Wann eine föderierte Architektur sinnvoll ist

Zweidimensionale Darstellung der IT‑OT-Konvergenz, die gemeinsame Sichtbarkeit von zentraler Steuerung trennt. © Belden

FA ist wichtig für sicherheitskritische Infrastrukturen, regulierte Umgebungen, Brownfield-Standorte und Systeme, bei denen KI analytischen Zugriff auf Betriebsdaten hat. Sie ist auch eine sinnvolle Standardoption für ausgereifte OT-Landschaften, Multi-Site-Organisationen und Anlagen mit geringer Toleranz gegenüber disruptiven Veränderungen.

Eine Lockerung der FA-Prinzipien erfordert eine stichhaltige Begründung, etwa bei Greenfield-Systemen, die für enge Integration konzipiert sind, oder in Organisationen mit außer-gewöhnlich hoher Sicherheitsreife. Selbst in solchen Fällen sollten Risiken und Abhängigkeiten klar benannt werden, insbesondere angesichts der ungewissen Entwicklung künftiger KI-Fähigkeiten.

Eine vollständig konvergierte Architektur, die die FA-Prinzipien als Rückfalloption beibehält, ist widerstandsfähiger und leichter abzusichern. Organisationen, die bereits erfolgreiche bi-direktionale Konvergenzarchitekturen betreiben, müssen in erster Linie ihre Bedrohungsmodelle im Hinblick auf neue KI-Sicherheitsaspekte überprüfen. Der Übergang von einer erfolgreichen bidirektionalen Konvergenz zu FA ist weiterhin möglich, bringt jedoch eigene Kompromisse mit sich.

Was föderierte Architektur nicht leistet

FA bringt im Vergleich zur bidirektionalen Konvergenz gewisse Kompromisse mit sich. Insbesondere priorisiert sie Sicherheit gegenüber Geschwindigkeit in Bereichen, in denen schnelle Automatisierung eine enge Kopplung zwischen Systemen erfordert.

Änderungen und Updates durchlaufen eine menschliche Überprüfung, die Zeit und Aufwand erfordert und nicht vernachlässigt werden darf. Wie bei jeder Sicherheitsmaßnahme hängt ihre Wirksamkeit von disziplinierter Umsetzung ab, und es kann nicht vorausgesetzt werden, dass sie unter betrieblichem Druck jegliches Risiko eliminiert.

Föderierte Architektur führt zudem einen gewissen prozeduralen Mehraufwand ein. Eine klare Trennung der Verantwortlichkeiten erfordert strukturierte Prüfungen und an jedem Standort Investitionen in die Edge-Autonomie. Lokale Systeme müssen in der Lage sein, Konfiguration, Überwachung und Updates ohne zen-trale Intervention durchzuführen. In Bestandsumgebungen, in denen solche Fähigkeiten fehlen, kann deren Umsetzung gestufte Upgrades und langfristige Investitionen erforderlich machen.

Verhältnis zu etablierten Modellen und Konzepten

In Teil 1 wurde die Föderierte Architektur aus bewährten Verfahren der industriellen Steuerung abgeleitet. Die folgenden Abschnitte setzen die FA in Beziehung zu Referenzmodellen, die in der Industrie üblicherweise verwendet werden.

Purdue-Modell: Das Purdue-Modell (ISA-95) beschreibt eine geschichtete Trennung zwischen Unternehmens-IT und industrieller OT. Die FA behält diese Struktur bei und verstärkt sie, indem der aufwärtsgerichtete Datenfluss zum Standard erhoben und abwärtsgerichtete Steuerwege begrenzt werden.

• IEC 62443: Diese Normenreihe befürwortet die Segmentierung in Zonen, die über kontrollierte Kommunikationswege miteinander verbunden sind. Die FA setzt diese Prinzipien praktisch um durch ausschließlich aufwärtsgerichtete Datenflüsse, menschlich kontrollierte Steueraktionen und starke Edge-Autonomie. FA steht in enger Übereinstimmung mit den Sicherheits- und Cybersecurity-Anforderungen von IEC 62443 und greift dabei auch auf die architektonischen Überlegungen zu Edge Computing zurück, wie sie in IEC TR 63188 dargelegt sind.
• Hybridarchitekturen: FA kann hybriden Architekturen ähneln, da sie lokale Steuerung mit unternehmensweiter Transparenz verbindet. Typische hybride Designs erlauben jedoch weiterhin Remote-Orchestrierung wie etwa das Zurücksetzen von Geräten, das Einspielen von Updates oder das Ändern von Parametern. Die FA schließt diese Wege aus, es sei denn, sie werden bewusst unter kontrollierten Bedingungen wieder eingeführt. Dieser Ansatz vereinfacht die Definition des Anwendungsbereichs, die Zuständigkeiten und die Steuerung.
• Zero Trust: Zero Trust befürwortet kontinuierliche Überprüfung und das Prinzip der minimalen Rechtevergabe ("Least Privilege"). Im Gegensatz zu vielen IT-orientierten Zero Trust-Implementierungen setzt FA dieses Ziel um, indem sie Segmentierung und Least Privilege strukturell erzwingt. FA ist dabei nicht auf Identitätsprüfmechanismen angewiesen, die viele ältere OT-Protokolle nicht zuverlässig unterstützen können. Wo identitätsbasierte Kontrollen möglich sind, ergänzen sie die FA, anstatt sie zu ersetzen.
• Namur Open Architecture: Die Namur Open Architecture (NOA) adressiert vergleichbare Herausforderungen durch ein konkretes technisches Design mit Fokus auf Monitoring und Optimierung. FA und NOA unterscheiden sich in Umfang und Zielsetzung, betonen jedoch beide den kontrollierten Datenzugang sowie den Erhalt etablierter operativer Grenzen.
• Position im Konvergenzspektrum: Die FA nimmt eine klar definierte Position auf dem in Teil 1 eingeführten Konvergenz-spektrum ein. Sie betrachtet Konvergenz entlang von zwei Dimensionen: Sichtbarkeit und Steuerung (Bild). Eine konvergente Sichtbarkeit ist Voraussetzung für konvergente Steuerung, da Steueraktionen auf dem Verständnis des aktuellen Zustands und der Überprüfung des veränderten Zustands basieren. Umgekehrt ist dies nicht zwangsläufig der Fall. Indem die FA Konvergenz in der Sichtbarkeitsdimension fördert und gleichzeitig die Steuerungsdimension einschränkt, ermöglicht sie eine sichere und schrittweise Integration, während die OT-Grenzen erhalten bleiben.

KI erfordert Konvergenz

Der Autor: Dr. Davoud Shahlaei ist Senior Product Cluster Owner und leitet die Cognitive Networking and Analytics Plattform bei Belden in Deutschland. © Belden

KI ist nicht nur Wegbereiter der mit der Konvergenz verbundenen Vorteile, sondern hängt auch selbst von einem gewissen Grad an Konvergenz ab. Zuverlässige Modelle benötigen Training mit hochwertigen, standortspezifischen Daten. Selbst wenn Inferenz am Edge erfolgt und lokale Abläufe verbessert, müssen die zugrunde liegenden Modelle typischerweise mit Daten von diesem Standort trainiert werden. Ein Training vor Ort ist möglicherweise in vielen ressourcenbeschränkten Brownfield-OT-Umgebungen nicht realisierbar. Generische Modelle erfassen nur selten die spezifischen Bedingungen einzelner Anlagen. Ohne genau abgestimmte KI-Modelle sind viele der erwarteten Industrie 4.0-Vorteile nur schwer erreichbar. Diese Herausforderung prägt jeden Versuch, KI in OT-Umgebungen einzuführen. Sobald ein Standort eine kon-trollierte Form der Konvergenz akzeptiert, werden hochgeladene Daten für Training und Test industrieller KI-Modelle verfügbar. Die FA unterstützt dies, indem sie Datenaustausch gestattet und gleichzeitig OT-Grenzen bewahrt. Ohne solche Mechanismen bleiben Organisationen auf allgemein trainierte Modelle angewiesen, die mehr falsch-positive und falsch-negative Ergebnisse produzieren und die standortspezifische Realität nicht widerspiegeln.

Schlussfolgerung

Dieser Artikel hat die Föderierte Architektur im Verhältnis zu etablierten industriellen Referenzmodellen eingeordnet. Auf dem Konvergenzspektrum versucht die FA nicht, einen Kompromiss zwischen zentraler Steuerung und lokaler Autonomie zu finden. Stattdessen teilt sie das Spektrum in zwei orthogonale Achsen und bewegt sich ausschließlich entlang der Sichtbarkeitsachse.

Vor dem Hintergrund schnell wachsender KI-Fähigkeiten wird diese strukturelle Klarheit zum Bestandteil verantwortungsvoller Modernisierung. Teil 3 dieser Artikelreihe wird untersuchen, wie diese Architektur industrielle KI-Systeme ermöglicht und deren Skalierung unterstützt.