Folien - DFN-CERT

Selbst schlau sein
SmartMeter im Selbstbau
Dipl.-Ing. (FH) Klaus J. Müller
[email protected]
17. DFN Workshop "Sicherheit in vernetzen Systemen" - 9.-10.2.2010, Hamburg
SmartMeter - was ist das?
Intelligente Energiezähler hier: Stromzähler *)
*) genau genommen geht‘s hier natürlich nicht um Strom, sondern um elektrische Leistung
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
2
[email protected]
SmartMeter - was ist das?
vorher:
zeitliche Auflösung: 1 Messwert/Jahr
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
3
[email protected]
SmartMeter - was ist das?
Quelle: nl.wikipedia/Quistnix (CC-BY) [1]
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
4
[email protected]
SmartMeter - was ist das?
nachher:
zeitliche Auflösung: > 1 Messwert/Sekunde
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
5
[email protected]
SmartMeter - was ist das?
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
6
[email protected]
SmartMeter - wozu?
http://www.youtube.com/watch?v=HXVCoTUcCsQ
Stromverbrauchsprofil analysieren:
wie hoch ist mein Verbrauch nachts? (im Leerlauf)
1 Watt => 8,760 kWh/a
lohnt der Ersatz eines Altgerätes durch ein modernes
Gerät?
Anteil von Geräten mit hoher Leistung und kurzer
Laufzeit? (Backofen, Fön, ...)
der Versorger möchte die Daten auch gerne nutzen um
sein Netz und die Versorgung zu optimieren
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
7
[email protected]
SmartMeter - wozu?
spätestens zum 30.12.2010 sind die Versorger lt. EnWG [2]
verpflichtet „einen Tarif anzubieten, der einen Anreiz zu
Energieeinsparung oder Steuerung des Energieverbrauchs
setzt“
später: monatliche Stromabrechnung
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
8
[email protected]
Kühlschrank
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
9
[email protected]
Backofen
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
10
[email protected]
Spülmaschine
kaltes Wasser holen,
aufheizen
Text
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
11
[email protected]
Notebookakku leer
-> ab an die Steckdose!
Licht +
Notebook aus
Ladekurve des
Notebookakkus
WLAN-AP aus
Licht +
WLAN-AP
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
12
[email protected]
SmartMeter - was sieht man da?
typische Verbrauchsprofile von Geräten erlauben eine
eindeutige Identifikation:
Kühlschrank
Backofen
TV
Mikrowelle
Fön
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
13
[email protected]
SmartMeter - was sieht man da?
Rückschlüsse auf Lebensgewohnheiten:
aufstehen? zu Bett gehen? nächtliche Toilettenbesuche?
(Licht)
Kochen: wann? wie oft? mit mehreren Herdplatten? mit
dem Backofen?
Abweichungen? (Gäste, veränderte
Lebensgewohnheiten, ...)
-> bessere Überwachung als mit einer Kamera?
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
14
[email protected]
SmartMeter - was sieht man da?
Der Stromversorger ist per EnWG [2] seit dem 1.1.2010
verpflichtet, für Neubauten und bei umfangreichen
Renovierungen ein SmartMeter anzubieten
geregelt:
Versorger muss anbieten, Kunde ist nicht zur Installation
verpflichtet
Kunde muss Daten lesen können, um seinen Verbrauch zu
optimieren
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
15
[email protected]
SmartMeter - was sieht man da?
nicht geregelt (und daher nicht eingeschränkt):
Randbedingungen, unter denen der Versorger die Daten
nutzen darf:
zeitliche Auflösung, Pseudonymisierung/
Anonymisierung, Weitergabe, ...
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
16
[email protected]
SmartMeter - wie?
vom Versorger, z.B. YelloStrom; Kosten:
einmalig: EUR 79 (Gerät incl. Installation)
monatlich: ca. EUR 8 (incl. Eigenverbrauch des Zählers)
von einem Drittanbieter, z.B. „The Energy Detective“
zusammen mit „Google PowerMeter“
einmalig: EUR 100 (Gerät ohne Installation - diese ist sehr
einfach)
monatlich: EUR 0
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
17
[email protected]
SmartMeter - wie?
Selbstbau; Kosten:
einmalig: ca. EUR 80 (zzgl. Aufbau, Installation, ...)
monatlich: EUR 0
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
18
[email protected]
SmartMeter - wie?
Yellostrom:
sekundengenaue Auflösung verbleibt (lt. Yellostrom, [3]) im
Haus
per PC abrufbar („Sparzähler“ hat einen Webserver)
viertelstündliche Verbrauchswerte werden zu Yellostrom
übertragen
per Web abrufbar (verschlüsselt, authentifiziert)
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
19
[email protected]
SmartMeter - Datenschutz?!?
Kombination folgender Randbedingungen macht SmartMeter
kritisch:
Benutzeridentifikation - Daten werden zum Versorger
übertragen -> Nutzer kann das nicht ausschliessen
hohe zeitliche Auflösung - gesetzliche Obergrenze
schaffen?
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
20
[email protected]
volkszaehler.org
Selbstbau - wie? (HW - Zähler)
Stromzähler für Hutschienenmontage
(3 Stück bei ebay ca. EUR 50)
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
22
[email protected]
Selbstbau - wie? (HW - Zähler)
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
23
[email protected]
Selbstbau - wie? (HW - Zähler)
3 Vorsicherungen
hier darf jeder Elektriker arbeiten
- ohne die entsprechende Qualifikation
sollte man auch hiervon die Finger lassen!!!
Zähler
verplombter Bereich
- hier darf nur der Versorger ran!!!
Sicherungsautomaten
offizieller
Zähler
mehr Sicherungsautomaten
Hauptschalter
Zählerschrank
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
24
[email protected]
Selbstbau - wie? (HW - Controller)
Controllerboard (als Fertigmodul bei pollin.de)
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
25
[email protected]
SmartMeter - wie? (HW - Aufbau)
Logging:
Zähler
S0 *)
µC-Board
LAN/
Internet
Server
(Apache/PHP/
PostgreSQL)
Pull-Up aktiviert,
direkt angeschlossen
*) S0: nix ISDN - potenzialfreier Schaltausgang
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
26
[email protected]
Selbstbau - wie? (SW)
ethersex
DNS, NTP, ...
HTTP-GET-Client (auf Basis des vorhandenen twitterClients erstellt)
Debugging via RS232
sehr einfache „Überwachung“ der µC-Ports möglich
-> mit minimalen Erweiterungen war hier bereits alles getan!
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
27
[email protected]
Selbstbau - wie? (SW)
Linux-Server mit Apache, PHP+PostgreSQL zur Speicherung
sowie Auswertung der Daten
Darstellung der Messwerte im Browser via JS-Bibliothek
(„flot“)
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
28
[email protected]
SmartMeter - wie? (SW)
Logging:
µC-Board
http
Apache
+PHP
PSQL
1. übermittelt werden: uuid, Kanal (für mehrere Zähler)
2. der aktuelle Zeitstempel (in ms) wird zusammen mit der
uuid und dem Kanal in der Tabelle „pulses“ geloggt
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
29
[email protected]
SmartMeter - wie? (Auswertung)
Auswertung:
Browser
https
Apache
+PHP
PSQL
1. Browser übergibt uuid als GET-Parameter
2. aus der DB werden die passenden Zeitstempel ausgelesen
3. aus der Zeitdifferenz zwischen 2 aufeinanderfolgenden
Impulsen lässt sich die angeschlossene Leistung berechnen
4. Visualisierung des Verbrauchsprofils im Browser
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
30
[email protected]
Selbstbau - Status
Zähler (Hutschiene mit S0-Schnittstelle, )
Controller (für max. 12 Zähler mit S0-Schnittstelle)
Logging via HTTP durch Apache in PostgreSQL
Visualisierung im Browser mittels JS-Bibliothek
Darstellung für kleine (1 Minute) bis große Zeitintervalle (1
Jahr) optimiert
Anzeige der minimal, maximal und durchschnittlich für das
aktuelle Zeitintervall angeschlossenen Leistung,
Hochrechnung des Verbrauchs auf ein Jahr
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
31
[email protected]
volkszaehler.org
Bereitstellung der kompletten Software für einen
SmartMeter im Eigenbau (ethersex-Patches, PHP-Skripte
für Logging und Auswertung, PostgreSQL-Struktur, JS
für Visualisierung)
alternativ kann der Server direkt kostenlos für Logging
und Auswertung genutzt werden (und wo ist dann der
Unterschied zu yellostrom et al.?)
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
32
[email protected]
volkszaehler.org
Pseudonymisierter Zugriff:
Zugriff (Logging und Auswertung) erfolgt auf Basis
einer eindeutigen Benutzerkennung, die der Benutzer
selbst wählt (16 Byte in Form von 32 Hex-Zeichen
8-4-4-4-12, z.B.
12345678-1234-1234-1234-123456789ABC -> ca.
3x10^38 Möglichkeiten)
Zugriff erfolgt ohne Passwort und ohne Identifikation
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
33
[email protected]
Selbstbau - wie geht‘s weiter?
Allgemein:
Pseudonymisierte Nutzung
Upload der Software auf github (done)
Unterstützung weiterer Messgeräte:
Anbindung 433/866 MHz-Geräte
ZigBee-Anbindung KD 302
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
34
[email protected]
Selbstbau - wie geht‘s weiter?
Controller:
Stabilität Controllerpatches
Schreiben auf SD-Karte
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
35
[email protected]
Selbstbau - wie geht‘s weiter?
Visualisierung:
Anzeige Momentanverbrauch
Anlieferung Messwerte durch andere
Stromzählertypen (erspart die Arbeiten am
Zählerkasten)
Flash-Bibliothek? MRTG? ...?
Bessere Analysemöglichkeiten (Erkennung von Geräten,
Bestimmung Jahresverbrauch pro Gerät, verschiedenste
Vergleiche, ...)
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
36
[email protected]
Alternative Ansätze zur Messung
ELV EM 1000-WZ (ca. EUR 40)
+ keine Arbeit an Elektrik
erforderlich
+ Alle angeschlossenen Geräte
werden berücksichtigt
+ Wirkleistungsmessung
- relativ geringe Auflösung
(75 Imp./kWh)
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
37
[email protected]
Alternative Ansätze zur Messung
KD302 (EUR 10 bei reichelt.de)
+ keine Arbeit an Haus-Elektrik erforderlich
+ Wirkleistungsmessung
- (noch) keine Anbindung an µC-Board
- ungeeignet, um versteckte/vergessene
Verbraucher aufzuspüren
Funk-Schnittstelle (ZigBee?) anbauen?
Kosten für ZigBee-Anbindung bei ca. EUR 30
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
38
[email protected]
Alternative Ansätze zur Messung
Oregon Scientific (EUR 50 für Messklemmen, Sender (433 MHz),
Empfänger+Displayeinheit)
+ kaum Arbeit an Elektrik erforderlich
+ alle angeschlossenen Geräte werden berücksichtigt
+ reine Strommessung; Spannung
ist nicht konstant -> Messfehler!
- (noch) keine Anbindung
an µC-Board
Funkschnittstelle mit 433 MHz RFM12?!?
SmartMeter - was - wozu - wow - wie
17. DFN Workshop
39
[email protected]
[email protected] ?
SmartMeter - was - wozu - wow - wie - wer
17. DFN Workshop
40
[email protected]
Über: Klaus J. Müller
Seit 2000 freiberuflich für verschiedene
Industrieunternehmen sowie als Lehrbeauftragter auf dem
Gebiet der Internet-Sicherheit tätig
Tätigkeitsschwerpunkte: System- und Netzwerksicherheit,
Sicherheitscoaching
http://internet-sicherheit.net
17. DFN Workshop
41
[email protected]
Links
http://volkszaehler.org/
http://de.wikipedia.org/wiki/Intelligenter_Zähler
http://ethersex.de/
http://code.google.com/p/flot/
http://en.wikipedia.org/wiki/Universally_Unique_Identifier
17. DFN Workshop
42
[email protected]
Quellen
[1] http://de.wikipedia.org/w/index.php?
title=Datei:Kilowattuurmeter_dubbel_tarief.jpg&filetimesta
mp=20071110003251
[2] EnWG: http://bundesrecht.juris.de/enwg_2005/
[3] http://www.yellostrom.de/datenschutz/index.html
17. DFN Workshop
43
[email protected]
Wo krieg ich das Zeugs her?
Hardware:
µC-Board: AVR NET-IO (Anm.: ist zeitweise im Shop nicht gelistet - kommt dann aber
wieder...)
http://www.pollin.de/shop/dt/NjI5OTgxOTk-/Bausaetze/Diverse/
AVR_NET_IO_Fertigmodul.html
Stromzähler Hutschiene
http://shop.ebay.de/i.html?_nkw=stromz%C3%A4hler+hutschiene&_odkw=stromz
%C3%A4hler+hutschiene+so
Stromzähler KD302
http://www.reichelt.de/?ARTICLE=88135
Stromzähler Oregon Scientific
http://www.elv.de/output/controller.aspx?cid=74&detail=10&detail2=27879
Software für µC-Board: ethersex
http://www.ethersex.de/
17. DFN Workshop
44
[email protected]
24h - Auflösung: 1s
17. DFN Workshop
45
[email protected]
24h - Auflösung: 15min
17. DFN Workshop
46
[email protected]
24h - Auflösung: 60min
17. DFN Workshop
47
[email protected]
10h - Auflösung: 1s
17. DFN Workshop
48
[email protected]
10h - Auflösung: 15min
17. DFN Workshop
49
[email protected]
10h - Auflösung: 60min
17. DFN Workshop
50
[email protected]
5h - Auflösung: 1s
17. DFN Workshop
51
[email protected]
5h - Auflösung: 15min
17. DFN Workshop
52
[email protected]
5h - Auflösung: 60min
17. DFN Workshop
53
[email protected]