Cyber-Sicherheit im Weltraum

Der Weltraum: Relevanz und aktuelle Trends

Seit einigen Jahren lässt sich eine intensivierte Militarisierung des Weltraums ver­fol­gen, wie sie auch im Cyber- und Informa­tionsraum (CIR) stattfindet. Verteidigungsetats wachsen, und die Modernisierung von Weltraumsystemen schreitet voran. 2019 gründeten die USA ihre militärische Space Force und definierten den Weltraum als Domäne der Kriegführung, wie es auch die Nato tat. Im selben Jahr wurde ein vermut­lich iranischer Bedrohungsakteur dabei beobachtet, wie er US-Satellitenunterneh­men mittels Cyber-Operationen angriff. Bereits 2018 infizierten mutmaßlich chine­sische Hacker amerikanische Bodenstationen zur Kontrolle von Satelliten. Das Ziel war anscheinend, Know-how zum Betrieb eigener Weltrauminfrastruktur in China zu stehlen. Theoretisch wäre es den Angreifern auch möglich gewesen, die orbitale Position von Satelliten zu verändern und so etwa Kollisionen zu verursachen. Nichtstaatliche Akteure zeigen ebenfalls Interesse daran, Weltrauminfrastruktur zu hacken. Im Kon­text des Ukraine-Krieges 2022 hat das Kol­lektiv »Anonymous« nach eigenen Anga­ben russische Weltraumforschungszentren und die Agentur Roscosmos gehackt. Dabei wur­den Daten des Mondprojekts Luna Resource Mission gestohlen und veröffentlicht.

Die Relevanz von Weltrauminfrastruk­turen hat mit dem »New Space Race« der letzten Jahre zugenommen. Um 2010 gab es jährlich noch rund 130 Starts ins All, mitt­lerweile sind es knapp 2 000. Rund 72 Län­der haben heute ein Weltraumprogramm, darunter Brasilien, Indien, China und die Vereinigten Arabischen Emirate. Hinzu kommt eine Machtverschiebung hin zu pri­vaten Akteuren – das All ist nicht mehr nur eine Domäne von Staaten. Viele Welt­rauminfrastrukturen sind »dual use«, haben also eine kommerzielle und eine militärische Komponente, so etwa das Global Posi­tioning System (GPS). Unternehmen wie SpaceX und Blue Origin suchen die Kosten für Weltraumtransporte durch wiederverwertbare Raketen massiv zu reduzieren. Auch die Produktionspreise von Satelliten sinken, denn verwendet werden zunehmend »Commercial Off-the-Shelf« (COTS)-Hardware, Open-Source-Software und neue Dienstleistungen wie »Ground Station as a Service«. Dies macht wiederum neue An­wendungen wie satellitengestützte Inter­netkommunikation, darunter Elon Musks Starlink, rentabler und relevanter. Unter anderem greift die Ukraine im aktuellen Krieg auf Starlink-Systeme zurück, um an der Front Redundanz für terrestrische Inter­net-Datenverbindungen zu schaffen, die durch Beschuss und Cyber-Operationen immer wieder ausfallen.

Neben Starlink tummeln sich mehr und mehr Start-ups auf dem Markt, deren IT-Sicherheit nicht immer optimal aufgestellt ist. Es gibt einen anhaltenden Trend zu Megakonstellationen sogenannter Low Earth Orbit (LEO)-Satelliten, die sich auf einer niedrigen Erdumlaufbahn bewegen. Sie werden in naher Zukunft essentiell sein für das Internet der Dinge (IoT), für auto­nome Systeme und für die Internetkonnektivität in ländlichen Gegenden des globalen Südens (vgl. SWP-Studie 2/2021). Schon bald dürften Satelliten eine eigene Art Internet-Backbone bilden, das für die Kommunika­tion zahlreicher kritischer Infrastrukturen und auch für interplanetare Kommunika­tion relevant ist. Weltraumbasierte Dienste sind heute schon maßgeblich für das Mili­tär, vor allem in Nato-Staa­ten (bei Leit­sys­temen für Waffen, Command and Con­trol), für Verkehr und Logistik (z.B. durch GPS in der Seenavigation), Landwirtschaft (»preci­sion farming« und Überwachung von Fel­dern), Finanzdienstleistungen sowie Notfall- und Katastrophenschutz. Immer mehr IoT-Geräte und Smartphones werden ebenfalls diese Technologie nutzen, insbe­sondere dort, wo 5G-Mobil­funknetze keine gute Netzabdeckung erlauben.

Ein Verlust oder ein Ausfall von Weltrauminfrastruktur als Folge einer Cyber-Operation könnte sich – je nach Umfang und Intention des Angriffs – auch für die Bundesrepublik fatal auswirken. Der Welt­raum muss deshalb als eine emergente kritische Infrastruktur behandelt werden, die nicht unter der Souveränität eines ein­zelnen Staates steht, von der aber, wie auch vom Internet, zahlreiche kritische Prozesse abhängen. Für Deutschland gilt zudem, dass man hochgradig von Ländern wie Russ­land und den USA abhängig ist, will man Infrastruktur ins All befördern.

Die IT-Sicherheitsdimension von Weltrauminfrastrukturen

Weltrauminfrastruktur wird nicht nur billiger, sie wird auch immer komplexer. Komplexität ist allerdings der logische Gegensatz von IT-Sicherheit. Während frühe Satelliten einfache Signalverstärker mit begrenztem Funktionsumfang waren, sind heutige Systeme immer stärker soft­ware-gestützt. Sie sind miteinander ver­netzt, um im Verbund Funktionen auszu­führen. Und sie können im All rekonfiguriert werden, etwa um sich dynamisch neuen Bedarfen anzupassen.

Mehr Software be­deutet aber, dass die IT in Weltraum­infrastrukturen immer mehr den gleichen Problemen ausgesetzt ist wie terrestrische Systeme. Forscher fanden etwa 2018 her­aus, dass die Betriebssysteme vieler kom­merzieller Satellitenterminals, die im Schiffs- und Luftverkehr genutzt werden, mit unzureichenden IT-Sicher­heits­maß­nahmen versehen waren. Dabei zeigten sich klassische Probleme wie fest codierte Zu­gangsdaten, unsichere und nicht doku­mentierte Kommunikationsprotokolle so­wie eine generell schlechte Programmierung mit zahlreichen Sicherheitslücken. Biswei­len wurden keine oder veraltete Ver­schlüsselungsalgorithmen bzw. Proto­kolle für die Bodenkommunikation ge­nutzt. COTS-Hard­ware und -Software kann auf­grund komple­xer Lieferketten Hinter­türen beinhalten. Satelliten bestehen aus tausen­den Bauteilen, die weltweit produziert werden. Insofern ist das Risiko nicht aus­zuschließen, dass bei vielen Satelliten eine nachrichtendienstliche Mitnutzung erfolgt. Weltraumsysteme benötigen zudem Fern­zugriffskanäle, die kompromittiert werden können. Sie brauchen regelmäßig Software-Updates und Wartungsdowntimes, um Sicherheitslücken zu schließen.

Der Einsatz im Weltraum erfordert zu­dem eigene IT-Sicherheitspraktiken, die von denen terrestrischer IT-Systeme abweichen. Satelliten werden im Durchschnitt 15 Jahre lang verwendet. Teilweise sind noch ältere Modellgenerationen der frühen 2000er Jahre im Einsatz, die nicht von vornherein mit »security by design« entwickelt wurden. Solche »Legacy-Systeme« verwenden meist ältere Software, die nicht einfach gepatcht werden kann. Oftmals ist es also nicht mög­lich, die IT-Sicherheit im opera­tiven Betrieb im All nachträglich anzupassen. Stattdessen müssen Satelliten zukunfts­fähig sein, das heißt, wahrscheinliche An­griffsszenarien der nächsten 10 bis 15 Jahre sind schon bei der Entwicklung zu antizi­pieren. Ein beson­deres Problem sind dabei hardware-seitige, in Bauteilen angelegte Schwachstellen, die nicht per Software-Update behoben werden können, also über die gesamte Lebensdauer eines Satelliten eine Angriffsfläche darstel­len. Hacker demonstrieren immer wieder, dass man die Kommunikation veralteter Systeme mit geringen Investitionskosten »spoofen«, also durch manipulierte Signale in die Irre führen kann.

Aber auch moderne Systeme lassen sich ohne größeren Aufwand hacken. Auf der »Black Hat«-Sicherheitskonferenz in Las Vegas wurde im August 2022 gezeigt, dass man mit Ausrüstung für 25 US-Dollar zur Modifikation von Hardware (Modding) einen manipulierten Software-Code auf Starlink-Terminals ausführen kann. Der An­griff basiert auf einer Hardware-Schwach­stelle, die bei den rund 3 000 vorhandenen LEO-Starlink-Satelliten im Weltall nicht ein­fach beseitigt werden kann. Starlink rea­gierte bereits mit einer Fehlerbehebung, so dass von dem Angriffsvektor, der zudem physischen Zugriff auf Terminals erfordert, kein größeres Risiko mehr ausgehen dürfte (LEO-Satelliten haben eine geringe Lebens­zeit). Allerdings zeigt das Beispiel eine gene­relle Verwundbarkeit, die durch eine grö­ßere Anzahl von Satelliten und Marktteilnehmern, die in der IT-Sicherheit nicht alle überzeugende »best practices« vorweisen können, eher zunehmen. Geld ist dabei ein Faktor. Ein Mehr an IT-Sicherheitsfeatures treibt Entwicklungskosten in die Höhe, wes­halb hier teils Abstriche gemacht werden.

Maßnahmen zur Verbesserung von IT-Sicherheit im Weltraum

Der Start von US Space Command im Jahr 2019 markierte einen Meilenstein in den Bemühungen des amerikanischen Militärs, die Sicherheit von Weltrauminfrastrukturen zu verbessern. Space Command versteht Cyber-Operationen dezidiert als eine An­wendung von »space power«, die man auch gegenüber Gegnern nutzen will. 2019 startete ebenfalls das Space Information Sharing and Analysis Center (Space ISAC), das den Austausch von Bedrohungsdaten über verschiedene US-Behörden und Privat­unternehmen hinweg ermöglichen soll. Dazu gehören explizit auch Informationen zu Cyber-Bedrohungen, die über ein eigenes Datenportal geteilt werden. Später sollen ebenso klassifizierte Daten geteilt werden.

Im Mai 2021 verkündete die amerikanische Cybersecurity and Infrastructure Secu­rity Agency (CISA) den Aufbau einer Space Systems Critical Infrastructure Working Group. Es handelt sich dabei um eine Pub­lic-Private Partnership, die Stakeholder aus dem Bereich kritischer Weltrauminfrastruk­turen zusammenbringt. Die Arbeitsgruppe soll Lösungen und »best practices« zur Verbesserung der IT-Sicherheit von »space assets« identifizieren und entwickeln.

Gegenwärtig wird in den USA mit dem Space Infrastructure Act zudem ein Gesetz­entwurf diskutiert, der Weltrauminfrastruk­­­tur zum 17. Sektor der kritischen Infrastruktur (KRITIS) erheben soll. Damit würde die amerikanische Regierung größere Be­fugnisse zur Mandatierung von IT-Sicher­heit erhalten. Raumfahrtunternehmen und das Space ISAC unterstützen das Vorhaben, während die Biden-Regierung laut National Cyber Director Chris Inglis gegenwärtig kein Interesse daran hat. Der Weltraum transzendiere gewissermaßen die Sektorengrenzen und passe nicht in das Gefüge der anderen 16 kritischen Infrastrukturen, so Inglis. Er halte es daher nicht für sinnvoll, das All gesondert verteidigen zu wollen. Stattdessen möchte Washington nun kriti­sche Funktionen identifizieren, welche die Grenzen der bestehenden KRITIS-Sektoren überschreiten, um diese separat zu schüt­zen. Der Weltraum spielt dabei eine beson­dere Rolle. Ähnliche Diskussionen gibt es in anderen Ländern. Großbritannien und Frankreich haben Weltrauminfrastruktur bereits als KRITIS designiert.

In der EU erschien Anfang 2023 die aktu­alisierte Fassung der Richtlinie für Net­work and Information Systems (NIS 2), die eben­falls um Weltrauminfrastrukturen erwei­tert wurde. Die Direktive beinhaltet viele sinnvolle IT-Sicherheitsanforde­rungen – darunter Risikoanalyse, Incident Handling, Audits sowie die Pflicht für Be­treiber, Kom­munikation zu verschlüsseln. Allerdings hat NIS 2 auch erkennbare Schwächen. Sie greift in erster Linie für EU-eigene Weltrauminfrastrukturen (etwa Galileo) bzw. nur für jene Sekto­ren, die von Mitgliedstaaten als kritische Infrastruktur definiert wur­den. Das heißt, die Staaten müssen eigene Weltraum­infrastrukturen zunächst per nationalem Gesetz entsprechend kate­go­risieren, bevor die Direktive in Zukunft wirken kann. Zu­dem betrifft die Richtlinie bisher nur das Bodensegment. Für das ebenso verwund­bare Weltraumsegment fehlen ver­pflichtende IT-Sicherheits­anfor­derungen. NIS 2 deckt zudem nicht zwin­gend Satel­liten von Mitgliedstaaten ab. Diese müssen die Richtlinie zunächst im­plementieren und haben natürlich Spiel­räume bei der Umsetzung in nationales Recht. Die Direk­tive hat also blinde Fle­cken. Der Vorteil von NIS 2 ist jedoch, dass das aktuelle Momentum genutzt wer­den könnte, um interna­tionale technische Stan­dards (etwa ISO) für die IT-Sicherheit von Weltrauminfrastrukturen zu definieren.

Fazit

Die Domäne Weltraum vermischt sich immer mehr mit dem Cyber- und Informationsraum. Beide sind emergente kritische Infrastrukturen globalen Maßstabs, die keiner staatlichen Hoheit unterliegen und deren Ausfall katastrophale Folgen weltweit haben könnte. Staaten, besonders aber die Europäische Union und ihre Mitglieder soll­ten hier aktiv werden und entsprechende Mindestanforderungen für Weltrauminfrastrukturen definieren – alle Segmente um­fassend. Daraus könnten später internationale Standards erwachsen.