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工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全建設(shè)思路

文檔作者：李光朋文檔來源：北京力控華康科技有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月06日
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Column
工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全
北京力控華康科技有限公司李光朋
工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全建設(shè)思路
摘要:隨著我國(guó)兩化融合和“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略的推進(jìn),信息技術(shù)在工業(yè)企
類型控制系統(tǒng)的總稱,包括監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)、
業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中的應(yīng)用越來越廣泛在大幅提升了生產(chǎn)效率的同時(shí),一定分布式控制系統(tǒng)(DCS)和其它控制系統(tǒng)如可編程邏輯控制器
程度上也增加了企業(yè)安全生產(chǎn)管理的難度。由于原本相對(duì)獨(dú)立的工業(yè)控制(PLC),遠(yuǎn)程終端(RTU),智能電子設(shè)備(ED)等,以及確
系統(tǒng)越來越多地與企業(yè)管理網(wǎng)互聯(lián)互通,而企業(yè)的管理網(wǎng)絡(luò)本身又是一個(gè)
保各組件通信的接口技術(shù)。工業(yè)控制系統(tǒng)普遍應(yīng)用在電力、石油
開的絡(luò),這為信息的生產(chǎn)提供了
開放的網(wǎng)絡(luò),這為信息系統(tǒng)的安全威脅向生產(chǎn)系統(tǒng)擴(kuò)散提供了便利條件。
天然氣、自來水和污水處理、化工、交通運(yùn)輸、造紙等行業(yè),是
同傳統(tǒng)的企業(yè)信息系統(tǒng)不同,工業(yè)控制系統(tǒng)的信息安全直接影響到生產(chǎn)安工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施能夠正常運(yùn)作的關(guān)鍵
全。本文對(duì)工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)所面臨的安全威脅進(jìn)行了分析,對(duì)工控系統(tǒng)
最初的工業(yè)控制系統(tǒng)采用專門的硬件和軟件來運(yùn)行專有的控
信息安全建設(shè)的思路進(jìn)行了探討
制協(xié)議,而且由于是孤立的系統(tǒng),不太容易受到外部的攻擊。隨
關(guān)鍵詞:工業(yè)控制系統(tǒng):DCS SCADA;信息安全;縱深防御
著信息技術(shù)的發(fā)展,通用的計(jì)算機(jī)、操作系統(tǒng)(如 Windows)和
網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(TCP/IP)在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用,大大增
加了網(wǎng)絡(luò)安全漏洞和事故出現(xiàn)的可能。另外工業(yè)控制系統(tǒng)也開
1背景
始與企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通,而這些網(wǎng)絡(luò)本身又
2015年7月14日,延續(xù)長(zhǎng)達(dá)12年之久的伊朗核問題取得突破
具備相當(dāng)?shù)拈_放性,甚至存在與互聯(lián)網(wǎng)的接口,這為信息系統(tǒng)的
性進(jìn)展,伊朗與世界六個(gè)主要國(guó)家達(dá)成協(xié)議,同意長(zhǎng)期限制其核安全威向生產(chǎn)系統(tǒng)擴(kuò)散提供了便利條件可以說傳統(tǒng)的T系
活動(dòng),以換取國(guó)際社會(huì)逐步解除對(duì)該國(guó)的多項(xiàng)制裁。這很容易讓
統(tǒng)所面臨的信息安全風(fēng)險(xiǎn),在工業(yè)控制系統(tǒng)中都是存在的,并且
大家聯(lián)想到2010年7月著名的“震網(wǎng)病毒”事件:據(jù)稱是美國(guó)和以
工業(yè)控制系統(tǒng)直接同生產(chǎn)設(shè)備交互,決定了其安全性還存在自己
色列聯(lián)合研發(fā)的 Stuxnet病毒攻擊了伊朗核設(shè)施,導(dǎo)致其濃縮工
的特點(diǎn)?？傮w來說,工業(yè)控制系統(tǒng)的信息安全風(fēng)險(xiǎn)主要來自于以
廠五分之一的離心機(jī)報(bào)廢,從而使得“伊朗核計(jì)劃至少推遲了兩
下幾個(gè)方面
年多”。雖然我們不能將伊朗在核問題上的妥協(xié)直接歸功于“震
(1)通用IT資產(chǎn)的漏洞和脆弱性。在工業(yè)控制系統(tǒng)中,通
網(wǎng)病毒”,但毫無疑問,針對(duì)核心工業(yè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攻擊已經(jīng)成為用T技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用,比如標(biāo)準(zhǔn)的商用操作系統(tǒng)、中間件
有效打擊敵對(duì)國(guó)家的手段,其效果甚至優(yōu)于一場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)
和各種通用軟件、以太網(wǎng)以及 TCPIP協(xié)議等等。因此,通用信息
“震網(wǎng)病毒”事件為之前相對(duì)沉悶的工業(yè)信息安全敲響了
系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)在工業(yè)控制系統(tǒng)中是普遍存在的。另外,由于工業(yè)控
警鐘,開始讓人們關(guān)注工業(yè)控制系統(tǒng)的安全問題。根據(jù)權(quán)威的工制系統(tǒng)只能接受很短的計(jì)劃停機(jī)時(shí)間,往往發(fā)現(xiàn)了漏洞,也沒有
業(yè)安全事件信息庫(kù)RISI的統(tǒng)計(jì),截至到2011年10月,全球已發(fā)生機(jī)會(huì)去對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)或安裝補(bǔ)丁,這就導(dǎo)致了其漏洞和脆性
200余起針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的攻擊事件,最近幾年,諸如 Flame
的嚴(yán)重程度遠(yuǎn)大于一般的IT系統(tǒng)
 Havex Dragonfly等專門針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的滲透和攻擊層出不
(2)來自網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的攻擊和滲透?，F(xiàn)在的工業(yè)控制系統(tǒng)已
窮?？梢哉f,潘多拉的盒子已經(jīng)被打開,原來相對(duì)封閉的工業(yè)控經(jīng)不是個(gè)安全孤島,而是同P、MES系統(tǒng)有著廣泛的交互
制系統(tǒng)再也無法在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代獨(dú)善其身。
這使得從工業(yè)控制系統(tǒng)之外,甚至是互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)動(dòng)攻擊成為可
能?；ヂ?lián)網(wǎng)上廣泛存在的DDoS攻擊、病毒和木馬、網(wǎng)絡(luò)嗅探和滲
2工業(yè)控制系統(tǒng)的信息安全風(fēng)險(xiǎn)分析
透等威脅,對(duì)日益開放的工業(yè)控制系統(tǒng)來說是一個(gè)巨大的威脅。
工業(yè)控制系統(tǒng)(Industrial Control Systems,Cs)是幾種
(3)工業(yè)控制協(xié)議本身的安全缺陷。工業(yè)控制系統(tǒng)中存在比
62
較多的工業(yè)控制協(xié)議如 Modbus、OPC、 PROFIBUS/PROFINET
3風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估先行
dN3iC60870-5-101/104等。絕大多數(shù)工控協(xié)議在設(shè)計(jì)之初,
孫子兵法云:“知己知彼,百戰(zhàn)不殆”。在了解對(duì)手有哪
僅關(guān)注效率實(shí)時(shí)性和可靠性以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求,而忽視了些手段之前,更重要的是要對(duì)自己的情況,尤其是弱點(diǎn)了然于
安全性的需求,缺少諸如認(rèn)證、授權(quán)和加密等安全機(jī)制,這使得胸。在信息安全建設(shè)的過程中,了解自己弱點(diǎn)的過程,就是針
工業(yè)控制協(xié)議更容易遭受第三者的竊聽及欺騙性攻擊。
時(shí)信息資產(chǎn)的脆弱性及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。所謂的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估(Risk
(4)來自第三方運(yùn)維人員的風(fēng)險(xiǎn),即使是在傳統(tǒng)的T領(lǐng) Assessment),就是量化測(cè)評(píng)某一事件或事物帶來的影響或損失
域,第三方運(yùn)維也產(chǎn)生了大量的安全風(fēng)險(xiǎn),在工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi),的可能程度。從信息安全的角度來講,風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是對(duì)信息資產(chǎn)所
這個(gè)問題就更嚴(yán)重了工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)的第三方運(yùn)維體系本身更面臨的威脅、存在的弱點(diǎn)、造成的影響,以及三者綜合作用所帶
復(fù)雜,包括IT設(shè)備運(yùn)維、自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)維、生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)維等;另
來風(fēng)險(xiǎn)的可能性的評(píng)估。信息安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是組織確定信息安全
外,工業(yè)企業(yè)針對(duì)運(yùn)維行為,通常也缺乏足夠的安全管理措施,需求的重要途徑
比如身份認(rèn)證、移動(dòng)介質(zhì)管控、運(yùn)維行為審計(jì)等,這造成了目前
風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估各要素的關(guān)系如圖1所示。方框部分的內(nèi)容為風(fēng)險(xiǎn)
工業(yè)控制系統(tǒng)中運(yùn)維安全難以管控,出現(xiàn)問題難以追溯的局面。評(píng)估的基本要素,橢圓形部分的內(nèi)容是與這些要素相關(guān)的屬性
著名的“震網(wǎng)病毒”就是利用了自動(dòng)化廠商的服務(wù)人員引入的。也是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估要素的一部分企業(yè)的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略是依賴于企業(yè)的資
除了上述風(fēng)險(xiǎn),由于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)很難接受長(zhǎng)時(shí)間的停機(jī),產(chǎn)去完成的,資產(chǎn)的價(jià)值越高,所面臨的風(fēng)險(xiǎn)就越大;而風(fēng)險(xiǎn)是
又導(dǎo)致了傳統(tǒng)的IT安全技術(shù)措施和管理措施很難落地可以說工由于威脅而產(chǎn)生的,威脅則是利用了脆弱性,脆弱性越大,企業(yè)
業(yè)控制系統(tǒng)所面臨的信息安全風(fēng)險(xiǎn)比傳統(tǒng)T系統(tǒng)更復(fù)雜更多面臨的威脅就越大,從而風(fēng)險(xiǎn)也就越大。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)施的過程,
樣、更嚴(yán)峻,防護(hù)能力又更加薄弱甚至缺失,這使得工業(yè)控制系就是對(duì)企業(yè)資產(chǎn)、脆弱性和威脅進(jìn)行識(shí)別,通過安全措施來對(duì)抗
統(tǒng)的安全防護(hù)已經(jīng)成為工業(yè)企業(yè)“兩化融合”建設(shè)中的短板。
威脅,降低風(fēng)險(xiǎn),從而確保資產(chǎn)的安全和企業(yè)業(yè)務(wù)戰(zhàn)略的達(dá)成。
工業(yè)控制系統(tǒng)的信息安全不僅可能造成信息的丟失,還可能
業(yè)務(wù)戰(zhàn)略
造成生產(chǎn)故障、人員損害及設(shè)備損壞,其直接財(cái)產(chǎn)的損失是巨大
依
的,甚至有可能引起環(huán)境問題和社會(huì)問題。也因此,工業(yè)控制系
統(tǒng)的安全也引起了國(guó)家的高度重視,并在政策、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)、方
脆弱性資產(chǎn)有資產(chǎn)價(jià)值
案等方面展開了積極應(yīng)對(duì)。2011年,工業(yè)和信息化部發(fā)布了《關(guān)
未滿地
成
本
于加強(qiáng)工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全管理的通知》,要求在關(guān)系國(guó)計(jì)民
威脅增加風(fēng)險(xiǎn)安全需求
生的重點(diǎn)領(lǐng)域內(nèi),加強(qiáng)對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全的管理。2012年6
抗擊
4
被
月28號(hào)國(guó)務(wù)院《關(guān)于大力推進(jìn)信息化發(fā)展和切實(shí)保障信息安全的
若干意見(國(guó)發(fā)[2012]23號(hào))》中明確要求:保障工業(yè)控制系統(tǒng)
安全事件可能誘發(fā)殘余風(fēng)險(xiǎn)未控制安全措施
安全;重點(diǎn)保障可能危及生命和公共財(cái)產(chǎn)安全的工業(yè)控制系統(tǒng)。
圖1風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估要素關(guān)系模型
在工業(yè)控制系統(tǒng)中實(shí)施信息安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,跟在T系統(tǒng)中的
3工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全建設(shè)思路
做法有區(qū)別,而且往往更加復(fù)雜,這主要體現(xiàn)在:
根據(jù)上述分析,筆者認(rèn)為在工業(yè)企業(yè)推進(jìn)安全規(guī)劃和安全
(1)工業(yè)控制系統(tǒng)的信息安全需求跟傳統(tǒng)IT系統(tǒng)有區(qū)別。
建設(shè)時(shí),既要借鑒通用IT系統(tǒng)信息安全保障的做法,又要充分考信息安全建設(shè)要實(shí)現(xiàn)三個(gè)目標(biāo),即信息的保密性、完整性和可用
慮到工業(yè)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。在安全規(guī)劃階段,首先應(yīng)建立信息安性。在傳統(tǒng)T系統(tǒng)中,通常將保密性放在首位,完整性次之,而
全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估機(jī)制,對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行系統(tǒng)、全面分可用性則放在最后。而在工業(yè)控制系統(tǒng)中,這三個(gè)目標(biāo)的優(yōu)先級(jí)
析在安全方案設(shè)計(jì)階段,可以借鑒傳統(tǒng)IT系統(tǒng)安全分區(qū)和縱深順序則正好相反。工業(yè)控制系統(tǒng)首先要考慮的是生產(chǎn)實(shí)時(shí)性和業(yè)
防御的成熟做法,選擇適合工業(yè)控制系統(tǒng)的安全技術(shù)和產(chǎn)品;但務(wù)連續(xù)性,因此對(duì)控制系統(tǒng)本身的可用性最為關(guān)注,其次才是信
不論在哪個(gè)階段,都要充分考慮工業(yè)控制系統(tǒng)的特殊性,堅(jiān)持功息的完整性,保密性的實(shí)現(xiàn)通常是放在最后。在對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)
能安全和信息安全相結(jié)合的原則,保障生產(chǎn)任務(wù)的不間斷運(yùn)行。進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí),相關(guān)威脅、風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
總結(jié)來說,就是“風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估先行,安全分區(qū)奠基;功能安全結(jié)
(2)工業(yè)控制系統(tǒng)面臨的威脅和脆弱性更復(fù)雜。正如之前
合,縱深防御完善”,下面進(jìn)行詳細(xì)闡述。
的分析,傳統(tǒng)的T系統(tǒng)所面臨的信息安全風(fēng)險(xiǎn),在工業(yè)控制系統(tǒng)
63
工
 Column
工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全
中都是存在的;而工業(yè)控制系統(tǒng)還存在它獨(dú)特的風(fēng)險(xiǎn)利用工業(yè)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)根據(jù)不同安全域的安全等級(jí)要求,明確各區(qū)域的防護(hù)
應(yīng)用程序、工業(yè)控制協(xié)議和工業(yè)控制設(shè)備存在的漏洞,結(jié)合傳統(tǒng)重點(diǎn),可以將有限的安全設(shè)備投人到最需要保護(hù)的資產(chǎn),提高安
的操作系統(tǒng)漏、TCP/IP協(xié)議漏洞,攻擊者可以構(gòu)建更加隱蔽的全設(shè)備利用率。
攻擊通道,這對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方案的設(shè)計(jì)提出了極高的要求。
如圖2所示,IEC62443系列標(biāo)準(zhǔn)是由Ic/tc65/wg與isa
(3)工業(yè)控制系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)施環(huán)境復(fù)雜工業(yè)控制系99共同制定的適用于工業(yè)自動(dòng)化和控制領(lǐng)域的權(quán)威安全標(biāo)準(zhǔn),其
統(tǒng)內(nèi)的信息安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需要考慮工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,不能影中EC62443-3在防護(hù)策略中引入了區(qū)域和管道的方法,這實(shí)際上
響正常的工業(yè)生產(chǎn)舉例來說,傳統(tǒng)的IT安全評(píng)估中常用的漏洞就是安全域的劃分:通過橫向分區(qū),縱向分域,對(duì)控制系統(tǒng)的各
掃描,就可能會(huì)對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響,因此只能個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行分段管理區(qū)域之間的通信靠專用管道執(zhí)行,通過
在非常特定的時(shí)間進(jìn)行操作由于很多評(píng)估操作無法在實(shí)際環(huán)境
對(duì)管道的管理來阻擋區(qū)域之間的非法通信,保護(hù)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域和其中
中進(jìn)行,甚至可能需要借助仿真環(huán)境、實(shí)驗(yàn)床環(huán)境來模擬進(jìn)行
的設(shè)備
干指
目前用于指導(dǎo)信息安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法較多,大多數(shù)評(píng)估
 Enterprise
方法都是“自下而上”的,即從計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施開始,過于強(qiáng)調(diào)技 Network
術(shù)點(diǎn),而很少考慮組織的任務(wù)和業(yè)務(wù)目標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)工業(yè)
控制系統(tǒng)的特點(diǎn),可采用 OCTAVE(Operationally Critical Threat
 Assert, Vulnerability Evaluation可操作的關(guān)鍵威脅、資產(chǎn)和薄弱點(diǎn)
評(píng)估方法)方法來指導(dǎo)工業(yè)企業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。 OCTAVE是美
國(guó)卡耐基梅隆大學(xué)軟件工程研究所下屬的CERT協(xié)調(diào)中心的研發(fā)
成果,用以定義一種系統(tǒng)的、組織范圍內(nèi)的評(píng)估信息安全風(fēng)險(xiǎn)的
方法。 OCTAVE方法著眼于組織本身并識(shí)別出組織所需要保護(hù)的
對(duì)象,明確它為什么存在風(fēng)險(xiǎn),然后開發(fā)出技術(shù)和實(shí)踐相結(jié)合的
解決方案。
 OCTAVE方法強(qiáng)調(diào)組織的參與,分析小組由本組織內(nèi)部的人
員組成,并且領(lǐng)導(dǎo)整個(gè)評(píng)估活動(dòng)。分析小組必須由來自不同學(xué)科
的人員組成,包括來自業(yè)務(wù)部門和信息技術(shù)部門的不同人員。右
工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域,采用 OCTAVE方法的優(yōu)勢(shì)在于:
(1)熟悉工業(yè)生產(chǎn)工藝流程、自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)的人
員協(xié)同工作,有利于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作的開展,并制定出符合工業(yè)控
圖2IEC62443中的安全分區(qū)和管道通信
制系統(tǒng)實(shí)際情況的安全策略
在國(guó)內(nèi)的工業(yè)控制領(lǐng)域,基于安全域理念的防護(hù)體系也已經(jīng)
(2)調(diào)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)工作人員參與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,更有利于提升大家很成熟,這其中典型代表就是電力二次系統(tǒng)的安全防護(hù)體系。原
的信息安全意識(shí)和安全生產(chǎn)意識(shí),鞏固評(píng)估成果。
電監(jiān)會(huì)頒布的《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》中提出,電力二次
3.2安全分區(qū)奠基
系統(tǒng)安全防護(hù)工作應(yīng)該堅(jiān)持安全分區(qū)、專網(wǎng)專用、橫向隔離、縱
安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估完成之后,就可以根據(jù)評(píng)估結(jié)果制定工業(yè)控向認(rèn)證的原則,保障電力監(jiān)控系統(tǒng)和電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的安全,
制系統(tǒng)的安全解決方案。對(duì)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全分區(qū)或者安全域劃如圖3所示
分是常用的信息安全手段,也是企業(yè)建立縱深防御安全體系的基
在安全劃分中,常用的安全技術(shù)包括防火墻、UTM、網(wǎng)
礎(chǔ)。安全域指同一系統(tǒng)內(nèi)有相同的安全保護(hù)需求相互信任,并閘等,但這些通用的安全技術(shù)無法針對(duì)工業(yè)控制協(xié)議進(jìn)行深度
子網(wǎng)成
具有相同的安全訪問控制和邊界控制策略的子網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò),且相同檢測(cè),比如對(duì) Modbus,OPC、DNP3等協(xié)議字段級(jí)別的識(shí)別和防
的網(wǎng)絡(luò)安全域共享一樣的安全策略。通俗來說,安全域是指具有護(hù)在工業(yè)控制系統(tǒng)中,還需采用支持工業(yè)控制協(xié)議的專用安全
相同業(yè)務(wù)要求和安全要求的IT系統(tǒng)要素的集合。通過網(wǎng)絡(luò)安全域產(chǎn)品來彌補(bǔ)通用安全技術(shù)的不足,實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)邊界的完全保護(hù)
的劃分,可以把復(fù)雜的大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全問題轉(zhuǎn)化為較小區(qū)域的
作為國(guó)內(nèi)最早推出專業(yè)工控安全產(chǎn)品和安全服務(wù)的廠商,力
更為單純的安全保護(hù)問題,從而更好地控制網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn),降低
控華康的工業(yè)防火墻和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)網(wǎng)關(guān)是目前比較成熟的
64
生事故的最后一道防線?！罢鹁W(wǎng)病毒”就是典型的在破壞了信息
安全區(qū)
安全
安全之后又破壞功能安全的案例?！罢鹁W(wǎng)病毒”在侵入伊朗的鈾
管理區(qū)
濃縮工廠后,最主要的動(dòng)作是控制離心機(jī)的轉(zhuǎn)速,通過提高其轉(zhuǎn)
速而達(dá)到破壞離心機(jī)的效果。但是在離心機(jī)的轉(zhuǎn)速不正常的情況
就起作
下,控制系統(tǒng)的“安全執(zhí)行系統(tǒng)”就會(huì)起作用,強(qiáng)制停止離心機(jī)
生產(chǎn)
的運(yùn)轉(zhuǎn),這樣伊朗的技術(shù)人員就能夠迅速的發(fā)現(xiàn)異常。只有“安
”
全執(zhí)行系統(tǒng)”也被破壞或屏蔽,“震網(wǎng)病毒”才能夠隨意控制離
心機(jī)的轉(zhuǎn)速,達(dá)到大面積破壞的目的?！罢鹁W(wǎng)病毒”成功控制了
伊朗工廠的“安全執(zhí)行系統(tǒng)”,通過發(fā)送偽造的傳感器數(shù)據(jù)來掩
安區(qū)1
安全區(qū)
安全
實(shí)時(shí)控制
(生產(chǎn)管理區(qū))
(管信區(qū))
蓋其攻擊行為,使得破壞可以不被發(fā)現(xiàn)地持續(xù)進(jìn)行。
國(guó)際電工協(xié)會(huì)制定的IEC61508標(biāo)準(zhǔn):《電氣、電子、可編程
電子安全系統(tǒng)的功能安全》規(guī)范了滿足安全相關(guān)系統(tǒng)功能安全的
圖3電力二次系統(tǒng)的安全分區(qū)防護(hù)基本要求和規(guī)則,在EC61508基礎(chǔ)之上,IEC又制訂了一系列的
工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)邊界防護(hù)產(chǎn)品,在鋼鐵冶金、石油化工電力、市標(biāo)準(zhǔn),其中IEC61511《過程工業(yè)安全儀表系統(tǒng)的功能安全》是關(guān)
政等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
于過程工業(yè)系統(tǒng)功能安全的主要國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),可用于實(shí)際工作中功
力控華康HC-ISG工業(yè)防火墻是國(guó)內(nèi)首款專門應(yīng)用于工業(yè)控能安全相關(guān)操作的指引
制安全領(lǐng)域的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的防火墻產(chǎn)品,能有效針對(duì) SCADA
“安全執(zhí)行系統(tǒng)”是確保工業(yè)控制系統(tǒng)安全的重要一環(huán)。
DCS,PLC、RtU提供安全保護(hù)HC-IS支持對(duì)常見工業(yè)控制協(xié)同工業(yè)控制系統(tǒng)一樣,現(xiàn)在的“安全執(zhí)行系統(tǒng)也離不開信息技
議的識(shí)別,過濾和深度防御,可以對(duì)工業(yè)協(xié)議內(nèi)部的指令、寄存術(shù),例如出于安全監(jiān)控等目的,安全儀表系統(tǒng)經(jīng)常通過 TCPIP協(xié)
器等信息進(jìn)行檢查,防止應(yīng)用層協(xié)議被改或破壞,保證工業(yè)協(xié)議同其他系統(tǒng)連接,增加了被攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。信息安全和功能安全
議通訊的可控性和準(zhǔn)確性。
相結(jié)合,一方面指綜合采用信息安全措施和功能安全措施來確保
力控華康PSL工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)網(wǎng)關(guān)是一款安全隔離產(chǎn)品工業(yè)控制系統(tǒng)的安全,另一方面,也要采用信息安全措施來保護(hù)
用于解決工業(yè)控制系統(tǒng)接入信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)的安全問題PSL安全功能安全的“安全執(zhí)行系統(tǒng)”。在工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施信息安全
防護(hù)網(wǎng)關(guān)采用“2+1”的安全隔離技術(shù)架構(gòu),阻斷網(wǎng)絡(luò)間直接的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,不僅要評(píng)估控制系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn),還要評(píng)估“安全執(zhí)
p/ip接,通過專有協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)OPC、 Modbus等業(yè)控制協(xié)議行系統(tǒng)”的安全風(fēng)險(xiǎn),識(shí)別信息安全風(fēng)險(xiǎn)可能對(duì)功能安全帶來的
的封裝和安全的數(shù)據(jù)傳輸。
影響;在工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施信息安全策略,不僅要保護(hù)控制系
33功能安全結(jié)合
統(tǒng)本身,還要保護(hù)控制系統(tǒng)的“安全執(zhí)行系統(tǒng)”,否則“行百里
工業(yè)控制領(lǐng)域的安全可分為三類,即功能安全(Function者半九”,容易出現(xiàn)安全短板
 Safety)、物理安全(Physical Safety)和信息安全(Information
3.4縱深防御完善
 Security)所謂的功能安全,是指工業(yè)控制系統(tǒng)中的控制器、執(zhí)
在T系統(tǒng)的信息安全保障體系中,縱深防御是比較常見的一
行器出現(xiàn)失效或故障時(shí),系統(tǒng)仍能保持安全條件或進(jìn)入到一種安種安全保護(hù)模型?？v深防御是指綜合利用安全分區(qū)、邊界保護(hù)、
全狀態(tài),緊急停車防止事故發(fā)生。功能安全系統(tǒng)包括安全儀表系威脅檢測(cè)、安全審計(jì)等多種安全手段,層層制定安全防護(hù)策略
統(tǒng)(s)、工業(yè)控制軟件的功能安全部分等(對(duì)于確保功能安全確保核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的信息安全
的系統(tǒng),我們?cè)谙挛慕y(tǒng)稱為“安全執(zhí)行系統(tǒng)”),物理安全是減
工業(yè)控制系統(tǒng)很早就借鑒了T系統(tǒng)信息安全建設(shè)的思路。早
少由于點(diǎn)擊、著火、輻射、機(jī)械危險(xiǎn)、化學(xué)危險(xiǎn)等因素造成的危在2009年,美國(guó)國(guó)土安全部發(fā)布了《利用縱深防御策略提升工業(yè)
害。這三方面的安全不是孤立而是相輔相成的物理安全出現(xiàn)問控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全性》指導(dǎo)文件,用于指導(dǎo)美國(guó)國(guó)內(nèi)重要基礎(chǔ)
題會(huì)影響到信息安全,信息安全出現(xiàn)問題也會(huì)影響到功能安全。設(shè)施和流程工業(yè)企業(yè)的工業(yè)控制系統(tǒng)安全實(shí)踐圖4是采用縱深防
由于工業(yè)控制系統(tǒng)的特殊性,黑客攻擊的最終目標(biāo)往往并不御體系的工業(yè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在這份指導(dǎo)性文件中,將工
是竊取信息,而是對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行破壞,甚至制造惡性事故。這業(yè)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的保護(hù)區(qū)域,并將控制系統(tǒng)中對(duì)外提供
種情況下,“安全執(zhí)行系統(tǒng)”是否能夠正常運(yùn)行就成為確保不發(fā)服務(wù)的設(shè)施進(jìn)一步劃分出不同的Mz區(qū),對(duì)DMZ區(qū)的所有訪問,
165
工
 Column
工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全
施是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,經(jīng)典安全理論中的防護(hù)技術(shù)(Protection)、檢
測(cè)技術(shù)(Detection)和響應(yīng)手段(Response)缺一不可。防護(hù)技
術(shù)(比如防火墻)提供一定時(shí)間的安全緩沖,而通過檢測(cè)手段和
響應(yīng)措施,可以彌補(bǔ)防護(hù)技術(shù)的不足。典型的檢測(cè)手段包括:漏
洞掃描和修補(bǔ)、人侵檢測(cè)、日志分析、網(wǎng)絡(luò)行為審計(jì)、安全事件
管理等。
(3)需要建立安全管理策略和規(guī)范。安全是“三分技術(shù)、
七分管理”,一個(gè)完整的縱深防御體系,不能缺少安全管理和規(guī)
范的內(nèi)容。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,只有20%的數(shù)據(jù)破是公司外部
威脅導(dǎo)致,而80%的安全威脅是來自公司內(nèi)部的,其中包括操作
 Safety
失誤、故意破壞和知識(shí)缺乏等,針對(duì)這樣的問題,企業(yè)內(nèi)部信息
安全通報(bào)和響應(yīng)機(jī)制的建立、針對(duì)員工安全意識(shí)的培訓(xùn)、制定工
控系統(tǒng)安全操作規(guī)范等,都是行之有效的措施。
圖4采用了縱深防御體系的工業(yè)控制系統(tǒng)(美國(guó)國(guó)土安全部)
4總結(jié)
利用IT防火墻和PLC/現(xiàn)場(chǎng)級(jí)工業(yè)防火墻來提供足夠強(qiáng)度的安全防
隨著以太網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛,
護(hù),不允許繞過防火墻進(jìn)行操作;并進(jìn)一步通過部署入侵檢測(cè)系
工業(yè)控制系統(tǒng)所面臨的信息安全風(fēng)險(xiǎn)也越來越突出。信息安全保
統(tǒng)(D)、安全事件管理(SEM)來提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)威脅的識(shí)別和
障體系的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程,尤其是考慮到在工業(yè)控制
告警,以彌補(bǔ)單純防護(hù)手段的不足。
系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)需要面對(duì)方方面面的問題。本文在分析工業(yè)控制系
2010年“震網(wǎng)病毒”事件之后,工業(yè)控制系統(tǒng)的安全性問題統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)及現(xiàn)有解決方案的基礎(chǔ)上,提出了“風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估先行
開始為大眾所關(guān)注,各大控制系統(tǒng)廠商、工控安全廠商也紛紛推
安全分區(qū)奠基;功能安全結(jié)合,縱深防御完善”的工控信息安全
出了自己的安全解決方案。比如西門子提出的基于縱深防御理念建設(shè)思路。目前該思路已經(jīng)在一些項(xiàng)目中得到應(yīng)用,并取得了良
的工業(yè)控制系統(tǒng)保護(hù)模型,通過部署多層次的、具有不同針對(duì)性
好的效果。
的安全措施,來確保關(guān)鍵的工業(yè)自動(dòng)化控制過程與應(yīng)用的安全
同時(shí),其針對(duì)整個(gè)工業(yè)信息安全的防護(hù)體系也分為工廠安全、工
參考文獻(xiàn):
 [I] IEC 62443 Industrial co
廠I安全和訪問控制多個(gè)層級(jí),層層保護(hù),縱深加強(qiáng)。
 security(DRAFT[S].
在縱深防御的理念已經(jīng)成為業(yè)界主流的情況下,對(duì)“縱深e61 08 Functional safety of electrical
的不同理解成為防護(hù)是否有效的關(guān)鍵在筆者看來,在工業(yè)控制
 safety related systems[$.
 [3] IEC 61511 Functional safety safety instrumented systems for the process
系統(tǒng)內(nèi)真正有效的縱深防御體系應(yīng)該具備以下特點(diǎn):
 industry sector[S].
(1)對(duì)“癥”下藥而非生搬硬套。工業(yè)控制系統(tǒng)的使用場(chǎng)【4彭瑜過程工業(yè)控制系統(tǒng)及其軟件的功能安全自動(dòng)化博覽2010
景有別于傳統(tǒng)IT系統(tǒng),不能將傳統(tǒng)IT安全的一套照搬過來。比如
27(12)
 [5] Recommended Practice: Improving Industrial Control Systems Cybersecurity
在邊界防護(hù)中,需要考慮工業(yè)控制系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求,選擇有 with Defense-I-in- Depth Strategies Department of Homeland Security
足夠性能支撐的防火墻。而在使用DS來進(jìn)行威脅偵測(cè)時(shí),如果.s2009
使用人員不具備對(duì)安全事件的分析和識(shí)別能力,那么DS繁的6盧折安全無止境解析工控系統(tǒng)中的功能安全與信息安全中國(guó)儀器
儀表,2013(2):29-32
事件上報(bào)將會(huì)是一種災(zāi)難。必須針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的使用環(huán)境,
調(diào)整并優(yōu)化安全策略,使各種安全技術(shù)能夠真正有效地發(fā)揮作
用
作者簡(jiǎn)介
(2)防護(hù)、檢測(cè)技術(shù)和響應(yīng)手段相結(jié)合,針對(duì)工業(yè)控制系
李光朋(1979-),男,漢族,山東濰坊人,碩士?，F(xiàn)就職于北
統(tǒng)中的攻擊一般都是高級(jí)可持續(xù)性威脅(APT),潛伏周期長(zhǎng),
京力控華康科技有限公司,任市場(chǎng)部經(jīng)理,主要從事工業(yè)控制
攻擊手段復(fù)雜。針對(duì)這種類型的威脅和攻擊,采用單純的防御措
系統(tǒng)信息安全的研究和推廣工作。
66

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