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Textaufgaben: Internet der Dinge (IoT)

Ein smarter Briefkasten und zwei Angebote für smarte Türschlösser: Bausteine benennen, Datenmengen und Kosten bestimmen und Sicherheitsrisiken abwägen.

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Post ist da!

AFB I–II

Herr Kaya hat einen smarten Briefkasten. Ein Sensor an der Einwurfklappe bemerkt, wenn sie sich öffnet. Ein Mikrocontroller im Briefkasten prüft, ob die Klappe länger als eine Sekunde offen war — nur dann schickt das Funkmodul eine Meldung über das WLAN an den Router im Haus. Von dort gelangt sie an einen Server des Herstellers, der eine Nachricht an die App auf Herrn Kayas Handy schickt.

Zusätzlich sendet der Briefkasten jede Stunde eine kurze Statusmeldung („Batterie ok“). Jede Meldung ist 200 Byte groß. Im Schnitt wird dreimal am Tag Post eingeworfen.

Der Weg einer Meldung
BriefkastenKlappensensorMikrocontrollerFunkmodulRouterim HausServerdes HerstellersAppauf dem HandyWLANInternetInternet
Auch wenn das Handy im selben Haus liegt, nimmt die Meldung diesen Weg.
  1. Geben Sie die Bausteine des Internets der Dinge an, die in dieser Anlage vorkommen, jeweils mit ihrer Aufgabe.
  2. Bestimmen Sie die Datenmenge, die der Briefkasten in einem Monat mit 30 Tagen verschickt.
  3. Begründen Sie, warum Herr Kaya keine Nachricht erhält, wenn der Server des Herstellers ausfällt — auch wenn er zu Hause im selben WLAN sitzt.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Fünf Fachbegriffe passen: drei stecken im Briefkasten, zwei liegen außerhalb. Welcher Baustein ist hier der Router?
Hinweis zu Aufgabe b)
Zählen Sie zuerst die Meldungen pro Tag: Statusmeldungen plus Postmeldungen.
Hinweis zu Aufgabe c)
Verfolgen Sie in der Abbildung, an welcher Stelle die Nachricht an das Handy tatsächlich entsteht.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Sensor (Klappensensor): bemerkt das Öffnen der Klappe. Mikrocontroller: prüft die Öffnungsdauer und entscheidet vor Ort, ob gemeldet wird. Funkmodul: sendet die Meldung per WLAN. Gateway (Router): leitet die Meldung aus dem Heimnetz ins Internet weiter. Cloud (Server des Herstellers): wertet aus und benachrichtigt die App.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Meldungen pro Tag: \(24+3=27\). Pro Tag: \(27\cdot200\text{ Byte}=5400\text{ Byte}\). Pro Monat: \(30\cdot5400\text{ Byte}=162\,000\text{ Byte}=162\text{ kB}\). Der Briefkasten verschickt rund 162 kB im Monat.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Der Briefkasten schickt seine Meldung nie direkt an das Handy, sondern immer über den Router ins Internet zum Server des Herstellers. Erst dieser Server erzeugt die Nachricht an die App. Der Router ist nur das Tor ins Internet, er leitet weiter, wertet aber nichts aus. Fällt der Server aus, endet die Meldung dort — egal, wie nah Handy und Briefkasten beieinander sind. Das zeigt die Abhängigkeit vom Hersteller.

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Neue Schlösser für das Vereinsheim

AFB II–III

Der Sportverein TSV Lindental will fünf Türen seines Vereinsheims mit smarten Schlössern ausstatten. Mitglieder sollen per Handy öffnen können, verlorene Schlüssel und teure Zylindertausche sollen der Vergangenheit angehören. Die Vereinskasse ist knapp. Der Vorstand hat zwei Angebote eingeholt.

Zwei Angebote im Vergleich
MerkmalAngebot AAngebot BPreis pro SchlossBedienungPasswort ab WerkUpdatesUpdate-ZusageZutrittsprotokoll60 €140 €nur über die App unddie Cloud des HerstellersApp über die Cloud oder lokalüber ein Gateway im Vereinsheim„0000“, Ändern istfreiwilligEinrichtung nur mit eigenemPasswort möglichvon Hand installierenautomatisch2 Jahre8 Jahrein der Cloud,12 Monate gespeichertim Gateway vor Ort,3 Monate gespeichert
Angaben aus den Angeboten der beiden Hersteller.
  1. Ermitteln Sie für beide Angebote die Anschaffungskosten für fünf Schlösser und die Kosten pro Jahr, in dem die Schlösser mit Updates versorgt werden.
  2. Werten Sie die Tabelle im Hinblick auf Sicherheitsrisiken und die Abhängigkeit vom Hersteller aus.
  3. Legen Sie sich begründet auf eines der beiden Angebote fest.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Erst den Gesamtpreis bilden, dann durch die Jahre der Update-Zusage teilen.
Hinweis zu Aufgabe b)
Gehen Sie die Zeilen durch und fragen Sie jeweils: Was passiert, wenn ein Angreifer es versucht — und was, wenn der Hersteller seinen Dienst einstellt?
Hinweis zu Aufgabe c)
Berücksichtigen Sie die knappe Vereinskasse, aber auch, dass es um die Türen eines Gebäudes geht. Eine Festlegung ohne Kostenbezug ist unvollständig.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Angebot A: 5 · 60 € = 300 €; pro Update-Jahr 300 € : 2 = 150 €.
Angebot B: 5 · 140 € = 700 €; pro Update-Jahr 700 € : 8 = 87,50 €.
A ist in der Anschaffung 400 € billiger, pro versorgtem Jahr aber deutlich teurer.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Angebot A: Das Standardpasswort „0000“ ist allgemein bekannt; bleibt es stehen, kann jeder die Schlösser übernehmen. Updates von Hand werden leicht vergessen, und nach zwei Jahren bleiben neue Lücken in der Firmware dauerhaft offen. Da die Bedienung nur über die Cloud läuft, lassen sich die Türen bei einem Serverausfall oder dem Ende des Dienstes nicht mehr per Handy öffnen. Das Zutrittsprotokoll — wer wann das Heim betreten hat — sind personenbezogene Daten, die zwölf Monate auf fremden Servern liegen. Angebot B: erzwungenes eigenes Passwort, automatische Updates über acht Jahre, lokale Bedienung als Rückfallebene und kürzere, lokale Speicherung. Auch hier bleibt ein Restrisiko, z. B. wenn das Gateway selbst angegriffen wird.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Naheliegend ist Angebot B: pro Jahr günstiger, deutlich sicherer und weniger abhängig vom Hersteller — bei Türschlössern wiegen Sicherheitslücken und Ausfälle schwer. Eine Festlegung auf A ist nur dann schlüssig, wenn sie die Risiken ausdrücklich behandelt (Passwort sofort ändern, Updates fest einplanen, Austausch nach zwei Jahren einrechnen) und mit der knappen Kasse begründet wird. Vollständig: eindeutige Festlegung mit mindestens drei Kriterien, darunter Kosten und Sicherheit.