Es ist drei Uhr nachts. Wir befinden uns in einem klassischen Mehrfamilienhaus. Die gesamte Bewohnerschaft hat sich schon vor Stunden schlafen gelegt. Die Waschmaschine bei Müllers im zweiten Stock springt von alleine an – zweieinhalb Stunden Waschgang mit 1.300 Umdrehungen. Natürlich im längeren Energiesparmodus, schließlich möchte man möglichst die Umwelt schonen. Nur die darunter im ersten Stock lebende Familie findet das aber nicht ganz so lustig.

Waschen, wenn der Strom am günstigsten ist. Dies ist eines der Kernargumente der Befürworter von Smart Meter. Und dieser Logik kann man sich auch nicht verschließen: Wer möchte nicht an der Stromrechnung sparen? Dazu braucht es intelligente Haushaltsgeräte sowie sogenannte Smart Meter, die intelligenten Stromzähler. In einem Smart Grid können beliebige Geräte zur optimalen Zeit eingeschaltet werden – alles im Sinne des günstigen Strompreises und der Verschiebung von Lastzeiten. Doch das Waschmaschinen-Beispiel verdeutlicht, dass diese idealisierte Vorstellung meistens an der Realität scheitert.

Welcher Film läuft im Fernsehen?

Wie groß ist das Einsparpotential, das intelligente Stromzähler angeblich versprechen? Die meisten Studien kamen zum selben Schluss: Sie kosten viel und sparen wenig. Als die Europäische Union den Einbau von Smart Metern in Haushalten als Zielvorgabe formulierte, sollten die Mitgliedsländer Nützlichkeitsstudien in Auftrag geben. In Deutschland war es die Wirtschaftsprüfungsgesellschaft Ernst & Young, die aber feststellte: Nur für Großverbraucher lohnt sich die Anschaffung finanziell. Haushalte mit bis zu 6.000 Kilowattstunden Verbrauch würden nur 1,2 bis 1,8 Prozent einsparen. Auf dieser Grundlage entschied die Bundesregierung, nur Verbraucher mit mehr als 6.000 Kilowattstunden in die Pflicht zu nehmen.

Um die Energiesparpotentiale optimal ausnützen zu können, müssten Energieunternehmen oder automatisierte Smart Grids die Geräte in einem Haushalt von außen steuern können. Damit ergeben sich aber datenschutztechnische Probleme. Durch Smart Metering hätte ein Stromkonzern detaillierten Einblick in das Verbrauchsprofil eines Haushalts. Je nach Einstellung können die intelligenten Stromzähler auch im Minutentakt Informationen an den Energielieferanten schicken. Das mag zwar gewisse Vorteile haben, jedoch beginnt hier ein empfindlicher Bereich der Privatsphäre. Für die Bundesregierung als auch den Bundestag sind solche Informationen sensible Daten, die besonders vertraulich behandelt werden müssen. Und wer findet die Vorstellung, dass Haushaltsgeräte von alleine anspringen, nicht auch irgendwie gruselig?

Mittels solcher Daten kann präzise ermittelt werden, welche Haushaltsgeräte gerade benutzt werden. Eine von der Bundesregierung in Auftrag gegebene Studie an der Fachhochschule Münster konnte genau nachvollziehen, welche Geräte in Betrieb waren und welche nicht. Kühlschrank, Mikrowelle und Co. haben spezifische Stromverbrauchsprofile. Vergleicht man die Daten, die der Smart Meter sendet, mit bekannten Verbrauchskurven, ist eine Identifizierung kein Problem mehr. Die Forscher waren sogar in der Lage festzustellen, welcher Film gerade im Fernsehen lief. So lassen sich darüber hinaus Rückschlüsse auf die Zahl der Personen in einem Haushalt schließen.

Leichtes Spiel für Stromdiebe

Bisher ist ein solches Ausforschen noch Zukunftsmusik. Der Smart Meter-Rollout bis zum Jahr 2020 eröffnet jedoch völlig neue Perspektiven für Big Data. Man mag es nicht so schlimm finden, wenn der Stromkonzern weiß, ob nun der Fernseher läuft oder nicht. Aber in Verbindung mit anderen Daten – Stichwort Big Data – lassen sich exakte Profile erstellen, die auch Einfluss auf andere Lebensbereiche haben können. Die Frau Schmidt sitzt also nur vor dem Fernseher und kommt nie vom Sofa hoch? Da kann die Krankenkasse doch mal die Beiträge anheben. Natürlich ist das ein überspitztes Szenario, das aber zur Realität werden kann, wenn wir uns der Konsequenzen von Big Data nicht bewusstwerden.

Aber nicht nur Konzerne könnten die Verbrauchsdaten interessant finden. Kriminelle können mithilfe der Informationen Einbrüche planen. Dafür ist meist nur ein Eindringen über Smart Meter nötig – kein unrealistisches Szenario. Auch Stromdiebe können die Daten manipulieren, um hieraus ihren eigenen Vorteil zu ziehen. Bereits 2012 sollen Mitarbeiter des Stromkonzerns Enemalta über 1.000 Smart Meter manipuliert haben, um Energie abzuzweigen. Die intelligenten Stromzähler zeichneten einfach weniger Verbrauch auf. Wer die Täter bezahlte, durfte sich über eine kleinere Stromrechnung freuen. Insgesamt soll dadurch allein in einem Jahr ein Schaden in Höhe von 30 Millionen Euro entstanden sein.

Verbraucherverbände warnen vor einer „Zwangsdigitalisierung“

Die Hersteller von Smart Metern führen zu ihrer Verteidigung an, dass die gesetzlichen Vorgaben ausreichende datenschutzrechtliche Vorgaben machen. Unter anderem hat das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik ein Schutzprofil entwickelt – diesen Zertifizierungsprozess müssen Smart Meter durchlaufen. Darüber hinaus muss eine Firewall im Übertragungsmodul installiert werden. Außerdem gelte das Gebot der Datensparsamkeit. Eine minutengenaue Übermittlung der Daten an den Anbieter wird es nicht geben – zumindest vorerst.

Die Verbraucherzentrale Bundesverband warnt trotzdem deutlich vor einer „Zwangsdigitalisierung“ deutscher Haushalte durch den Einbau von Smart Metern. „Die neue ‚intelligente Infrastruktur‘ bringt für die Mehrzahl der Stromverbraucher mehr Kosten als Nutzen. Eine Modernisierungsoffensive in Deutschlands Kellern darf nicht per Zwang und auf Kosten der Verbraucher verordnet werden“, so Marion Jungbluth, Leitung Team Energie und Mobilität des vzbv. Die Verbraucherschützer plädieren stattdessen für den freiwilligen Einbau. „Darüber hinaus sei das Potenzial der Vernetzung auf Haushaltsebene für die Hebung von Effizienzpotenzialen auf der Netzebene gering“, stellt die Verbraucherzentrale in einer Pressemitteilung fest.

Lesen Sie den ersten Teil der Reihe: Eine erfolgreiche Energiewende braucht nicht nur umweltfreundliche Stromquellen, sondern auch geeignete Abnehmer. Hier kommen intelligente Stromzähler ins Spiel. Darauf aufbauende „Smart Grids“ ermöglichen eine effiziente Energienutzung in einem von starken Schwankungen und dezentralisierten erneuerbaren Energien gekennzeichneten System.

Lesen Sie den zweiten Teil der Reihe: Intelligente Stromzähler sind künftig unumgänglich. Die sogenannten Smart Meter stehen jedoch im Verdacht, besonders anfällig für Hacker-Angriffe zu sein. Im schlimmsten Fall könnten so ganze Stromnetze lahmgelegt werden.

Bild: Elglrdas, CC BY-SA 2.0

Eine fortschreitende Vernetzung erhöht die potenziellen Angriffsflächen von kritischen Infrastrukturen. „Die Erfahrung bei anderen Technologien zeigt, dass Sicherheitssysteme über kurz oder lang immer »geknackt« wurden, wenn der Anreiz dazu nur hoch genug ist.“ So ernüchternd lautet die Einschätzung des Deutschen Bundestags in seiner 2015 erschienenen Technikfolgenabschätzung zum Thema „Moderne Stromnetze“. Bei Smart Metern wird es nicht anders laufen. Dieser Ansicht sind fast alle Experten. Auch Dominik Spannheimer vom Übertragungsnetzbetreiber 50Hertz sagt auf einer Podiumsdiskussion Mitte November: „Es gibt keine hundertprozentige IT- und damit auch Netz-Sicherheit.“

Einerseits kann das Eindringen auf physischem Wege geschehen. Kritische Infrastrukturen sind heute noch zentralisiert und dadurch weitgehend abgesichert – sei es nur der Zaun um das Umspannwerk. In Zukunft wird es aufgrund der großen Zahl von installierten Smart Metern deutlich mehr Angriffspunkte geben. Wer Zugang zu Smart Metern hat, kann diese auch manipulieren. Jedoch ist der Aufwand für einen solchen Einbruch meist zu hoch.

Wie gehen Angreifer vor?

Vielmehr versuchen sich Angreifer, über lückenhafte Software und Kommunikationsschnittstellen in das System einzuklinken. Das ist laut Experten oft auch der viel einfachere Zugang. Ein Einfallstor sind zum Beispiel sogenannte SCADA-Systeme, die der Überwachung und Visualisierung der Steuerungsprozesse in einem System dienen. Auch einer der bekanntesten Cyber-Würmer machte sich an diesen zu schaffen: Stuxnet. Veraltete Virensoftware, fehlende Systemupdates, schwache Authentifizierung (Passwörter) oder selten durchgeführte Sicherheitstests sind Schwachstellen von solchen Systemen. Der Bundestag betont in seiner Technikfolgenabschätzung: „Stuxnet ist unter dem Strich weniger in seiner Eigenschaft als konkrete Schadsoftware alarmierend – wichtig ist vielmehr der nun vorliegende Nachweis über die Möglichkeit von Angriffen solcher Qualität. […] Durch Stuxnet wird deutlich, dass die gesamte Sicherheitskonzeption von Systemen zur Prozesssteuerung dringlich zu überdenken und, wo notwendig, der aktuellen Bedrohungslage anzupassen ist.“

Ein großes Problem ist dabei die Standardisierung der Technik. Hätte jedes Messgerät eine andere Software, wäre der Aufwand, in genügend Systeme einzudringen, viel höher. Durch Standard-Komponenten wird es natürlich leichter, in mehr als nur einen einzigen Smart Meter einzudringen. Knacken Hacker einen, knacken sie alle.

Eine der größten Bedrohungen für die Sicherheit von Systemen und damit auch einem intelligenten Stromnetz ist und bleibt darüber hinaus der Faktor Mensch. Ungeschulte Mitarbeiter oder alltägliche Fehler können ein Einfallstor für Angreifer sein. Schon alleine das Öffnen infizierter E-Mails reicht aus, um in ein System einzudringen. Bei einem Test sind kürzlich mehr als 50 Prozent der Polizeibeamten auf solche Phishing-Mails hereingefallen. Dass dieses Szenario auf dem Strommarkt nicht nur in der Theorie existiert, beweist eine als „Dragonfly“ bekanntgewordene Hacker-Gruppe. Die IT-Sicherheitsfirma Symantec berichtete im Sommer 2014 über einen breit angelegten Angriff auf die IT-Anlagen der westlichen Energiewirtschaft. „Dragonfly“ nutzt üblicherweise verseuchte E-Mails, um in die Systeme einzudringen. Die eingeschleuste Malware spionierte dann Systeminformationen und Passwörter aus. Wenn die Gruppe die Möglichkeiten genutzt hätte, die ihr offenstanden, so Symantec, hätte die Energieversorgung in den betroffenen Ländern großen Schaden nehmen können. Unter anderem wurden Netzbetreiber, Energieproduzenten und Hersteller für die Industrie infiziert. Betroffen waren vor allem Spanien und die USA. Aber auch deutsche Unternehmen gerieten ins Fadenkreuz der professionell vorgehenden Hacker.

Was können Angreifer im Stromnetz anrichten?

Sobald sich die Angreifer Zugang zum System geschaffen haben, stehen ihnen fast alle Möglichkeiten offen. Auf der anderen Seite können Eindringlinge auch systemische Krisen auslösen. Über Smart Meter gelangen sie in die Kommunikationsinfrastruktur und können so durch böswillige Kommandos dem Netzbetreiber sowie dem Smart Grid erheblichen Schaden zufügen. Durch das Senden verfälschter Informationen an den Betreiber können unter anderem falsche Steuerungsaktionen ausgelöst werden. Überlastungen im Stromnetz wären eine mögliche Folge. Wenn die Angreifer die Kontrolle über das System haben, dürfte es auch ein leichtes sein, beispielsweise die Energiezufuhr in U-Bahnen auszuschalten. Doch es könnte auch weitaus gravierendere Folgen haben, so eine entsprechende Studie aus Österreich von 2012: „So könnte etwa ein (klassischer) IT-Angriff (z. B. ein Wurm) zum Totalausfall des Stromnetzes führen.“

Wie wahrscheinlich sind solche Szenarien?

Die Bedrohungslage ist deutlich. Doch existiert diese nur in der Theorie? Grundsätzlich gilt: Je vernetzter ein System ist, beispielsweise eine Stadt, desto größer ist die Zahl potenzieller Angriffsflächen. Bereits 2012 stellte das Innenministerium fest, dass es immer mehr Cyber-Attacken auf Informationsstrukturen gibt, die gleichzeitig zunehmend professioneller durchgeführt werden. „Zwei bis drei Mal pro Woche bekommen wir einen Angriff mit“, schildert Dominik Spannheimer seine Erfahrungen beim Netzbetreiber 50Hertz.

Smart Meter stehen in besonderem Verdacht, anfällig für Angriffe auf sich selbst und das gesamte Stromnetz zu sein. „In verschiedenen Untersuchungen von IT-Experten wurde gezeigt, dass die Sicherheit marktgängiger Smart Meter mit nicht allzu komplexen und relativ verbreiteten Angriffstechniken kompromittiert werden kann“, stellt der Bundestag in seiner Technikfolgenabschätzung fest. Bereits die Kontrolle über wenige Smart Meter reicht aus, so eine Studie, um gefährliche Spannungsspitzen zu verursachen, die letztendlich zum Blackout führen können. Die öffentliche Sicherheit wäre in der Folge gefährdet.

Der Roman „Blackout“ von Marc Elsberg beschrieb vor einigen Jahren genau dieses Szenario. Unter anderem hatten Angreifer Smart Meter manipuliert, um das europäische Stromnetz lahmzulegen. Möglich ist das Szenario, wenn auch nicht sehr wahrscheinlich. Die geschilderte Aneinanderreihung fällt wohl in die Kategorie „One in a Million“. Dennoch werden wir uns in Zukunft auf Stromausfälle einstellen müssen. Auf der Podiumsdiskussion Mitte November über die Netzsicherheit warnt Karsten Pieschke von der PSI AG: Wir dürfen uns bezüglich der Netzsicherheit bloß nicht in falsche Sicherheit wiegen. Die PSI AG bietet Leitsystemsoftware für große Versorgungsnetze. Die Software optimiert und steuert den weitaus größten Teil der Deutschen Strom- und Gasnetze sowie viele Versorgungsnetze in Europa und Asien. Vor allem lokale Blackouts werden häufiger vorkommen, so Pieschke. Intelligente Stromzähler und Netze, merkt Dominik Spannheimer an, machen das Roman-Szenario aber durchaus wahrscheinlicher.

Was kann man dagegen machen?

IT-Systeme sind niemals zu 100 Prozent sicher. Mit dieser ernüchternden Erkenntnis müssen wir heutzutage leben. Dennoch kann man versuchen, die Wahrscheinlichkeit für erfolgreiche Angriffe auf das Stromnetz zu reduzieren. Dazu braucht es effektive Sicherungsmaßnahmen. Der Deutsche Bundestag zieht bisher aber ein kritisches Fazit: Insbesondere „in den Verteilnetzen, in denen die Automatisierung von Prozessen und die Nutzung von IT bisher keineswegs zum Standard gehören, stellt dies vielfach absolutes Neuland dar.“ Problem ist häufig die Finanzierung, da IT-Sicherheit oftmals noch als Kosten, nicht als Zukunftsinvestition gesehen wird. Viele Sicherungsmethoden sind in der Theorie bekannt, werden in der Praxis aber kaum angewandt, da sie entweder zu teuer oder zu komplex sind.

Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) hat einen Mindeststandard für die IT-Sicherheit von Smart Metern entwickelt, der in den Augen vieler ausreichend ist. Sandro Gaycken, Direktor der European School of Management and Technology und Berater für Cyber-Security, ist jedoch skeptisch. Acht bis zehn Jahre brauche es definitiv noch, bis es gute Sicherheitskonzepte gibt. Viele der heutigen Technologien und deren Markt seien noch nicht ausgereift genug.

Wie soll man mit der Bedrohung umgehen?

Praktisch versuche man bei 50Hertz zum Beispiel, Internet und Stromsysteme klar voneinander zu trennen, um Angriffe zu vermeiden. Auch der schlichte physische Schutz von Smart Metern, beispielsweise mit Schlössern, wäre ein Mittel der Sicherung. Regelmäßige Tests der Systeme und Updates sollten vor allem bei den Netzbetreibern und Energieunternehmen selbstverständlich sein. Insgesamt ist es aber trotzdem schwierig, die Sicherheit im Smart Grid zu gewährleisten, da es viele Beteiligte und kaum zentrale Stellen gibt, wodurch die Zahl der Angriffsflächen steigt. Die Offenheit des digitalen Raums hat außerdem zur Folge, dass Angriffe verschleiert und auch fremde Computer für die Attacken missbraucht werden können. Die Möglichkeiten zur Abwehr sowie die Rückverfolgung sind dadurch enorm begrenzt.

Die KRITIS-Strategie des Innenministeriums setzt angesichts der Unvermeidbarkeit solcher Angriffe vor allem auch einen Schwerpunkt auf die Nachsorge. Eine offene Risikokommunikation oder Selbstverpflichtungen oder Selbsthilfe-Fähigkeiten werden von Nöten sein. Das Krisenmanagement muss effizient sein und der Regelbetrieb schnell wiederaufgenommen werden.

Intelligente Stromnetze können niemals zu 100 Prozent sicher sein. Es ist vor allem eine Frage unseres Umgangs mit den möglichen Bedrohungen. Mit einer passenden Vorsorge ist es zumindest möglich, die Wahrscheinlichkeit und Häufigkeit erfolgreicher Angriffe zu verkleinern und ihre Folgen zu minimieren.

Lesen Sie den ersten Teil der Reihe: Eine erfolgreiche Energiewende braucht nicht nur umweltfreundliche Stromquellen, sondern auch geeignete Abnehmer. Hier kommen intelligente Stromzähler ins Spiel. Darauf aufbauende „Smart Grids“ ermöglichen eine effiziente Energienutzung in einem von starken Schwankungen und dezentralisierten erneuerbaren Energien gekennzeichneten System.

Lesen Sie den dritten Teil der Reihe: Nicht nur finanziell sind intelligente Stromzähler kein gutes Geschäft. Auch beim Datenschutz gibt es zahlreiche Bedenken gegen die sogenannten Smart Meter. Verbraucherverbände warnen vor einer „Zwangsdigitalisierung“.

Bild: Nayu Kim, CC BY-SA 2.0

Die Bundesregierung plant eine flächendeckende Versorgung mit intelligenten Stromzählern. Bis 2020 sollen die kleinen Computer in allen Haushalten mit einem Verbrauch über 6.000 Kilowattstunden installiert werden. Für Großverbraucher mit mehr als 10.000 Kilowattstunden Nutzung sind sie sogar schon ab 2017 verpflichtend. Das geschieht auf Grundlage einer EU-Richtlinie (2009/72 EG), wonach 2020 insgesamt 80 Prozent aller Haushalte mit Smart Metern ausgestattet sein sollen. Die Mitgliedsstaaten sollten hierfür Bedarfsprüfungen durchführen, auf deren Grundlage der wirtschaftliche Nutzen von Smart Metern bewertet wird. Die intelligenten Stromzähler werden nur in jenen Haushalten eingebaut, wo die Einsparungen die Kosten des Einbaus und des Betriebs übersteigen.

Das „Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende“ wird im Frühjahr 2016 im Bundestag beraten. Bereits seit 2010 ist der Einbau von intelligenten Messsystemen für Neubauten und nach umfangreichen Renovierungen Vorschrift.

Was sind Smart Meter?

Smart Meter sind digitale intelligente Messgeräte zur Bestimmung des Stromverbrauchs in einem Haushalt oder einem Betrieb. Sie ermöglichen eine wechselseitige Kommunikation zwischen Verbraucher und Versorger. Die bisher üblichen analogen Zähler arbeiteten mittels Aufsummierung des Verbrauchs, während digitale Zähler zu einer zeitgenauen Messung des Strombedarfs verhelfen. Dem Energieunternehmen kann so beispielsweise im 1-, 2-, 15- oder auch 60-Minuten-Takt der Stromverbrauch übermittelt werden.

Ein Smart Meter allein macht aber noch kein intelligentes Messsystem. Das entsteht erst in Kombination mit einem kommunikationstechnischen Modul, dem Smart Meter Gateway. Kommen vereinfacht gesprochen eine Vielzahl von Gateways, entsprechenden Rechenzentren, Steuerungszentralen sowie Energieproduzenten zusammen, spricht man von einem Smart Grid – das intelligente Stromnetz. In ihm werden Angebot und Nachfrage von einer Vielzahl an Akteuren und Technologien auf dem Strommarkt effizient in ein Gesamtsystem integriert.

Welche Vorteile haben Smart Grids?

Durch Smart Grids ergeben sich für die Netzbetreiber einige Vorteile, ohne die die Energiewende wohl kaum möglich wäre. Netzkapazitäten können durch die Verschiebung von Spitzenlastzeiten in lastschwächere Zeiten besser genutzt werden. Im Idealzustand schaltet sich die Waschmaschine um drei Uhr nachts von alleine ein. Zu dieser Zeit sind Stromverbrauch und Preis pro Kilowattstunde gering. Vor allem nach dem Aufstehen, während der Mittagszeit und in den Abendstunden treten in Deutschland wochentags Spitzenlasten auf.

Ohne das intelligente Stromnetz kann die Energiewende in Deutschland nicht gelingen. Solar- und Windenergie sind nicht planbar – mal schiebt sich eine Wolke vor die Sonne, mal kommt ein starker Sturm auf. Im Norden weht der Wind, im Süden gibt es blauen Himmel. Die stark schwankenden erneuerbaren Energien bedeuten großen Stress für das Stromnetz. Smart Grids können auf solche Verschiebungen in der Produktion reagieren und sie klug ausbalancieren. Drohende Überlastungen und Engpässe können deutlich besser erkannt, gegengesteuert und vermieden werden.

Allerdings ergeben sich aus der Verwendung von intelligenten Stromzählern und Smart Grids auch Herausforderungen und Probleme – Cyber-Sicherheit, Datenschutz, Wirtschaftlichkeit, über die wir in den nächsten Wochen berichten werden.

Lesen Sie den zweiten Teil der Reihe: Smart Meter stehen im Verdacht, besonders anfällig für Hacker-Angriffe zu sein. Das hat nicht nur Auswirkungen auf den einzelnen Verbraucher. Im schlimmsten Fall könnten so ganze Stromnetze lahmgelegt werden.

Bild: NASA (gemeinfrei)