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Foto: RUB, Marquard
Oliver Horst (links) und Max Hoffmann wurden mit dem Eickhoff-Preis ausgezeichnet. Während Max Hoffmann sich mit potenziellen  Hackerangriffen auf Hardware-Komponenten beschäftigt, interessiert sich Oliver Horst für die Welt der Superlegierungen.

Young Professionals

Hackerangriffe auf Hardware und neue Superlegierungen

Gebrüder-Eickhoff-Preis für zwei Doktorarbeiten aus IT- und Werkstoffforschung: Es geht um ungewöhnliche Hackerangriffe und Turbinen aus Superlegierungen.

Für ihre Doktorarbeiten an den Fakultäten Elektrotechnik und Informationstechnik sowie für Maschinenbau der Ruhr-Universität Bochum (RUB) sind Dr. Max Hoffmann, der vor Hackerangriffen warnt, und Dr. Oliver Horst, Experte auf dem Gebiet der Superlegierungen, mit dem Gebrüder-Eickhoff-Preis ausgezeichnet worden. Beide Preisträger nahmen die Ehrung am 18. Juni 2021 am Hauptsitz von Eickhoff in Bochum entgegen.

„Wir freuen uns sehr, dass der Eickhoff-Preis nun bereits zum 33. Mal vergeben wird“, sagt Dr. Ulf Achenbach, Geschäftsführer von Eickhoff. „Als Industrieunternehmen sind Technologie und Forschung besonders wichtig für uns. Wir wissen aus Erfahrung, dass technologischer Fortschritt vor allem dort stattfindet, wo sich Universitäten, Forschungs-einrichtungen und Unternehmen verbinden.“

Hintertürchen in der Hardware – Vorsicht vor Hackerangriffen!

In der modernen, digitalen Welt dreht sich alles um Informationen. Regelmäßig werden Computersysteme durch Viren und Trojaner angegriffen, um Anwender zu erpressen oder ihre Daten zu erbeuten. „Wir alle kennen wahrscheinlich jemanden, der Opfer eines Computervirus geworden ist. Glücklicherweise lassen sich diese meist mit einer geeigneten Software entfernen“, erklärt Max Hoffmann. Was ist nun aber, wenn sich die Hintertür nicht in einer Software, sondern bereits in der Hardware befindet?

In seiner Dissertation hat der Forscher unter anderem untersucht, wie moderne digitale Schaltungen so manipuliert werden können, dass sie nahezu unsichtbare Hintertüren für Angreifer öffnen. Hierzu hat Hoffmann die Problematik von allen Seiten beleuchtet, von neuartigen Tools zur Analyse von digitalen Schaltkreisen über fortschrittliche Techniken zum Verschleiern von Funktionalitäten und kritischer Betrachtung existierender Ansätze bis hin zur gezielten Entwicklung von trojanisierten Schaltungen.

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Foto: RUB, Marquard Max Hoffmann wurde mit dem Eickhoff-Preis 2021 ausgezeichnet.

Seine Ergebnisse zeigen, dass die Detektion solcher Manipulationen eine extreme Herausforderung darstellt – nicht zuletzt, weil der Kreativität eines Angreifers keine Grenzen gesetzt sind. „Glücklicherweise ist die Entwicklung und Implantation von Hardware-Trojanern viel zu teuer und aufwändig für einzelne Hacker“, so Max Hoffmann. „Allerdings haben Akteure entsprechender Größe, wie etwa Geheimdienste, hier ein äußerst gefährliches und erschreckend unerforschtes Werkzeug, das nur höchst selten im Fokus von Sicherheitsanalysen liegt.“ In seiner Dissertation betrachtet er die untersuchten Forschungsfragen daher stets sowohl aus der Sicht eines Angreifers als auch aus der eines Verteidigers.  

Superlegierungen: Einfluss von Zusammensetzung und Mikrostruktur

Gegenstand der Arbeit von Oliver Horst sind Werkstoffe, die vor allem in Gasturbinen und Flugzeugtriebwerken unter sehr hohen Temperaturen und Spannungen zum Einsatz kommen: sogenannte einkristalline Nickelbasis-Superlegierungen. Ihre Herstellung ist mit immensen Kosten verbunden, weswegen eine computergestützte Vorauswahl für neuartige Superlegierungen getroffen wird.

„Das Legierungselement Rhenium erhöht die Kriechfestigkeiten – den Widerstand gegen die Verlängerung des Bauteils bei hohen Temperaturen – zwar sehr, ist aber selten, teuer und hat eine hohe Dichte, weswegen man es gern ersetzen möchte“, erklärt Oliver Horst. Er arbeitet im Sonderforschungsbereich Transregio 103, in dem eine Rhenium-freie Superlegierung entwickelt wurde, die in der Theorie die gleiche Kriechfestigkeit hat wie eine industriell verwendete Legierung mit Rhenium (CMSX-4). Rhenium wurde unter anderem ersetzt durch Wolfram und Molybdän. Die berechneten Eigenschaften hat Horst in seiner Arbeit experimentell validiert. Dabei zeigte sich, dass aufgrund unterschiedlicher chemischer Zusammensetzungen bei gleichen Herstellungsrouten unterschiedliche Ausgangsmikrostrukturen entstehen, die auch einen Einfluss auf die Kriecheigenschaften haben.

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Foto: RUB, Marquard Oliver Horst ist Eickhoff-Preisträger 2021.

Um den Einfluss einzelner Legierungselemente herauszufinden, stellte Oliver Horst zusätzlich zur Rhenium-freien Referenzlegierung zwei Legierungen her, bei denen nur das Legierungselement Molybdän oder Wolfram auf Kosten des Basiselements Nickel variiert wurde. Mithilfe einer eigens entwickelten Methode, die es ermöglicht, ähnliche Ausgangsmikrostrukturen trotz unterschiedlicher Legierungszusammensetzungen einzustellen, gelang es, den isolierten Einfluss der beiden Elemente auf die Kriechfestigkeiten zu untersuchen. So konnte Oliver Horst belegen, dass eine Reduzierung der Legierungselemente Molybdän oder Wolfram die Kriechfestigkeit drastisch reduziert.

Was steckt hinter dem Eickhoff-Preis?

Der Gebrüder-Eickhoff-Preis steht nicht nur für exzellente Forschungsarbeiten, sondern auch für die fruchtbare Verbindung zwischen dem Bochumer Campus und Unternehmen mit lokalen Wurzeln. Die Firma Eickhoff stiftete den Preis 1989 anlässlich ihres 125-jährigen Bestehens und verleiht ihn jährlich für herausragende Dissertationen aus den Bereichen Maschinenbau sowie Elektrotechnik und Informationstechnik.

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