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    1　工業(yè)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
   
    工業(yè)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)應(yīng)該說可以歸納為以下三個(gè)方面，多、雜、高、難。如圖1所示。
 

圖1　工業(yè)控制系統(tǒng)特點(diǎn)

    為什么說第一個(gè)特點(diǎn)是“多”呢？實(shí)際上“多”包含了很多方面。第一，設(shè)備數(shù)量多。眾所周知，我們現(xiàn)在任何一個(gè)企業(yè)中所應(yīng)用到的工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量都很多。比如一個(gè)中型冶金企業(yè)的工業(yè)控制系統(tǒng)數(shù)量可以達(dá)到上千個(gè)，又比如一個(gè)汽車企業(yè)中應(yīng)用的工業(yè)控制系統(tǒng)數(shù)量也可以達(dá)到數(shù)百個(gè)。所以，可想而知，數(shù)量達(dá)到成百上千的工業(yè)控制系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)企業(yè)的運(yùn)營產(chǎn)生著重要的作用，如果這些工業(yè)控制系統(tǒng)的安全受到威脅，那將會(huì)對(duì)企業(yè)的正常生產(chǎn)運(yùn)營產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果。第二，產(chǎn)品供應(yīng)商多。

    目前國內(nèi)很多企業(yè)的工控系統(tǒng)都會(huì)涉及多家產(chǎn)品供應(yīng)商的產(chǎn)品，每一個(gè)品牌又有很多個(gè)產(chǎn)品系列，每個(gè)產(chǎn)品系列帶來的風(fēng)險(xiǎn)和信息安全隱患完全不同，這就導(dǎo)致應(yīng)用的信息安全防護(hù)方案完全不同，為工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全整改帶來很大的難度。除此之兩種策略、三級(jí)防御 助力企業(yè)提升信息安全水平外，我們還看到工業(yè)控制系統(tǒng)的通訊協(xié)議有很多，雖然每種協(xié)議都是通用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，但實(shí)際上每家廠商支持的以太網(wǎng)協(xié)議都不一樣，而所有通用協(xié)議都沒有任何信息安全防護(hù)功能。因此，如果一個(gè)企業(yè)內(nèi)部采用多個(gè)廠家的通訊協(xié)議，對(duì)于為所有產(chǎn)品做防護(hù)是很難的。另外為了將來維護(hù)方便，每一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)里都開放了很多以太網(wǎng)服務(wù)，而這些以太網(wǎng)服務(wù)也會(huì)為企業(yè)帶來信息安全的風(fēng)險(xiǎn)。最后，不同的工業(yè)行業(yè)，目前對(duì)于工控系統(tǒng)選型、應(yīng)用等要求都不同，導(dǎo)致不同行業(yè)的信息安全防護(hù)方案可能有很大差異。

    工業(yè)控制系統(tǒng)的第二個(gè)特點(diǎn)就是“雜”。第一是指以太網(wǎng)服務(wù)“雜”，這一點(diǎn)在前文已經(jīng)提過，由于供應(yīng)商多導(dǎo)致產(chǎn)品多，所以企業(yè)內(nèi)工控系統(tǒng)的協(xié)議類型非常雜。第二是指區(qū)域分布廣。舉一個(gè)簡單的例子，眾所周知石化行業(yè)有很多的管線，如天然氣、原油、成品油等管線。目前最長的西氣東輸?shù)墓芫€，全長4000多公里，大概應(yīng)用了約200余套PLC及RTU產(chǎn)品。第三，就是通訊類型雜。比如分布很廣的石油管線、市政管網(wǎng)，大量采用通用的通訊方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，將來一旦引發(fā)信息安全問題，可能會(huì)導(dǎo)致整條管線的運(yùn)營產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

    工業(yè)控制系統(tǒng)的第三個(gè)特點(diǎn)就是“高”。對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的要求有“三高”——實(shí)時(shí)性高、可靠性高、可用性高。對(duì)于信息系統(tǒng)而言，要求的最高級(jí)別是機(jī)密性，而對(duì)于工業(yè)控制系統(tǒng)而言，最高級(jí)則是可用性。由此可知，信息系統(tǒng)的信息安全和工業(yè)控制系統(tǒng)的信息安全其實(shí)完全不同，簡單的將信息系統(tǒng)的信息安全要求和解決方案直接套用在工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全要求上顯然是不合適的。

    正是由于工控系統(tǒng)具備上述“多、雜、高”三個(gè)特點(diǎn)，同時(shí)又不能在線對(duì)工控系統(tǒng)進(jìn)行信息安全評(píng)測(cè)，因此，設(shè)計(jì)一套適合于工控系統(tǒng)的信息安全整體防護(hù)方案非常難。

    這里有一點(diǎn)需要強(qiáng)調(diào)，很多人認(rèn)為工業(yè)控制系統(tǒng)之所以面臨著信息安全的問題，主要就是因?yàn)樗捎昧舜罅康耐ㄓ靡蕴W(wǎng)協(xié)議。甚至有人認(rèn)為，如果沒有兩化融合，沒有物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0，工業(yè)控制系統(tǒng)就不會(huì)存在信息安全的風(fēng)險(xiǎn)。其實(shí)不然，工業(yè)控制系統(tǒng)中除了存在通用以太網(wǎng)協(xié)議外，還大量存在著控制設(shè)備、通訊組件、應(yīng)用軟件、操作系統(tǒng)等四類設(shè)備或資產(chǎn)，而這些設(shè)備或資產(chǎn)本身也會(huì)存在信息安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患，從而導(dǎo)致整個(gè)工控系統(tǒng)存在信息安全風(fēng)險(xiǎn)或隱患，震網(wǎng)病毒事件就是一個(gè)很好的例子，雖然核電廠里的控制系統(tǒng)與其辦公自動(dòng)化系統(tǒng)和信息系統(tǒng)是隔離的，但是事實(shí)證明，還是依然存在信息安全的隱患。

    2　信息安全現(xiàn)狀

    在與一些企業(yè)接觸的過程中，發(fā)現(xiàn)他們對(duì)于工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全整改和提升有著很多疑問，比如“我的控制系統(tǒng)已經(jīng)與外網(wǎng)進(jìn)行隔離，是否還需要防御？”、“整個(gè)企業(yè)運(yùn)行的系統(tǒng)沒有受到任何影響，那我是不是不需要防護(hù)了？”、“信息安全防御方案太多，如何選擇？”、“企業(yè)投入是否太大？”、 “沒有專業(yè)技術(shù)人員，如何維護(hù)？”等等。

    由此可見，很多人在提到工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全的問題時(shí)，首先想到的只是“去防”，或者有了問題，就針對(duì)這個(gè)問題來解決諸如此類的思路。但其實(shí)我們更應(yīng)該提升主動(dòng)防御和全面防御的理念，而不只是被動(dòng)地防御，被動(dòng)地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

    3　信息安全的風(fēng)險(xiǎn)

    事實(shí)上，信息安全的風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)隱藏在你的系統(tǒng)里，有可能潛伏很多年也不會(huì)被發(fā)現(xiàn)。那么什么是信息安全的風(fēng)險(xiǎn)呢？主要由兩部分組成。第一是信息安全發(fā)生入侵以后對(duì)企業(yè)產(chǎn)生的危害有多大，第二個(gè)就是企業(yè)存在這種被入侵的可能性有多大。

    風(fēng)險(xiǎn)= 危害程度 × 發(fā)生頻率 （1）所以對(duì)于企業(yè)來說，雖然信息安全問題還沒有發(fā)生，并不代表就不存在這方面的風(fēng)險(xiǎn)，一旦發(fā)生入侵或攻擊，對(duì)企業(yè)的造成的后果將是重大的。這也就是說為什么現(xiàn)在沒發(fā)生，也要開始做信息安全的整改。

    從（1）中可看出，風(fēng)險(xiǎn)不僅與危害程度有關(guān)，與發(fā)生的頻率也是密切相關(guān)的。所以從信息安全的防護(hù)解決方案來講，實(shí)際上有兩種方案。第一種是減少工控系統(tǒng)本身可能存在著的風(fēng)險(xiǎn)和隱患引發(fā)的失效概率，第二種就是降低控制系統(tǒng)受到攻擊以后可能對(duì)企業(yè)產(chǎn)生的危害程度。

    4　常見的信息安全解決方案

    目前，多數(shù)安全服務(wù)供應(yīng)商的解決方案是“自上而下”的，側(cè)重于管理級(jí)、系統(tǒng)級(jí)安全功能的強(qiáng)化。但這種模式有四點(diǎn)缺陷。

    首先，優(yōu)先實(shí)現(xiàn)管理級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的安全功能，對(duì)于絕大多數(shù)此前沒有相應(yīng)的軟硬件設(shè)備準(zhǔn)備的工業(yè)企業(yè)來說，意味著需要投入大量的成本來進(jìn)行從無到有的建設(shè)，其間投入的人力物力也會(huì)比較多。

    其次，對(duì)于本身存在信息安全缺陷的工控設(shè)備來說，“自上而下”的防護(hù)只是一些外圍措施，并沒有從根源上消除信息安全的隱患，相關(guān)工控設(shè)備實(shí)際上還是處在“帶病上崗”的狀態(tài)下。

    其三，工業(yè)企業(yè)內(nèi)部涉及的工控設(shè)備類型很多、數(shù)量很大，完全依靠管理級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的防護(hù)很難保證照顧到每一臺(tái)單體設(shè)備，而如果顧此失彼，也稱不上真正實(shí)現(xiàn)了安全保障。最后，每個(gè)工業(yè)企業(yè)使用的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的類型和數(shù)量都不一樣，這決定了管理級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的信息安全解決方案，其定制化、私有化程度將是非常高的，一套方案即使在集團(tuán)企業(yè)旗下的各個(gè)分公司中間也無法推廣，更不要說在某個(gè)行業(yè)，甚至整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中推廣了。這種可復(fù)制性差的缺陷同樣意味著成本將居高不下，尤其是對(duì)于大型的集團(tuán)性企業(yè)來說，每個(gè)下屬單位的方案都要獨(dú)立定制，投入壓力之大顯然是難以接受的。

    5　施耐德電氣的信息安全解決方案

    而施耐德電氣的工業(yè)信息安全解決方案之所以不同，就在于施耐德電氣主張采取“自下而上”的防護(hù)策略，更加側(cè)重設(shè)備級(jí)防御、輔以系統(tǒng)級(jí)和管理級(jí)的三級(jí)防御體系，也就是說從設(shè)備級(jí)的防護(hù)入手來構(gòu)建工業(yè)信息安全系統(tǒng)。

    工控設(shè)備的停運(yùn)、損壞導(dǎo)致生產(chǎn)活動(dòng)中斷無疑是工業(yè)企業(yè)最為憂心的信息安全事故，那么如何防止這種情況的發(fā)生呢？施耐德電氣給出的答案是，讓關(guān)注的焦點(diǎn)回歸到工業(yè)信息安全威脅的“靶心”，即工控設(shè)備本身上來，設(shè)法提升工控產(chǎn)品自身的信息安全防護(hù)能力，從根源上消除工控產(chǎn)品的信息安全漏洞。具體的做法是，在不影響工控設(shè)備功能與性能的前提下，將信息安全的功能集成到每一個(gè)單體設(shè)備上。對(duì)于工業(yè)企業(yè)來說，實(shí)現(xiàn)了這種設(shè)備級(jí)的信息安全防護(hù)，意味著已經(jīng)獲得了完整的多層次工業(yè)信息安全防護(hù)中最核心的部分功能；此后根據(jù)自身情況，在具備了相應(yīng)的條件和能力時(shí)，逐步完善系統(tǒng)級(jí)、管理級(jí)的輔助策略即可。這種“自下而上”的模式，初期因?yàn)椴恍枰~外采購軟硬件設(shè)備，因此需要的投入少，工業(yè)企業(yè)只需要針對(duì)自身使用的工控設(shè)備進(jìn)行建設(shè)，實(shí)施的難度也不高，對(duì)工業(yè)企業(yè)內(nèi)部的技術(shù)人員的能力要求也不高。

    （1）設(shè)備級(jí)防御方案

    對(duì)于工業(yè)控制系統(tǒng)而言，主要涉及四類設(shè)備——控制設(shè)備、通訊組件、應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)。這四類設(shè)備都各自存在著信息安全的風(fēng)險(xiǎn)和漏洞，最終會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)存在信息安全的風(fēng)險(xiǎn)。那么我們?nèi)绾螌?duì)設(shè)備級(jí)進(jìn)行防護(hù)呢？施耐德電氣提倡增加每一個(gè)單體設(shè)備的信息安全防護(hù)能力，當(dāng)這些小設(shè)備放到一起組成一個(gè)大系統(tǒng)的時(shí)候，這個(gè)大系統(tǒng)就具備了信息安全防護(hù)的最基本的能力。

    從2013年初起，施耐德電氣提供給客戶的所有工控產(chǎn)品都已經(jīng)具備了信息安全的功能，工業(yè)企業(yè)使用這樣的工控產(chǎn)品，不必依賴其它的保護(hù)措施就已經(jīng)獲得了符合國際國內(nèi)相關(guān)法規(guī)要求的、過硬的信息安全保障。最近，施耐德電氣全球首款ePAC產(chǎn)品——莫迪康M580(Modicon M580)通過了中國電力科學(xué)研究院的信息技術(shù)產(chǎn)品安全性檢測(cè)，這是繼2012年施耐德電氣莫迪康昆騰PLC產(chǎn)品成功獲得國家權(quán)威信息安全測(cè)評(píng)機(jī)構(gòu)的安全性認(rèn)證之后，旗下的最新PLC產(chǎn)品再次獲得權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。另一方面，對(duì)于此前已經(jīng)在應(yīng)用的工控設(shè)備，施耐德電氣也可提供相應(yīng)的服務(wù)，幫助工業(yè)企業(yè)獲得同等的保障。

    對(duì)于降低信息安全危害發(fā)生的概率，施耐德電氣也有很多的解決方案。比如對(duì)于控制類產(chǎn)品，在控制系統(tǒng)發(fā)生失效后，產(chǎn)品內(nèi)置的故障狀態(tài)預(yù)置功能，可以讓所有受控的設(shè)備全部處于安全狀態(tài)，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生更大規(guī)模的次生災(zāi)害。如果事故發(fā)生了，產(chǎn)品完善的故障診斷、帶電插拔等維護(hù)特性又可以大大縮短系統(tǒng)恢復(fù)的時(shí)間。

    （2）系統(tǒng)級(jí)防御方案

    所有的工業(yè)控制系統(tǒng)都不是獨(dú)立的信息孤島，它們之間會(huì)組成一個(gè)大的系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起。所以我們還需要增強(qiáng)整個(gè)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)的信息安全防護(hù)功能。如施耐德電氣可以提供通訊組件設(shè)備中所需完善的以太網(wǎng)交換機(jī)、防火墻等專門產(chǎn)品，來增強(qiáng)整個(gè)信息安全的系統(tǒng)級(jí)信息安全功能。為了減少信息安全發(fā)生的概率，施耐德電氣也有很多解決方案，從前期的全網(wǎng)絡(luò)評(píng)估，發(fā)現(xiàn)潛在的弱點(diǎn)，到網(wǎng)絡(luò)分隔、邊界保護(hù)、網(wǎng)段分離等。通過修改網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，來減少網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)。

    （3）管理級(jí)防御方案

    市場(chǎng)上有很多安全型的管理軟件，其實(shí)可以將它們分成等級(jí)。最基本的就是監(jiān)控解決方案，它可以完善管理制度，建立完善的IDS/IPS體系和資產(chǎn)管理系統(tǒng)以及監(jiān)控、日志體系，安全策略管理和執(zhí)行功能。更高一級(jí)的就是集成更多防護(hù)功能的防護(hù)解決方案。防護(hù)解決方案中除了有前面提到的所有功能外，還可以做到軟件補(bǔ)丁的自動(dòng)更新。當(dāng)然軟件補(bǔ)丁的自動(dòng)化更新并不是沒有任何驗(yàn)證的自動(dòng)下載，而是完成驗(yàn)證后，再下載。另一個(gè)更為重要的手段就是幫助企業(yè)建立完善的數(shù)據(jù)備份和災(zāi)難恢復(fù)機(jī)制。同時(shí)，這種防護(hù)解決方案可以同時(shí)對(duì)整個(gè)工控系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)部署應(yīng)用安全策略，這就可以完全避免外部人員利用非法設(shè)備接入到工業(yè)控制系統(tǒng)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

    施耐德電氣除了可以提供設(shè)備級(jí)、系統(tǒng)級(jí)和管理級(jí)的防御方案外，還可以提供完善的信息安全服務(wù)。目前，在施耐德電氣的官方網(wǎng)站上，公開了施耐德所有的信息安全解決方案，上面有一些詳細(xì)的信息安全部署方案和完善的手冊(cè)，可以免費(fèi)下載。施耐德電氣對(duì)于信息安全防護(hù)，從前期的評(píng)估，解決方案的設(shè)計(jì)、集成到培訓(xùn)等各個(gè)方面，都可以提供完善的解決方案。

    作者簡介

    王斌（1974-），男，漢，畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)自動(dòng)控制專業(yè)，現(xiàn)任施耐德電氣工業(yè)事業(yè)部工業(yè)信息安全首席專家，曾編寫《Quantum PLC設(shè)備信息安全解決方案操作手冊(cè)》和《Quantum PLC設(shè)備信息安全解決方案簡明手冊(cè)》，被國家電力監(jiān)管委員會(huì)和國家能源局推廣到所有電力企業(yè)。

    摘自 工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全專刊