Prof. Dr. rer. nat. Lukas Iffländer

Forschung

• Network Security
• Web Security
• Software-defined Networking
• Network Function Virtualization
• Railway Security & Safety
• Automatische Bewertung von Programmieraufgaben

Lehrgebiet Informationssicherheit

Das Lehrgebiet Informationsicherheit beschäftigt sich mit klassicher Kryptographie, Schadsoftware, Angriffstechniken und -werkzeugen, Websicherheit, Security-Normung und Datenschutz.

Prof. Dr. rer. nat. Lukas Iffländer

• U 452
• +49 351 462 3516
• E-Mail

Sprechzeiten:
Nach Absprache

Abschlussarbeiten

Bachelorarbeiten sind mit [B], Masterarbeiten mit [M] markiert.

[B/M] Bahnhof as a Service - Security Testumgebung für digitale Bahnsysteme

Start sofort möglich

Hintergrund

Am Deutschen Zentrum für Schienenverkehrsforschung ist derzeit ein Cybersecurity-Labor im Aufbau.
Ziel dieses Labors ist es, die Möglichkeit zu schaffen, Systeme der digitalen Leit- und Sicherungstechnik nachzustellen bzw. Referenzimplementierungen für diese zu entwickeln und Security-Tests dafür durchzuführen.

Die Plattform-Basis dafür steht bereits: Bahnhöfe mit Stellwerkslogik und Object Controllern lassen sich automatisiert in einer OpenStack-Cloud ausrollen (Rust-API, EULYNX-Schnittstellen SCI-P/SCI-LS). Die kommenden Abschlussarbeiten bauen die Plattform zu einem vollständigen Werkzeug aus — vom grafischen Gleisplan-Editor bis zum Security-Test-Framework.

Zuschnitt der Arbeit

Abhängig von den persönlichen Interessen und dem angestrebten Umfang (Bachelor oder Master) können aus den folgenden Aufgaben unterschiedliche Abschlussarbeiten zusammengesetzt werden. Die Pakete sind einzeln vergebbar; mehrere Interessierte sind daher keine Konkurrenz.

Arbeitspakete

Aktuell zu vergeben sind unter anderem:
* Web-UI: grafischer Gleisplan-Editor, Netzwerk-Konfigurator und Deployment-Steuerung im Browser (React/TypeScript)
* API-Erweiterung und Echtzeit-Kommunikation: neue Endpoints und WebSocket-Kanäle für das Web-Frontend (Rust/Axum)
* Image-Pipeline, Management-Netz und präzise Emulation von Netzwerklatenzen zwischen den Komponenten
* Echtzeit-Monitoring und Dashboard für laufende virtuelle Bahnhöfe
* Netzwerk-Tap-Points und PCAP-Export: passives Mitlesen des Verkehrs an konfigurierbaren Stellen
* Packet Injection und Security-Test-Framework: aktives Manipulieren im Netz des virtuellen Bahnhofs
* darauf aufbauend: Implementierungs-Registry, Achszähler-Simulation (SCI-TDS), Zugsimulation, Hardware-in-the-Loop, ETCS Level 2

[B/M] Prototypische Umsetzung und Evaluierung einer Laufzeitüberwachung in QKD-Systemen

Beginn ab 1.6.2025 möglich.

Hintergrund

Im Forschungsprojekt SQuIRRL – Secure Quantum Infrastructure for Road, Rail and Flight wird eine sichere Kommunikationsinfrastruktur für die vernetzte Mobilität der Zukunft entwickelt. Ein zentrales Element ist die Nutzung von Quantum Key Distribution (QKD) zum abhörsicheren Austausch kryptografischer Schlüssel. Während QKD an sich beweisbar sicher ist, besteht weiter die Möglichkeit, dass Sicherheitslücken in der begleitenden Soft- oder Hardware gefunden werden.

Im Rahmen der Arbeit soll eine Umgebung entwickelt werden, die es ermöglicht, die Laufzeiten unterschiedlicher Kommunikationsvorgänge zu überwachen und Veränderungen oder Abhängigkeiten zu erkennen.

Zuschnitt der Arbeit

Nach persönlicher Präferenz und Zeitvolumen (Bachelor vs. Master) kann die Arbeit um Teilaspekte reduziert werden oder ein Schwerpunkt gesetzt werden.

Ziel der Arbeit

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung, Umsetzung und Bewertung eines prototypischen Systems zur Laufzeitüberwachung in einem simulierten bzw. virtualisierten Kommunikationsnetz mit QKD-Komponenten. Dabei sollen zeitliche Abweichungen im Verhalten der Kommunikationspartner detektiert und hinsichtlich ihres Angriffspotenzials analysiert werden. Der Fokus liegt auf der prototypischen Umsetzbarkeit, der Definition geeigneter Überwachungsmetriken sowie der Entwicklung eines Proof-of-Concepts, das in einer virtualisierten Testumgebung lauffähig ist.

Aufgabenbeschreibung

Die Abschlussarbeit gliedert sich in mehrere aufeinander aufbauende Arbeitsschritte:

1. Anforderungsanalyse und Kontextdefinition

• Identifikation typischer Angriffsszenarien im Kontext von QKD-basierten Kommunikationsarchitekturen, bei denen die Kommunikationspartner selbst das Angriffsziel sind (z. B. Time-shifting, Replay, Delay-Angriffe).
• Erarbeitung technischer und organisatorischer Anforderungen an ein Überwachungssystem, das solche Angriffe erkennen kann.
• Abgrenzung des Scopes: Welche Komponenten des Systems sollen überwacht werden? Welche Einflussfaktoren (Netzwerk, Hardware, Software) sind realistisch abbildbar?

2. Konzeption der Laufzeitüberwachung

• Definition geeigneter Metriken zur Laufzeitbewertung (z. B. Round-Trip-Time, Zeitdifferenzen zwischen Nachrichten, Heartbeat-Verhalten).
• Entwicklung einer Architektur für das Überwachungssystem: Wo werden Zeitstempel gesetzt? Wo erfolgt die Analyse?
• Berücksichtigung von Unsicherheiten (Jitter, Verzögerung durch Scheduling) und deren Einflüsse auf die Bewertung.

3. Umsetzung eines Prototyps in einer virtualisierten Umgebung

• Aufbau einer Testumgebung mit simulierten QKD-Komponenten und Kommunikationspartnern (z. B. auf Basis von Containern oder virtuellen Maschinen).
• Implementierung eines Beobachtersystems, das Nachrichtenverkehr zeitlich erfasst, analysiert und protokolliert.
• Entwicklung erster Detektionslogik für einfache Anomalien (z. B. Schwellenwertüberschreitungen, Ausreißererkennung).

4. Bewertung und Experimentaldurchführung

• Durchführung gezielter Tests mit bekannten Anomalien (z. B. verzögerte Nachrichten, unregelmäßige Kommunikation) zur Validierung der Detektionsfähigkeit.
• Quantitative Analyse: Erkennungsrate, False Positives, Einfluss von Jitter und Netzwerkverzögerungen.
• Bewertung der Systemgrenzen: Welche Angriffe lassen sich nicht sicher erkennen? Welche Konfigurationen führen zu Unsicherheiten?

5. Reflexion, Dokumentation und Ausblick

• Kritische Einordnung der Detektionsfähigkeiten im Vergleich zu den Anforderungen.
• Diskussion möglicher Erweiterungen, z. B. durch maschinelles Lernen, tiefergehende Zustandsanalysen oder Hardware-Timestamps.
• Abgleich mit Anforderungen aus sicherheitskritischen Domänen (z. B. Bahntechnik) und Überlegungen zur möglichen Zertifizierbarkeit.

SHK/WHK-Stellen

Am Deutschen Zentrum für Schienenverkehrsforschung [Externer Partner]

• Aufgaben:
  • Wissenschaftliche Recherchen zu Datensätzen für die Unterstützung der Schienenverkehrsforschung im Rahmen der Möglichkeiten einer wissenschaftlichen Hilfstätigkeit
  • Unterstützung des Datenmanagements von vorhandenen und zu beschaffenden
    Forschungsdaten durch Ablage und Erstellung von Metadaten nach Vorlage
  • Vorbereitung von Forschungsdaten für die Veröffentlichung inkl. Datenbereinigung und -fusion sowie Überprüfung der Datenqualität
  • Mitarbeit an der Weiterentwicklung des Forschungsdatenmanagementsystems
• Umfang:
  • 6 - 16  Stunden pro Woche
• Bezahlung:
  • E5 TVÖD
• Weitere Infos und Bewerbung