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工業(yè)控制系統(tǒng)安全狀況分析

文檔作者：谷俊濤文檔來源：黑龍江省電子信息產(chǎn)品監(jiān)督檢驗(yàn)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月05日
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機(jī)械工程師
凇ECHANlCAL ENGINEER
工業(yè)控制系統(tǒng)安全狀況分析
谷俊濤
(黑龍江省電子信息產(chǎn)品監(jiān)督檢驗(yàn)院，哈爾濱150090)
摘要：首先介紹了近年來工業(yè)控制系統(tǒng)在重計民生上舉足輕重的作用，在關(guān)鍵工控系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)生惡意攻擊事件將對國
家、社會和經(jīng)濟(jì)的繁榮穩(wěn)定產(chǎn)生巨大的負(fù)面影響。接著介紹工業(yè)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)體系架構(gòu)和安全現(xiàn)狀．通過對工控系統(tǒng)自身
威脅檢測和安全防護(hù)狀況的分析，最后根據(jù)工控系統(tǒng)目前面臨的特殊i青況，提出了針對工業(yè)控制系統(tǒng)加強(qiáng)威脅檢測和安全
防范措施的可行性建議。
關(guān)鍵詞：工控系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)安全：威脅檢測
中圖分類號：TB 1 15 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1002—2333(2016)07—0166—03
0引言
隨著信息化和工業(yè)化的不斷深入交融，工業(yè)控制系
統(tǒng)在眾多行業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施中都得到了廣泛的應(yīng)用，
在電力、能源、化工、生物工程、航天、金融以及智能機(jī)械
等行業(yè)都具有巨大的應(yīng)用空間。而且這些工業(yè)控制系統(tǒng)
越來越多地采用標(biāo)準(zhǔn)、通用的通信協(xié)議及軟硬件系統(tǒng)，甚
至有些工控系統(tǒng)也能以某種方式連接到互聯(lián)網(wǎng)等公共網(wǎng)絡(luò)
中【-1。這使得工業(yè)控制系統(tǒng)也難免面臨木馬、病毒、黑客入
侵、拒絕服務(wù)等傳統(tǒng)的信息安全威脅，而且由于工業(yè)控制
系統(tǒng)多被應(yīng)用在支撐國家安全、國計民生、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等核
心領(lǐng)域，當(dāng)其發(fā)生安全事故后，將對社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶
來重大的損失。
1工業(yè)控制系統(tǒng)的安全狀況
J．J工控系統(tǒng)體系架構(gòu)簡介
工業(yè)控制系統(tǒng)(ICS—Industrial Control System)是由
計算機(jī)設(shè)備與工業(yè)過程控制部件組成的自動控制系統(tǒng)。
國際自動化協(xié)會(ISA)與IEC／TC65／WG在整合后發(fā)布的
IEC 62443{工業(yè)過程測量、控制和自動化網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)信
圖1工業(yè)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)圖
息安全》中給出了工業(yè)控制系統(tǒng)的明確定義，即：“工業(yè)控
制系統(tǒng)是包括制造和加工廠站和設(shè)施、建筑環(huán)境控制系
統(tǒng)、地理位置上具有分散操作性質(zhì)的公共事業(yè)設(shè)施(如電
力、天然氣)、石油生產(chǎn)以及管線等進(jìn)行自動化或遠(yuǎn)程控
制的系統(tǒng)?！?
在一般情況下工業(yè)控制系統(tǒng)所包含的相關(guān)子系統(tǒng)以
滑輪的功能，結(jié)合實(shí)際情況和產(chǎn)品工況，用鏈條代替滑輪
來實(shí)現(xiàn)對膠管的支撐功能，見圖5。
2．5得出方案
把圖5的功能組件模型轉(zhuǎn)化到具體方案中，把膠管換成
耐磨的樹脂膠管，直接由膠管進(jìn)行導(dǎo)向和定位，門架視野得
到明顯改善。從圖6中可以看出，滑輪4取消，膠管5和鏈條3疊
加布置，消除了膠管帶來的有害因素。這樣膠管節(jié)省出約40
圖7 四膠管和鏈條疊加使用實(shí)例
mm的橫向空間，增加
操作者的視野范圍。
3結(jié)語
裁剪方法在該
門架的應(yīng)用，推進(jìn)了
叉車門架在視野分析
上的進(jìn)一步研究，通
過單膠管單鏈條的疊
加，進(jìn)一步應(yīng)用到雙
膠管雙鏈條的疊加，四膠管和鏈條的疊JJu(見圖7)。四膠
管和鏈條的疊加，省去了外掛卷管器，在增加叉車門架視
野的基礎(chǔ)上降低了叉車的制造成本。TRIZ倉J新理論作為
創(chuàng)新方法的一種，為我們進(jìn)行質(zhì)量攻關(guān)、產(chǎn)品改進(jìn)、專利
申報、新產(chǎn)品研發(fā)提供了積極作用，不斷由淺入深地學(xué)習(xí)
創(chuàng)新方法的理論體系，可以開闊我們的思維模式，更加容
易地尋找到解決實(shí)際問題的創(chuàng)新方法，提高產(chǎn)品在市場
上的實(shí)際價值。
[參考文獻(xiàn)]
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作者簡介：鐘繼萍(1963一)，女。高級工程師，從事機(jī)械設(shè)計工作。
收稿日期：2016—02一01
1 66 i 2016年第7期網(wǎng)址：www．jxgcs com電郵：hrbengineer@163 com
萬方數(shù)據(jù)
機(jī)械工程師
MECHANlCAL ENGINEER
及功能組件如圖1所示。
1)遙測遙控系統(tǒng)：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控控制系統(tǒng)
(SCADA)，遠(yuǎn)程測控單元(RTU)，邏輯控制或者程序控制
(PLC)，分布式過程控制系統(tǒng)(DCS)，網(wǎng)絡(luò)電子傳感，監(jiān)視／
控制胗斷系統(tǒng)等。
2)相關(guān)信息系統(tǒng)，如圖形化界面、過程歷史庫、制造
執(zhí)行系統(tǒng)(MEs)以及廠站信息管理系統(tǒng)。
工業(yè)控制系統(tǒng)以自身工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)
代計算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了計算機(jī)系統(tǒng)向工業(yè)自動化控制領(lǐng)
域的延伸和發(fā)展；作為一系列組成元素(組件)的總稱，工
業(yè)控制系統(tǒng)這一稱呼涵蓋了可對工業(yè)流程安全性、可靠
性操作產(chǎn)生影響的一系列硬件和軟件。
J．2工業(yè)控制系統(tǒng)安全現(xiàn)狀
工控系統(tǒng)發(fā)展之初的幾十年，工業(yè)以太網(wǎng)與Intemet
通常是物理隔離的，因此傳統(tǒng)意義上，工業(yè)以太網(wǎng)并未被
納入到網(wǎng)絡(luò)安全和反病毒所考慮的領(lǐng)域。也沒有針對工
業(yè)以太網(wǎng)安全研制的IDS(入侵檢測系統(tǒng))、VDS(網(wǎng)絡(luò)病
毒監(jiān)控系統(tǒng))等在線安全檢測系統(tǒng)。
工業(yè)以太網(wǎng)在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)兼容，攻擊滲透
商用以太網(wǎng)的手段同樣可用于攻擊工業(yè)以太網(wǎng)，那么用
于商業(yè)以太網(wǎng)的IDS等在線安全檢測手段也同樣可用于
工業(yè)以太網(wǎng)，關(guān)鍵是基于工業(yè)以太網(wǎng)和相應(yīng)攻擊滲透手
段的檢測規(guī)則，設(shè)備硬件上并沒有太大的變化。但工業(yè)控
制網(wǎng)絡(luò)并不只包含工業(yè)以太網(wǎng)，現(xiàn)場總線將數(shù)字化通信
從DCS中的工業(yè)以太網(wǎng)下移到了現(xiàn)場儀表[21。每一個現(xiàn)場
儀表，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化通信，現(xiàn)場儀表必須是基于單片機(jī)
和嵌入式系統(tǒng)的智能儀表。每一個現(xiàn)場儀表上都運(yùn)行著
嵌入式軟件。因此，數(shù)字化通信和軟件的下移，將導(dǎo)致攻
擊目標(biāo)下移，傳統(tǒng)針對以太網(wǎng)的攻擊完全有可能發(fā)展成
為針對現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場儀表的攻擊。
工控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急響應(yīng)小組(ICS—CERT)的通訊簡報
顯示，在2014年9月至2015年2月期間，共接到屬于2014財
務(wù)年度的安全事件報告245起。其中32％為能源行業(yè)，27％
為關(guān)鍵制造業(yè)，通信、供水、交通、醫(yī)療和政府設(shè)施各占
5％到6％的比例。約55％的攻擊涉及glJAPT攻擊，出于軍
事偵察、商業(yè)間諜或各種其他原因，分別由內(nèi)部人員、黑
客活動組織和網(wǎng)絡(luò)罪犯發(fā)起，但由于缺乏標(biāo)志性數(shù)據(jù)，許
多起事件的始作俑者仍然未知。
黑客對工業(yè)控制系統(tǒng)的攻擊主要包括ICS／SCADA聯(lián)
網(wǎng)設(shè)備的利用、未授權(quán)訪問、魚叉式釣魚攻擊工、網(wǎng)絡(luò)刺
探、對物理隔絕設(shè)備進(jìn)行惡意軟件感染、水坑攻擊、SQL注
入、系統(tǒng)和設(shè)備零日漏洞的利用等。由于目標(biāo)工業(yè)控制網(wǎng)
絡(luò)缺乏威脅監(jiān)視和檢測能力，許多攻擊的方式和途徑未
知，更無線索可尋。但通過全網(wǎng)的流量監(jiān)控，統(tǒng)計出網(wǎng)絡(luò)
掃描在訪問媒介中占到22％，魚叉式釣魚占到17％。ICS—
CERT通過分析發(fā)現(xiàn)，絕大部分攻擊事件都是第三方機(jī)構(gòu)
或資產(chǎn)所有者和研究人員所提交。因此，可預(yù)判還有許多
入侵行為和安全事件并沒有上報。
工業(yè)控制系統(tǒng)存在的安全問題主要有以下幾個方面：
1)操作系統(tǒng)不能及時更新，易產(chǎn)生安全漏洞。由于當(dāng)
前主流的微軟Windows系統(tǒng)具有成本較低，便于掌握使用
等優(yōu)點(diǎn)，因此大部分的工業(yè)控制系統(tǒng)都選擇使用這一系統(tǒng)
平臺。但是使用該系統(tǒng)也存在一定的問題，為了維護(hù)系統(tǒng)
的穩(wěn)定性和正常的網(wǎng)絡(luò)通信，就需要專門的管理人員對系
統(tǒng)進(jìn)行升級維護(hù)，但目前的工控系統(tǒng)在安裝完成之后幾乎
沒有管理員再對其進(jìn)行管理維護(hù)，這將不可避免地產(chǎn)生各
種各樣的安全漏洞，使得修復(fù)工作變得異常困難。
2)系統(tǒng)的硬件設(shè)施安全l生能較低。這主要體現(xiàn)在工控
系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站以及控制設(shè)備上：現(xiàn)在多數(shù)的現(xiàn)場控制
站都使用兼容機(jī)結(jié)構(gòu)，這比使用服務(wù)器以及工控機(jī)在成本
上便宜很多，但與之對應(yīng)的可靠性就不能得到有效保證。
再者當(dāng)前的控制專用設(shè)備在進(jìn)行設(shè)計的時候忽略了安全
性的問題，一些控制器由于缺乏對進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)包格式
和大小方面的嚴(yán)格檢查，這就為攻擊者向控制器發(fā)送一些
畸形數(shù)據(jù)包提供了可乘之機(jī)，一旦攻擊者發(fā)送成功將會使
工控機(jī)停止工作，造成的損失是非常巨大的。
3)系統(tǒng)抵御計算機(jī)病毒入侵的能力較差。工業(yè)控制
系統(tǒng)的重要作用對系統(tǒng)的可靠性也提出了極高的要求，
一些防病毒的產(chǎn)品在安裝到系統(tǒng)中之前，必須要進(jìn)行嚴(yán)
格的測試，還對這些防病毒產(chǎn)品的功能進(jìn)行了限制，從而
防止因?yàn)橘Y源消耗過多對工控系統(tǒng)的性能造成影響。然
而，現(xiàn)在許多工控系統(tǒng)的管理人員為了方便業(yè)務(wù)，并沒有
在系統(tǒng)中安裝必要的防病毒產(chǎn)品，或者在安裝之后沒有
開啟全病毒庫的掃描模式，造成的后果就是工控系統(tǒng)抵
御計算機(jī)病毒入侵的能力很差。
4)針對系統(tǒng)管理制度上的問題。工控系統(tǒng)安全來自
管理制度上的威脅主要是：現(xiàn)在工控系統(tǒng)的使用方缺乏
移動存儲介質(zhì)在管理方面的規(guī)定，或者缺乏規(guī)定的強(qiáng)硬
制定力度，沒有系統(tǒng)的監(jiān)管手段。尤其是在一些需要進(jìn)行
物理隔離的工控系統(tǒng)中，計算機(jī)病毒的主要傳播媒介就
是移動存儲介質(zhì)，這點(diǎn)可以從伊朗在2010年產(chǎn)生的“震
網(wǎng)”病毒和后來爆發(fā)的“火焰”病毒中得到顯著的體現(xiàn)。信
息技術(shù)的飛速發(fā)展以及企業(yè)自身管理需求的不斷提高，
對工業(yè)控制系統(tǒng)和企業(yè)的管理系統(tǒng)帶來了巨大影響。在
最初的時候，企業(yè)的工控系統(tǒng)和企業(yè)的管理系統(tǒng)是相互
隔離的?，F(xiàn)在由于“兩化融合”，這兩個系統(tǒng)之間可以直接
通信，或者連接到互聯(lián)網(wǎng)。在這個背景下，工控系統(tǒng)受到
的威脅一方面來自企業(yè)的內(nèi)部，另一方面來自于互聯(lián)網(wǎng)。
來自互聯(lián)網(wǎng)的威脅主要體現(xiàn)在：a．紛繁復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
在工業(yè)控制系統(tǒng)中使用的控制通信協(xié)議是多種多樣的，
但在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理時都是采用單一的TCP3P協(xié)議，這就
使得網(wǎng)絡(luò)的管理人員在對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理分配時有很大的
困難。b．不能實(shí)時升級更新的網(wǎng)絡(luò)防護(hù)設(shè)備。在許多的工
控系統(tǒng)中主流的通信協(xié)議是使用微軟開發(fā)的DCOM協(xié)
議，該協(xié)議在進(jìn)行通信時端口號是不固定的，這就使得傳
統(tǒng)意義上的網(wǎng)絡(luò)防護(hù)設(shè)備像防火墻和網(wǎng)閘等不能保證系
統(tǒng)的安全性。c．網(wǎng)絡(luò)攻擊帶來的威脅。在“兩化融合”的推
動作用下，工業(yè)控制系統(tǒng)已經(jīng)可以連接到互聯(lián)網(wǎng)中，這必
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萬方數(shù)據(jù)
機(jī)械工程師
MECHANICAL ENGlNEER
將受到互聯(lián)網(wǎng)中的各種網(wǎng)絡(luò)攻擊[2-'fJ。
2工控系統(tǒng)的安全防護(hù)措施
從市場競爭情況來看，目前國內(nèi)尚未出現(xiàn)市場化的
解決方案及產(chǎn)品，但可看出有兩方面的勢力可進(jìn)入相關(guān)
領(lǐng)域市場。一方面從傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)解決安全問
題，傳統(tǒng)工控系統(tǒng)的供應(yīng)鏈體系大多由上游的器件生產(chǎn)
商、系統(tǒng)供應(yīng)商、工控機(jī)供應(yīng)商等廠商組成，但是其缺乏
信息安全領(lǐng)域的研發(fā)基礎(chǔ)，對信息安全的積累不足。另一
方面通過傳統(tǒng)的信息安全廠商研發(fā)相關(guān)安全產(chǎn)品來解決
工控安全問題，但是傳統(tǒng)的信息安全廠商多以軟件研發(fā)
為其主要核心研發(fā)方向，對硬件的研發(fā)基礎(chǔ)不足，不能很
好地契合工控安全的場景。在短時間內(nèi)仍無法提供穩(wěn)定
高效的安全產(chǎn)品及解決方案。
圖2工控網(wǎng)絡(luò)安全中心部署結(jié)構(gòu)圖
I匪圃匭匭囹圈I I圓圈豳I
l歸納統(tǒng)計J l 桀笙髓
f圈圜圓圈lf囤|f圓圈圜圜1
I 讎璜女睫八分布式控科JI基礎(chǔ)任務(wù)
根據(jù)目前工控系統(tǒng)面臨的情況和現(xiàn)有技術(shù)手段的局
限，可以優(yōu)先研發(fā)建立基于通用協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓I(yè)控
制安全監(jiān)控預(yù)警平臺。通過將多協(xié)議工控總線旁路數(shù)據(jù)
采集探頭部署到各個監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，將采集到的信息傳輸?shù)?
工控總線數(shù)據(jù)融合的狀態(tài)監(jiān)測和安全預(yù)警系統(tǒng)主機(jī)上，
就可以全面監(jiān)控、預(yù)警工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)安全態(tài)
勢。而在遇到較為復(fù)雜和嚴(yán)重的安全事件時，可以通過在
企業(yè)內(nèi)部架設(shè)的工控網(wǎng)絡(luò)私有云平臺將事件進(jìn)行綜合分
析，最終將多路信息匯集到安全管理中心，可以對整個工
控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面布控與管理，并可進(jìn)行安全事故的源頭
追溯及事件還原。當(dāng)出現(xiàn)重大安全事件時，專業(yè)的信息安
全工程師團(tuán)隊(duì)的遠(yuǎn)程云分析直至具有高度機(jī)動性的現(xiàn)場
分析服務(wù)。
本方案主要前端安全設(shè)備產(chǎn)品包括：多協(xié)議工控總
線數(shù)據(jù)采集探頭、工控總線數(shù)據(jù)融合的狀態(tài)監(jiān)測和安全
預(yù)警系統(tǒng)主機(jī)、工控網(wǎng)絡(luò)私有云平臺、安全管理中一E,SOC
等四部分。每個部分均可以根據(jù)用戶不同的實(shí)際安全需
求有針對性地部署在網(wǎng)絡(luò)前端。在一定范圍內(nèi)擴(kuò)容建設(shè)
更大規(guī)模的惡意代碼和信息安全分析中心，用以解決用
戶處的設(shè)備和人員分析能力無法解決的問題。而且本方
案屬于旁路接入，不會影響工控系統(tǒng)本身的實(shí)時、穩(wěn)定等
基礎(chǔ)特性。
針對不同的用戶需求，分別提供不同的解決方案。
1)簡化方案。針對網(wǎng)絡(luò)規(guī)模適中，可以開放一定網(wǎng)絡(luò)
權(quán)限的用戶，可以根據(jù)其主要的安全需求部署單臺網(wǎng)絡(luò)
預(yù)警主機(jī)及探頭設(shè)備，通過后端提供的區(qū)域安全云支撐
體系完成惡意代碼的分析和處置工作。
2)集成方案。針對網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，需要監(jiān)控節(jié)點(diǎn)較多
的大型網(wǎng)絡(luò)用戶，可采用將分布式探針設(shè)備、預(yù)警主機(jī)、
工控網(wǎng)絡(luò)私有云平臺、安全事件管理中心設(shè)備共同部署
在用戶網(wǎng)絡(luò)中，以此實(shí)現(xiàn)對于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時監(jiān)控和本
地化的集中統(tǒng)計管理。同時，用戶的數(shù)據(jù)可以通過SOC反
饋給區(qū)域安全云，獲得更為深入的數(shù)據(jù)分析結(jié)果。
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜拖到y(tǒng)架構(gòu)如圖2～圖3所示。
3結(jié)語
國家的相關(guān)部門高層已經(jīng)注意到了工業(yè)控制系統(tǒng)在
安全性能上的不足以及遭受的攻擊威脅，近兩年網(wǎng)絡(luò)安
全已經(jīng)提升到國家安全戰(zhàn)略的高度，并在政策、標(biāo)準(zhǔn)、技
術(shù)、方案等方面采取了積極的應(yīng)對措施。襲擊工控網(wǎng)絡(luò)的
惡意代碼一旦沾染信息武器的性質(zhì)，就會對重要工控企
業(yè)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾甚至造成不可挽回的損
失，核心工控系統(tǒng)遭受攻擊的背后通常帶有大國競爭與
博弈色彩。工業(yè)控制系統(tǒng)的總體安全狀況不容樂觀。另
外，我國的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，大量采用國外的工控系統(tǒng)
和設(shè)備，因而面臨更嚴(yán)重的安全威脅，提升工控系統(tǒng)威脅
檢測能力和安全防護(hù)質(zhì)量已刻不容緩。
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(編輯啟迪)
作者簡介：谷俊濤(1979一)，男，高級工程師，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)信息安全。
收稿日期：2016—03—12

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