Das unterschätzte Gefahrenpotenzial der Netzwerke

Das unterschätzte Gefahrenpotenzial der Netzwerke

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Die Vernetzung in entwickelten Volkswirtschaften hat sich in den letzten Jahren rasant beschleunigt. Computernetze, Internet, Verkehrsnetze, Telekommunikation, Strom- und Wasserversorgung - alles ist miteinander über Datenkanäle verbunden. Der Ausfall weniger Knotenpunkte kann zum Zusammenbruch ganzer Versorgungssysteme führen.
 
Vor Jahrzehnten funktionierten die meisten Netze relativ eigenständig und unabhängig voneinander. Schäden in einem Netzteil führten kaum zu einem Ausfall des gesamten Systems. Die heutige totale Vernetzung und zentrale Steuerung über Datennetze macht unsere Gesellschaft anfälliger und kann gravierende Folgen nach sich ziehen. Die Stromversorgung, zum Beispiel, liefert die Energie für Computer-Netzwerke, die wiederum die Strom-Versorgung steuern, aber auch die Wasserversorgung, die Kommunikationsnetze, die Verkehrsnetze usw. Alles läuft über Knotenpunkte und Schnittstellen, die alle miteinander irgendwie vernetzt sind und bei einem Ausfall nur weniger solcher Punkte können ganze Netzwerke zusammenbrechen.

Zunehmende Abhängigkeiten

Diese zunehmenden Abhängigkeiten beschäftigen heute weltweit die Forschung. Der US-Physiker Sergey Buldyrev und seine Kollegen haben schon 2010 im Fachmagazin "Nature Phyics" dargelegt, dass zwei miteinander verbundene Netze wie das Computer- und das Stromnetz viel anfälliger sind als beide Netze alleine. Der Wegfall eines Knotens in zwei verbundenen Netzwerken, kann andere Knoten zum Ausfall bringen und im Sinne einer Kettenreaktion zu einem Blackout führen. Als Beispiel führen die Forscher den 12 Stunden dauernden Blackout in Italien im Jahr 2003 an, der infolge solcher Kettenreaktionen entstand.

Räumlich angeordnete Netzwerke sind anfälliger

Sind die Knotenpunkte nur eines von zwei Netzwerken, zum Beispiel aus topografischen oder demografischen Gründen willkürlich, geografisch oder lageorientiert verteilt (z.B. Stromnetz), werden sie im Gegensatz zu Netzwerken mit einer regelmässigen Gitterstruktur und entsprechend vielen miteinander verbundenen Knotenpunkten (z.B. Telekommunikationsnetz), noch viel anfälliger für Totalausfälle. Das hat der israelische Physiker Shlomo Havlin gemeinsam mit Sergey Buldyrev bewiesen.

Zurück zu robusteren Netzen

Wie können robuste Netzwerke entwickelt werden, die auch beim Ausfallen von Knotenpunkten noch weiter funktionieren.Wie Buldyrev ausführt, sind in der Praxis die wenigsten Netze entweder willkürlich (geografisch) oder regelmässig (Gitter) strukturiert. Sie sind meist eine Art Zwischending. Trotzdem ist es angesichts zunehmender Abhängigkeiten wichtig, Schwachstellen der Infrastruktur vermehrt zu suchen und abzusichern - zum Beispiel durch die Ausrüstung wichtiger Rechen- und Kommunikationszentren mit Notstrom-Versorgungen. Die Gefahren von heute sind vielfältig. Sie heissen menschliches Versagen, Naturkatastrophen, Terrorattacken, Hackerangriffe usw. Ein Thema, das immer mehr Beachtung erhalten wird. (mai)