator, 1.5 Gigawatt, X-Band (8-10 GHz) , Puls-Drehwellen-Oszillator, 1 GigaWatt,10 GHz, Relativitäts-Magnetron, 0.1 Gigawatt. Fortschrittliche Zyklotronen-Röhre, 2 GigaWatt, 12.5 GHz, Mikrowellen-Röhre mit Polarisation, 0.06 GigaWatt, 7 GHz.

Die fortgeschrittenen Fähigkeiten Russlands bei der Entwicklung von HPM zeigen die Einführung des mobilen ,HPM-gestützten Abwehrsystems „RANETS E“ mit einer gepulsten 500 Megawatt Strahlungsquelle im X-Band (8-10 GHz). Das System ist in der Lage, Impulse von 10-20 Nanosekunden mit 2.5 – 5 kW Strahlungsleistung zu generieren und damit elektronische Ortungs- und Leitsysteme bis zu einer Entfernung von 20 km anzugreifen und zu zerstören. Russland wird seine Forschungen auf dem Gebiet der HPM- Systeme fortsetzen.



Israel

Über den Stand der israelischen Forschungen auf dem HPM-Gebiet liegen derzeit aus offenen Quellen keine Erkenntnisse vor. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass sich Israel bei diesen Forschungen und Entwicklungen auf Einrichtungen in den USA abstützen kann. Es verfügt zudem über ein Trägermittel für den „Elektronischen Kampf, die Drohne „EITAN“, mit den Ausmaßen einer Boeing 737, die für nicht-nukleare HPM- Missionen eingesetzt werden könnte.



VR – China, Nord-Korea, Kuba und Iran

Es kann als sicher gelten, dass sich auch die VR China intensiv mit der Entwicklung von Mikrowellen-Hochenergie-Systemen für militärische Zwecke beschäftigt. Soweit bekannt, arbeiten chinesische Wissenschaftler an der Entwicklung einer „Elektronischen Bombe“, die einen elektromagnetischen Impuls, ähnlich dem, der bei einer Nukleardetonation auftritt, in ausreichender Stärke erzeugen soll. Im Sommer 2011 wurde bekannt, dass die VR China ein HMP-System entwickelt hat, das mit Hilfe einer ballistischen Rakete (DF-21) mit einem offenbar „nicht – nuklearen“-HMP-Gefechtskopf in der Lage sein soll, US-amerikanische Flugzeugträger anzugreifen. Ob dieses System künftig auch als Träger für HMP-Gefechtsköpfe (BX-21) im Einsatz gegen Satelliten vorgesehen sein könnte, kann noch nicht abschließend bewertet werden.

In Kuba soll in den Entwicklungs- und Forschungslabors mit Unterstützung russischer und chinesischer Wissenschaftler an der Entwicklung von Mikrowellen-Hochenergie-Systemen gearbeitet werden. In den kubanischen Forschungsstätten Havanna wird dem Vernehmen nach an miniaturisierten Mikrowellen- Hochenergie-Systemen zur punktuellen Lähmung und Zerstörung von Anlagen der Informations- und Kommunikationstechnik, vorwiegend mit Zielrichtung USA , gearbeitet. Auch scheinen sich Nordkoreaund der Iran auch an der Entwicklung von „Mikrowellen-Hochenergie-Waffen“ zu beteiligen.



Deutschland

Auch deutsche Unternehmen sind auf diesem Gebiet, insbesondere bei der Neutralisierung von elektronisch auszulösenden Improvised Explosive Devices – IED offenbar sehr erfolgreich. Auch die elektronischen Zündeinrichtungen von Minen konnten auf diese Weise neutralisiert werden.Ein deutsches Unternehmen war besonders erfolgreich in der Miniaturisierung von „High Power Microwave – HPM-Einrichtungen“, die soweit bekannt, bereits durch deutsche Sicherheitsbehörden gegen Kraftfahrzeuge eingesetzt wurden. Neueste Entwicklungen zur IED-Abwehr sollen bereits in Aktenkoffer-Größe verfügbar sein, wie 2005 bekannt wurde. Auch ist die Bundeswehr bei der elektronischen IED-Abwehr gut aufgestellt, wie dies durch den Einsatz des Transportpanzers FUCHS mit entsprechenden Systemen in Afghanistan ersichtlich wird

Abwehrmaßnahmen gegen Angriffe mit Hilfe von HPM- Systemen

Hierbei sollen nur die Schutz- und Abwehrmöglichkeiten gegen Angriffe mit High Powered Microwave- Systemen betrachtet werden. Gegenwärtig erscheinen folgende Angriffsformen möglich:

Low Power Attack: Diese Angriffe können sich gegen das Stromversorgungssystem des Angriffsobjekts richten, dabei können kurzzeitige Überspannungen Bauteile des IT- bzw. Kommunikationssystems so nachhaltig beschädigen, dass es in seiner Funktionsfähigkeit beeinträchtigt ist oder gänzlich ausfällt.

High Power Attack

Punktuelle Angriffe gegen das IT-/Kommunikationssystem durch den Einsatz von nicht-nuklearen HMP-Systemen setzen das gesamte System schlagartig außer Funktion, wenn es nicht gegen Elektromagnetische Pulse – EMP gehärtet ist.

Solche Angriffe können im Rahmen von zwischenstaatlichen Konflikten bereits vor dem Ausbruch der eigentlichen Feindseligkeiten erfolgen und sollen hier nicht weiter betrachtet werden.

Eine weitere Möglichkeit derartiger Angriffe besteht in der Möglichkeit, dass sich terroristische oder kriminelle Gruppierungen in den Besitz von transportablen HMP-Systemen, möglicherweise sogar mit staatlicher Duldung, gebracht haben und diese nun für ihre terroristischen oder kriminellen Ziele einsetzen.

Schutzmaßnahmen

Die zu schützende IT- bzw. Kommunikationseinrichtung ist in einem festen Gebäude, dass gegen das Eindringen elektromagnetischer Strahlung umfassend abgeschirmt (Faraday’scher Käfig) ist, unterzubringen.

Die Anlage ist über eine fiber-optische (Lichtwellenleiter-LWL)-Leitung an das externe IT-/Kommunikationsnetz anzubinden. Alle in das Gebäude führenden Versorgungsleitungen (Stromversorgung, Kommunikation, Heizung, Kanalisation und Klimatisierung usw.) sind entsprechend zu schirmen und zu puffern. Falls möglich, sollte auf eine externe Stromversorgung gänzlich verzichtet und eine entsprechende unabhängige Stromversorgung innerhalb des Gebäudes errichtet werden. Sämtliche Öffnungen des Gebäudes sind mit elektromagnetischen Sperren zu versehen, die ständig in Betrieb zu halten sind.

Alle Leitungen innerhalb des Gebäudes sollten innerhalb elektromagnetisch geschirmter Rohrleitungen geführt werden. Die Nutzung von Mobiltelefonen im Schutzbereiches sollte auf das notwendigste Maß beschränkt werden. Als Anhalt für den Umfang der zu treffenden Schutzmaßnahmen für diese Einrichtungen mögen die militärischen „Tempest-Proof-Spezifikationen“ sein. Dabei sind auch Maßnahmen zu treffen, um die eingesetzte betriebliche/behördliche Hardware (Computer, Drucker, Maus, Monitor, externe Festplatten sowie andere Peripherie) gegen elektromagnetische Angriffe zu härten. Allerdings sollten auch administrative und organisatorische Maßnahmen, insbesondere auch gegen Innentäter, implementiert werden.







Praxishinweis

Unternehmen mit „Kritischen Infrastrukturen“ wie Prozessteuerung, IT- und Kommunikationssysteme oder ähnlichen Anwendungen, die das Ziel von Angriffen terroristischer oder krimineller Gruppierungen mit Hilfe von Hochenergie-Mikrowellen-Strahlungen – (High Power Microwave -HPM) werden könnten, sollten in Zusammenarbeit mit den Behörden und Spezialunternehmen wichtige Teile der gefährdeten Anlagen gegen HPM-Angriffe härten und damit Notlaufeigenschaften ihrer Systeme sicherstellen.




Quelle: Forschung für die zivile Sicherheit; Eine Bestandsaufnahme: Forschungslandschaft und Ansprechpartner ; Bundesministerium für Bildung und Forschung, Bonn/Berlin, 2007.