Seminar keySTREAM – Intensivseminar Architektur, Integration und Entwicklung

Technischer Gesamtlehrgang für Architektur, Geräteidentität, Embedded- und API-Integration, Microchip, Matter, Daten- und Update-Sicherheit sowie Crypto Agility.

Die Inhalte verbinden Architekturentscheidungen, nachvollziehbare Konfiguration und praktische Übungen. Jeder Arbeitsschritt wird zunächst an einer Referenzumgebung vorbereitet, anschließend kontrolliert ausgeführt und zuletzt mit einem Soll-Ist-Vergleich geprüft.

Inhaltsübersicht

1. Plattformauftrag und Sicherheitsziele
2. Architektur und Komponentenmodell
3. Hardware Root of Trust und Vertrauensanker
4. Eindeutige Geräteidentitäten und Vertrauensbeziehungen
5. Integrationsvarianten für Embedded-Geräte
6. Secure-Element-Anbindung und geschützte Schlüsseloperationen
7. Firmwareseitige Integration und Zustandssteuerung
8. API-Grundlagen und Ressourcenmodell
9. API-Workflows für Geräte, Profile und Lebenszyklus
10. Cloud-Verbindungen und Konfigurationsvorlagen
11. Datenintegrität vom Gerät bis zur Anwendung
12. End-to-End-Verschlüsselung und Schlüsselkontext
13. Microchip TrustMANAGER und ECC608-Integration
14. Matter-Vertrauenskette mit PAA, PAI und DAC
15. Architektur für sichere Firmware-Updates
16. Crypto Agility und hybride Übergangsmodelle

Zielsetzung

Nach dem Seminar können tragfähige Architekturentscheidungen getroffen, Geräte und Integrationen implementiert sowie Sicherheits-, Produktions- und Zukunftsanforderungen in einem konsistenten Lösungsdesign verbunden werden.

Zielgruppe

Solution- und Security-Architekten, Embedded- und Cloud-Entwickler, Integrationsingenieure, PKI-Fachkräfte und technische Leiter.

Voraussetzungen

Gute technische Kenntnisse in Embedded- oder Cloud-Entwicklung, Netzwerkkommunikation und Kryptografie.

Seminarinhalte

1. Plattformauftrag und Sicherheitsziele

Zu Beginn wird der fachliche Auftrag in überprüfbare Sicherheits- und Betriebsziele übersetzt.

1. Schritt 1: Geschäftsprozess, Gerätetypen, Kommunikationswege und Schutzbedarf vollständig erfassen.
2. Schritt 2: Vertrauensgrenzen zwischen Fertigung, Gerät, Plattform, Cloud-Dienst und Betreiber kennzeichnen.
3. Schritt 3: Sicherheitsziele für Identität, Integrität, Vertraulichkeit, Autorisierung und Aktualisierbarkeit priorisieren.
4. Schritt 4: Messbare Abnahmekriterien sowie Zuständigkeiten für Einführung und Regelbetrieb festlegen.

2. Architektur und Komponentenmodell

Die Plattformarchitektur wird als zusammenhängende Kette vom Gerät bis zur angeschlossenen Anwendung betrachtet.

1. Schritt 1: Gerätekomponenten, Vertrauensanker, Kommunikationspfade und zentrale Plattformdienste in einem Architekturplan anordnen.
2. Schritt 2: Daten-, Steuerungs- und Berechtigungspfade voneinander trennen und ihre Abhängigkeiten dokumentieren.
3. Schritt 3: Integrationsvarianten für bestehende Geräte, neue Produktgenerationen und unterschiedliche Hardwareplattformen vergleichen.
4. Schritt 4: Architekturentscheidungen anhand von Risiko, Skalierbarkeit, Wartbarkeit und späterer Migration bewerten.

3. Hardware Root of Trust und Vertrauensanker

Der Vertrauensanker bestimmt, wie sicher Identität, Schlüssel und kryptografische Operationen auf dem Gerät geschützt sind.

1. Schritt 1: Angriffsmodell, physische Exposition und erforderliches Schutzniveau je Geräteklasse bestimmen.
2. Schritt 2: Secure-Element-, integrierte und softwarebasierte Optionen nach Schlüsselschutz, Kosten und Integrationsaufwand vergleichen.
3. Schritt 3: Schlüsselentstehung, Speicherung, Nutzung und Sperrung als geschlossene Vertrauenskette modellieren.
4. Schritt 4: Fehlerfälle wie Austausch, Manipulation und Verlust des Vertrauensankers mit Wiederanlaufverfahren absichern.

4. Eindeutige Geräteidentitäten und Vertrauensbeziehungen

Eine eindeutige, nicht beliebig kopierbare Identität bildet den Ausgangspunkt für jede sichere Gerätekommunikation.

1. Schritt 1: Identitätsarten für Gerät, Produkt, Mandant, Anwendung und Betreiber voneinander abgrenzen.
2. Schritt 2: Eindeutigkeit, Herkunft und Bindung einer Geräteidentität an den Vertrauensanker überprüfen.
3. Schritt 3: Identität mit Geräteprofil, Eigentümer, Betriebsstatus und zulässigen Diensten verknüpfen.
4. Schritt 4: Duplikate, ungültige Zuordnungen und kompromittierte Identitäten erkennen und kontrolliert behandeln.

5. Integrationsvarianten für Embedded-Geräte

Die Integrationsform wird anhand vorhandener Hardware, Firmwarearchitektur und Produktlebensdauer gewählt.

1. Schritt 1: Prozessor, Speicher, Betriebssystem, Kommunikationsstapel und verfügbare Kryptofunktionen erfassen.
2. Schritt 2: Direkte, secure-element-gestützte und vorintegrierte Varianten anhand derselben Bewertungskriterien vergleichen.
3. Schritt 3: Schnittstellen, Ressourcenbedarf und Verantwortungsgrenzen zwischen Firmware und Plattform festlegen.
4. Schritt 4: Eine Referenzvariante auswählen und Risiken sowie Alternativen in einer Architekturentscheidung dokumentieren.

6. Secure-Element-Anbindung und geschützte Schlüsseloperationen

Schlüsselmaterial bleibt im geschützten Baustein, während die Firmware nur klar definierte Operationen anfordert.

1. Schritt 1: Kommunikationsschnittstelle, Bibliothek, Speicherzonen und zulässige Befehle des Bausteins erfassen.
2. Schritt 2: Schlüsselobjekte, Zertifikate und Metadaten einem eindeutigen Provisionierungsplan zuordnen.
3. Schritt 3: Signatur, Schlüsselaustausch und Authentisierung ohne Export sensibler Schlüssel implementieren.
4. Schritt 4: Sperren, Austausch, Produktionsfehler und Wiederanlauf mit Testmustern und Diagnosewerten prüfen.

7. Firmwareseitige Integration und Zustandssteuerung

Die Firmware bindet Sicherheitsfunktionen so ein, dass Fehlerzustände eindeutig erkannt und sicher behandelt werden.

1. Schritt 1: Initialisierung, Identitätszugriff, Verbindungsaufbau und Richtlinienabfrage in den Startablauf einordnen.
2. Schritt 2: Puffer, Zeitlimits, Wiederholungen und persistente Zustände für instabile Netze festlegen.
3. Schritt 3: Fehlerpfade für ungültige Identität, nicht verfügbare Plattform und abgelehnte Autorisierung implementieren.
4. Schritt 4: Integration mit Protokollierung, Diagnosekennzeichen und reproduzierbaren Hardwaretests absichern.

8. API-Grundlagen und Ressourcenmodell

Automatisierung beginnt mit einem klaren Verständnis von Authentisierung, Ressourcen, Zuständen und Fehlerantworten.

1. Schritt 1: Verfügbare API-Bereiche der eingesetzten Konfiguration inventarisieren und nach Schutzbedarf klassifizieren.
2. Schritt 2: Authentisierung, Mandantenkontext und minimale Berechtigung für einen technischen Client einrichten.
3. Schritt 3: Lese-, Anlage-, Änderungs- und Statusabfragen mit kontrollierten Testdaten ausführen.
4. Schritt 4: Antwortcodes, Validierungsfehler und asynchrone Zustände in ein einheitliches Verarbeitungsmodell überführen.

9. API-Workflows für Geräte, Profile und Lebenszyklus

Einzelne API-Aufrufe werden zu wiederholbaren, idempotenten Geschäftsabläufen verbunden.

1. Schritt 1: Eingangsdaten validieren, normalisieren und einem eindeutigen Geräte- oder Profilobjekt zuordnen.
2. Schritt 2: Vor jedem Schreibvorgang den aktuellen Zustand prüfen und doppelte Anlage sicher verhindern.
3. Schritt 3: Änderung ausführen, Ergebnis verifizieren und einen fachlich verständlichen Status zurückmelden.
4. Schritt 4: Teilfehler mit Wiederholung, Kompensation oder manueller Klärung behandeln, ohne inkonsistente Zwischenstände zu hinterlassen.

10. Cloud-Verbindungen und Konfigurationsvorlagen

Cloud-Ziele werden als kontrollierte Vorlagen bereitgestellt, statt gerätespezifisch und uneinheitlich konfiguriert zu werden.

1. Schritt 1: Zielsystem, Endpunkte, Authentisierung, Mandantenkontext und erforderliche Geräteeigenschaften erfassen.
2. Schritt 2: Eine wiederverwendbare Vorlage mit sicheren Standardwerten und klaren Pflichtparametern anlegen.
3. Schritt 3: Vorlage einem begrenzten Geräteprofil zuordnen und die erste Verbindung vollständig prüfen.
4. Schritt 4: Varianten, Versionen und Rücknahme so organisieren, dass bestehende Geräte kontrolliert weiterbetrieben werden können.

11. Datenintegrität vom Gerät bis zur Anwendung

Integritätsschutz wird über die gesamte Datenkette geplant und nicht auf den Transportkanal reduziert.

1. Schritt 1: Datenquellen, Verarbeitungsschritte, Zwischenablagen und Empfänger in einem Datenflussmodell erfassen.
2. Schritt 2: Manipulationsrisiken und erforderliche kryptografische Nachweise je Übergang bestimmen.
3. Schritt 3: Signatur-, Prüf- und Ablehnungsregeln in Gerät und empfangender Anwendung konsistent umsetzen.
4. Schritt 4: Veränderte, wiederholte und veraltete Nachrichten mit gezielten Negativtests erkennen.

12. End-to-End-Verschlüsselung und Schlüsselkontext

Vertraulichkeit wird so gestaltet, dass nur die vorgesehenen Endpunkte auf Nutzdaten zugreifen können.

1. Schritt 1: Schutzbedürftige Daten und berechtigte Endpunkte unabhängig vom Transportweg festlegen.
2. Schritt 2: Schlüsselableitung, Sitzungskontext, Rotation und Trennung verschiedener Datenklassen planen.
3. Schritt 3: Verschlüsselung und Authentisierung mit eindeutiger Bindung an Geräteidentität und Zielanwendung umsetzen.
4. Schritt 4: Fehlerfälle wie Schlüsselwechsel, Wiederholung, Paketverlust und falscher Empfänger systematisch testen.

13. Microchip TrustMANAGER und ECC608-Integration

Die Microchip-Integration verbindet geschützte Hardwareidentität mit der zentral verwalteten Provisionierung.

1. Schritt 1: Bausteinvariante, Gerätekonfiguration, Kommunikationsschnittstelle und Firmwarebibliothek erfassen.
2. Schritt 2: Verantwortungsgrenzen zwischen Secure Element, TrustMANAGER, Plattform und Geräteanwendung festlegen.
3. Schritt 3: Referenzgerät mit eindeutiger Hardwareidentität in einen vorbereiteten Mandanten aufnehmen.
4. Schritt 4: Signatur, Authentisierung und geschützte Schlüsselverwendung mit Diagnosefällen prüfen.

14. Matter-Vertrauenskette mit PAA, PAI und DAC

Die Matter-Zertifikatskette wird fachlich und technisch in die Produkt- und Fertigungsstruktur eingeordnet.

1. Schritt 1: Produktfamilie, Herstellerkontext und benötigte Zertifikatsebenen bestimmen.
2. Schritt 2: PAA-, PAI- und DAC-Rollen sowie ihre Schlüssel- und Freigabeverantwortung abgrenzen.
3. Schritt 3: Zertifikatsprofile, Produktkennzeichen und zulässige Laufzeiten prüfen.
4. Schritt 4: Vertrauenskette mit Testzertifikaten vollständig bis zur Geräteidentität validieren.

15. Architektur für sichere Firmware-Updates

Ein Updatepfad wird als Sicherheitsfunktion geplant und über die gesamte Produktlebensdauer erhalten.

1. Schritt 1: Firmwareformat, Bootkette, Speicherlayout, Updatequelle und Vertrauensanker erfassen.
2. Schritt 2: Authentizität, Integrität, Versionsprüfung und Schutz vor unzulässigem Downgrade definieren.
3. Schritt 3: Unterbrechung, unvollständige Übertragung und nicht startfähige Firmware mit sicheren Zuständen behandeln.
4. Schritt 4: Updatefähigkeit bereits in Hardwareauswahl, Speicherplanung und Produktionsfreigabe nachweisen.

16. Crypto Agility und hybride Übergangsmodelle

Kryptografische Komponenten werden so entkoppelt, dass Algorithmen und Schlüsselverfahren kontrolliert ausgetauscht werden können.

1. Schritt 1: Algorithmusannahmen aus Protokoll-, Daten- und Anwendungslogik herauslösen.
2. Schritt 2: Versionierbare Profile und Fähigkeiten für klassische, hybride und künftige Verfahren definieren.
3. Schritt 3: Aushandlung, Rückwärtskompatibilität und sichere Ablehnung nicht zulässiger Verfahren testen.
4. Schritt 4: Rollout, Beobachtung und Rücknahme einer kryptografischen Umstellung als eigene Kampagne planen.

Praxisübungen

• Referenzarchitektur mit Vertrauensgrenzen und Integrationsvarianten entwerfen.
• Secure-Element-gestützte Identität und firmwareseitige Zustände modellieren.
• API-Workflow für Profil-, Credential- und Lebenszyklusvorgänge entwickeln.
• Cloud-Onboarding und Ende-zu-Ende-Datenschutz als Gesamtkette prüfen.
• Microchip- und Matter-Integrationspfad anhand von Produktanforderungen vergleichen.
• Update- und Crypto-Agility-Strategie mit Abnahmetests dokumentieren.