Motivation

Viel Wissen in Montage, Instandhaltung und Fertigung ist Erfahrungswissen. Es steckt in Handgriffen, in der Werkzeugführung und in situativen Entscheidungen erfahrener Mitarbeitender. Schriftliche Anleitungen erfassen es kaum. Videoaufzeichnungen realer Arbeitsprozesse können dieses implizite Wissen sichern und standort- und sprachübergreifend weitergeben. Gerade vor dem Hintergrund des demografischen Wandels und international verteilter Wertschöpfung wird das immer wichtiger.

Solche Aufnahmen sind jedoch hochsensibel. Gesichter, Stimmen und sogar individuelle Bewegungsabläufe können eine Person identifizierbar machen. Im Beschäftigungskontext gelten dafür besonders strenge datenschutzrechtliche Anforderungen. WISPER verfolgt deshalb das Ziel, aus realen Aufnahmen eine anonymisierte Wissenseinheit zu erzeugen, den sogenannten „Wissensgeist“.

Eine Anonymisierung ist allerdings nur so stark wie der Schutz der Rohdaten vor und während der Verarbeitung. Kann ein Angreifer auf dem System die unverfremdeten Videodaten auslesen, bevor sie anonymisiert werden, ist der Schutz wirkungslos. Rein kryptografische Verfahren wie vollständig homomorphe Verschlüsselung erreichen nach dem aktuellen Stand der Technik noch nicht die Effizienz, die für Videodatenströme nötig ist. Das haben auch eigene Arbeiten des Instituts gezeigt. Hier setzt das Institut für IT-Sicherheit mit hardwarebasierten Sicherheitstechnologien an.

Ziele und Vorgehen

Das Teilvorhaben der Universität zu Lübeck soll die noch nicht anonymisierten Daten gegen mächtige lokale Angreifer schützen. Dazu werden Trusted Execution Environments (TEEs) direkt am Sensor eingesetzt. Die Rohdaten sollen bereits am Entstehungsort in einer abgeschotteten, nachweisbar vertrauenswürdigen Umgebung anonymisiert werden. So verlassen sie das Aufnahmegerät nie unverfremdet. Die Arbeiten gliedern sich in drei Schwerpunkte:

Geschützte Anonymisierung am Sensor. Wir untersuchen und bewerten eingebettete TEE-Lösungen auf Architekturen wie RISC-V und ARM auf ihre Eignung für die Echtzeitverarbeitung von Videodaten. Auf dieser Basis setzen wir eine sicher konfigurierte TEE-Umgebung prototypisch um, bringen die im Verbund entwickelten Anonymisierungsverfahren darin ein und evaluieren Performanz und Sicherheit.

Sichere Ende-zu-Ende-Attestierung. Der Bildsensor wird über vertrauenswürdige Gerätetreiber exklusiv in die TEE eingebunden. Secure Boot und Measured Boot sichern diese Einbindung zusätzlich ab, sodass kein unautorisierter Zugriff auf die Rohdaten möglich ist. Eine Ende-zu-Ende-Attestierung macht Sensortechnik, Systemkonfiguration und Anonymisierungsverfahren gegenüber externen Parteien überprüfbar.

Integration von Hardwarebeschleunigern. Um die hohen Datenraten von Bildsensoren zu bewältigen, integrieren wir eingebettete GPUs bzw. NPUs in die vertrauenswürdige Ausführungsumgebung. Bestehende Ansätze wie NVIDIA nvtrust unterstützen dies nur unvollständig. Wir vergleichen sie deshalb mit alternativen Konzepten und analysieren die sicherheitsbedingten Latenz- und Verarbeitungs-Overheads.

Ergänzend führt das Institut offensive Sicherheitsanalysen durch. Dazu gehört insbesondere die Evaluation der Anonymisierungsprototypen gegenüber Re-Identifikationsangriffen durch einen starken Angreifer mit Hintergrundwissen. In einem eigenen Workshop gehen wir außerdem der Frage nach, wie TEEs und kryptografische Verfahren (Multi-Party Computation, homomorphe Verschlüsselung) helfen können, rechtliche Hürden bei der Verarbeitung personenbezogener Daten in der EU zu überwinden.

Innovationen und Perspektiven

TEEs sind bislang vor allem in Serverumgebungen etabliert. WISPER verlagert den Fokus in Richtung eingebetteter Systeme und IO-Geräte. Ziel ist eine vertrauenswürdige Basis auf jedem Aufnahmegerät, deren Integrität sich nachweisen lässt. Die Sicherheitsziele des Instituts ergänzen die Arbeiten der Verbundpartner: Während ZRD und DGIST untersuchen, was anonymisiert werden muss, stellt die UzL sicher, dass die Anonymisierung vertrauenswürdig und unbeeinflussbar abläuft. Erst beides zusammen ergibt einen umfassenden Schutz der Daten.

Internationaler Ort der Innovation

WISPER wird in der BMFTR-Fördermaßnahme „Internationale Orte der Innovation“ gefördert. Gemeinsam mit dem Saarbrücker Zentrum für Recht und Digitalisierung (ZRD), dem KIST Europe und dem Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) in Südkorea entsteht an der Universität des Saarlandes ein Ort der Innovation. Dort sollen technische, rechtliche und psychologische Perspektiven auf datenschutzkonformen Wissenstransfer zusammengeführt werden. Der Ort soll den deutsch-koreanischen Forschungsaustausch über die Projektlaufzeit hinaus verstetigen