重鋼工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了重鋼工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

0引言

2013年以來，重鋼集團(tuán)作為重慶市的大型重工業(yè)企業(yè)工控信息安全試點(diǎn)，進(jìn)行了積極的探索和實(shí)踐。研究工控系統(tǒng)信息安全問題，制定工控系統(tǒng)信息安全實(shí)施指南，建立重鋼ICS工控信息安全的模擬試驗(yàn)中心，進(jìn)行控制系統(tǒng)信息安全的模擬試驗(yàn)，采取措施提高重鋼控制系統(tǒng)的安全防御能力，以保證重鋼集團(tuán)控制系統(tǒng)的信息安全和安全生產(chǎn)，盡到自己的社會(huì)責(zé)任。

1工控系統(tǒng)信息安全問題的由來

工業(yè)控制系統(tǒng)（industrycontrolsystem，以下簡稱ICS）信息安全問題的核心是通信協(xié)議缺陷問題。工控協(xié)議安全問題可分為兩類：

1.1ICS設(shè)計(jì)時(shí)固有的安全缺失

傳統(tǒng)的ICS采用專用的硬件、軟件和通信協(xié)議，設(shè)計(jì)上注重效率、實(shí)時(shí)性、可靠性，為此放棄了諸如認(rèn)證、授權(quán)和加密等需要附加開銷的安全特征和功能，一般采用封閉式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來保證系統(tǒng)安全。工業(yè)控制網(wǎng)的防護(hù)功能都很弱，幾乎沒有隔離功能。由于ICS的相對封閉性，一直不是網(wǎng)絡(luò)攻防研究關(guān)注的重點(diǎn)。

1.2ICS開放發(fā)展而繼承的安全缺失

目前，幾乎所有的ICS廠商都提出了企業(yè)全自動(dòng)化的解決方案，ICS通信協(xié)議已經(jīng)演化為在通用計(jì)算機(jī)\操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)，并運(yùn)行在工業(yè)以太網(wǎng)上，TCP/IP協(xié)議自身存在的安全問題不可避免地會(huì)影響到相應(yīng)的應(yīng)用層工控協(xié)議。潛在地將這些有漏洞的協(xié)議暴露給攻擊者。隨著工業(yè)信息化及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，企業(yè)自動(dòng)化、信息化聯(lián)網(wǎng)融合，以往相對封閉的ICS逐漸采用通用的通信協(xié)議、硬軟件系統(tǒng)，甚至可以通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)、MES、ERP網(wǎng)絡(luò)連接到企業(yè)OA及互聯(lián)網(wǎng)等公共網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)所面臨的病毒、木馬、入侵攻擊、拒絕服務(wù)等安全威脅也正在向ICS擴(kuò)散。因此在ICS對企業(yè)信息化系統(tǒng)開放，使企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營獲取巨大好處的同時(shí)，也減弱了ICS與外界的隔離，“兩化融合”使ICS信息安全隱患問題日益嚴(yán)峻。

2重鋼ICS信息安全問題的探索

2.1重鋼企業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)

重鋼新區(qū)的建設(shè)是以大幅提升工藝技術(shù)和控制、管理水平，以科技創(chuàng)新和裝備大型化推進(jìn)流程再造為依據(jù)，降本增效、節(jié)能減排為目的來完成的。各主要工藝環(huán)節(jié)、生產(chǎn)線都實(shí)現(xiàn)了全流程智能化管控。依據(jù)“產(chǎn)銷一體化”的思想，重鋼在各產(chǎn)線上集成,實(shí)現(xiàn)“兩化”深度融合，形成了一個(gè)龐大而復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2.2生產(chǎn)管控系統(tǒng)分級

管控系統(tǒng)按控制功能和邏輯分為4級網(wǎng)絡(luò)：L4（企業(yè)資源計(jì)劃ERP）、L3（生產(chǎn)管理級MES）、L2（過程控制級PCS）、L1（基礎(chǔ)自動(dòng)化級BAS）。重鋼新區(qū)L1控制系統(tǒng)有：浙大中控、新華DCS、西門子PLC、GEPLC、MOX、施耐德和羅克威爾控制系統(tǒng)等。各主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)L1獨(dú)立，L2互聯(lián)，L3和ERP是全流程整體構(gòu)建。

2.3重鋼企業(yè)網(wǎng)絡(luò)架

重鋼新區(qū)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)共分為4個(gè)層次：Internet和專線區(qū)，主干網(wǎng)區(qū)域，服務(wù)器區(qū)域，L2/L3通信專網(wǎng)區(qū)。

（1）主干網(wǎng)區(qū)域包括全廠無線覆蓋（用于各網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)的補(bǔ)充接入備用）和辦公終端接入，主干網(wǎng)區(qū)域與Internet和專線區(qū)之間通過防火墻隔離，并部署行為管理系統(tǒng)；

（2）主干網(wǎng)區(qū)域與服務(wù)器區(qū)域之間通過防火墻隔離；

（3）L2與L3之間由布置在L2網(wǎng)絡(luò)的防火墻和L3側(cè)的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)隔離；

（4）L2和L1之間通過L2級主機(jī)雙網(wǎng)卡方式進(jìn)行邏輯隔離，各生產(chǎn)線L2和L1遍布整個(gè)新區(qū)，有多種控制系統(tǒng)。

（5）OA與ERP和MES服務(wù)器之間沒有隔離。在L2以下沒有防火墻，現(xiàn)有的安全措施不能保證ICS的安全。

2.4ICS安全漏洞

經(jīng)過分析討論，我們認(rèn)為重鋼管控系統(tǒng)ICS可能存在以下安全問題：

（1）通信協(xié)議漏洞基于TCP/IP的工業(yè)以太網(wǎng)、PROIBUS,MODBUS等總線通信協(xié)議，L1級與L2級之間通信采用的OPC協(xié)議，都有明顯的安全漏洞。

（2）操作系統(tǒng)漏洞：ICS的HMI上Windows操作系統(tǒng)補(bǔ)丁問題。

（3）安全策略和管理流程問題：安全策略與管理流程、人員信息安全意識(shí)缺乏，移動(dòng)設(shè)備的使用及不嚴(yán)格的訪問控制策略。

（4）殺毒軟件問題：由于殺毒軟件可能查殺ICS的部分軟件，且其病毒庫需要不定期的更新，故此，ICS操作站\工程師站基本未安裝殺毒軟件。

3重鋼工控系統(tǒng)信息安全措施

對重鋼來說，ICS信息安全性研究是一個(gè)新領(lǐng)域，對此，需要重點(diǎn)研究ICS自身的脆弱性（漏洞）情況及系統(tǒng)間通信規(guī)約的安全性問題，對ICS系統(tǒng)進(jìn)行安全測試，同時(shí)制定ICS的設(shè)備安全管理措施。

3.1制定ICS信息安全實(shí)施指南

根據(jù)國際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ISA-99及IT安防等級，重鋼與重慶郵電大學(xué)合作，制定出適合國內(nèi)實(shí)際的《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全實(shí)施指南》（草案）。指南就ICS和IT系統(tǒng)的差異，ICS系統(tǒng)潛在的脆弱性，風(fēng)險(xiǎn)因素，ICS網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)，安全事故緣由，ICS系統(tǒng)安全程序開發(fā)與部署，管理控制，運(yùn)維控制，技術(shù)控制等多方面進(jìn)行具體的規(guī)范，并提出ICS的縱深防御戰(zhàn)略的主要規(guī)則。并提出ICS的縱深防御戰(zhàn)略的主要規(guī)則。ICS的縱深防御戰(zhàn)略：

（1）在ICS從應(yīng)用設(shè)計(jì)開始的整個(gè)生命周期內(nèi)解決安全問題；

（2）實(shí)施多層的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

（3）提供企業(yè)網(wǎng)和ICS的網(wǎng)絡(luò)邏輯隔離；

（4）ICS設(shè)備測試后封鎖未使用過的端口和服務(wù)，確保其不會(huì)影響ICS的運(yùn)行；

（5）限制物理訪問ICS網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備；

（6）限制ICS用戶使用特權(quán)，(權(quán)、責(zé)、人對應(yīng)）；

（7）在ICS網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)分別使用單獨(dú)的身份驗(yàn)證機(jī)制；

（8）使用入侵檢測軟件、防病毒軟件等，實(shí)現(xiàn)防御工控系統(tǒng)中的入侵及破壞；

（9）在工控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通信中使用安全技術(shù)，例如加密技術(shù)；

（10）在安裝ICS之前，利用測試系統(tǒng)測試完所有補(bǔ)丁并盡快部署安全補(bǔ)??；

（11）在工控系統(tǒng)的關(guān)鍵區(qū)域跟蹤和監(jiān)測審計(jì)蹤跡。

3.2建立重鋼ICS信息安全模擬試驗(yàn)中心

由于重鋼新區(qū)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)異常復(fù)雜，要解決信息安全問題，必須對企業(yè)網(wǎng)絡(luò)及ICS進(jìn)行信息安全測試，在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進(jìn)行加固。為避免攻擊等測試手段對正在生產(chǎn)運(yùn)行的系統(tǒng)產(chǎn)生不可控制的惡劣影響，必須建立一個(gè)ICS信息安全的模擬試驗(yàn)中心。為此，采用模擬在線運(yùn)行的重鋼企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的方式，構(gòu)建重鋼ICS信息安全的模擬試驗(yàn)中心。這個(gè)中心也是重鋼電子的軟件開發(fā)模擬平臺(tái)和信息安全攻防演練平臺(tái)。

3.3模擬系統(tǒng)信息安全的測試診斷

重鋼模擬系統(tǒng)安全測試，主要進(jìn)行漏洞檢測和滲透測試，形成ICS安全評估報(bào)告。重鋼ICS安全問題主要集中在安全管理、ICS與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三個(gè)方面，高危漏洞占很大比重。

（1）骨干網(wǎng)作為內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)交換的節(jié)點(diǎn)，抗病毒能力弱、有明顯的攻擊路徑；

（2）生產(chǎn)管理系統(tǒng)中因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、程序設(shè)計(jì)和安全管理等方面的因素，存在諸多高風(fēng)險(xiǎn)安全漏洞；

（3）L1的PLC與監(jiān)控層之間無安全隔離，ICS與L2之間僅有雙網(wǎng)卡邏輯隔離，OA和ERP、MES的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錄]有分級和隔離。對外部攻擊沒有防御手段。雖然各部分ICS(L1）相對獨(dú)立，但整個(gè)系統(tǒng)還是存在諸多不安全風(fēng)險(xiǎn)因素，主要有系統(tǒng)層缺陷、滲透攻擊、緩沖區(qū)溢出、口令破解及接口、企業(yè)網(wǎng)內(nèi)部威脅五個(gè)方面。通過對安全測試結(jié)果進(jìn)行分析，我們認(rèn)為攻擊者最容易采用的攻擊途徑是：現(xiàn)場無線網(wǎng)絡(luò)、辦公網(wǎng)—HMI遠(yuǎn)程網(wǎng)頁—HMI服務(wù)器、U盤或筆記本電腦在ICS接入。病毒最容易侵入地方是：外網(wǎng)、所有操作終端、調(diào)試接入的筆記本電腦。

3.4提高重鋼管控系統(tǒng)安防能力的措施

在原有網(wǎng)絡(luò)安全防御的基礎(chǔ)上根據(jù)ICS信息安全的要求和模擬測試的結(jié)果，我們采取一系列措施來提高重鋼管控系統(tǒng)的措施。

3.5安全管理措施

參照《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全實(shí)施指南》（草案），修訂《重鋼股份公司計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)管理制度》，針對內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)容易出現(xiàn)的安全問題提出具體要求，重點(diǎn)突出網(wǎng)絡(luò)安全接入控制和資源共享規(guī)范；檢查所有ICS操作員\工程師站，封鎖USB口，重新清理所有終端，建立完整的操作權(quán)限和密碼體系。封鎖大部分骨干網(wǎng)區(qū)的無線接入，增加現(xiàn)場無線設(shè)備的加密級別。

3.6系統(tǒng)加固措施

3.6.1互聯(lián)網(wǎng)出口安全防護(hù)第一層：防火墻——在原來配置的防火墻上，清理端口，精確開放內(nèi)部服務(wù)器服務(wù)端口，限制主要網(wǎng)絡(luò)木馬病毒入侵端口通訊；第二層：行為管理系統(tǒng)——對內(nèi)外通訊的流量進(jìn)行整形和帶寬控制，控制互聯(lián)網(wǎng)訪問權(quán)限，減少非法的互聯(lián)網(wǎng)資源訪問，同時(shí)對敏感信息進(jìn)行控制和記錄；第三層：防病毒系統(tǒng)——部署瑞星防毒墻對進(jìn)出內(nèi)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行掃描過濾，查殺占據(jù)絕大部分的HTTP、FTP、SMTP等協(xié)議流量，凈化內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；

3.6.2內(nèi)網(wǎng)（以太網(wǎng)）安全部署企業(yè)版殺毒系統(tǒng)、EAD準(zhǔn)入控制系統(tǒng)(終端安裝)，進(jìn)行交換機(jī)加固，增加DHCP嗅探功能，拒絕非法DHCP服務(wù)器分配IP地址，廣播風(fēng)暴抑制。

3.6.3工業(yè)以太網(wǎng)安全L1級安全隔離應(yīng)考慮ICS的特點(diǎn)：

（1）PLC與監(jiān)控層及過程控制級一般采用OPC通訊，端口不固定。因此，安全隔離設(shè)備應(yīng)能進(jìn)行動(dòng)態(tài)端口監(jiān)控和防御。

（2）工控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性高，要求通信速度快。因此，為保證所處理的流量較少，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)小，實(shí)時(shí)性好，安全隔離設(shè)備應(yīng)布置在被保護(hù)設(shè)備的上游和控制網(wǎng)絡(luò)的邊緣。圖3安全防御技術(shù)措施實(shí)施簡圖經(jīng)過多方比較，現(xiàn)采用數(shù)據(jù)采集隔離平臺(tái)和智能保護(hù)平臺(tái)。在PLC采用終端保護(hù)，在L1監(jiān)控層實(shí)現(xiàn)L1區(qū)域保護(hù)，在PCS與MES、ERP和OA之間形成邊界保護(hù)。接著考慮增加L1外掛監(jiān)測審計(jì)平臺(tái)和漏洞挖掘檢測平臺(tái)。

3.6.4數(shù)據(jù)采集隔離平臺(tái)在L1的OPC服務(wù)器和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫采集站之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)隔離，采用數(shù)據(jù)隔離網(wǎng)關(guān)+綜合管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)：動(dòng)態(tài)端口控制，白名單主動(dòng)防御，實(shí)時(shí)深度解析采集數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)報(bào)警阻斷。

3.6.5智能保護(hù)平臺(tái)快速識(shí)別ICS系統(tǒng)中的非法操作、異常事件及外部攻擊并及時(shí)告警和阻斷非法數(shù)據(jù)包。多重防御機(jī)制：將IP地址與MAC地址綁定，防止內(nèi)部IP地址被非法盜用；白名單防御機(jī)制：對網(wǎng)絡(luò)中所有不符合白名單的安全數(shù)據(jù)和行為特征進(jìn)行阻斷和告警，消除未知漏洞危害；黑名單防御機(jī)制：根據(jù)已知漏洞庫，對網(wǎng)絡(luò)中所有異常數(shù)據(jù)和行為進(jìn)行阻斷和告警，消除已知漏洞危害。邊界保護(hù)：布置在L1邊界，監(jiān)控L1網(wǎng)絡(luò)中的保護(hù)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，配置信息以及安全事件。區(qū)域保護(hù)：布置在L1級ICS內(nèi)部邊界，防御來自工業(yè)以太網(wǎng)以外及ICS內(nèi)部其他區(qū)域的威脅。終端保護(hù)：布置在終端節(jié)點(diǎn)，防御來自外部、內(nèi)部其他區(qū)域及終端的威脅。綜合管理平臺(tái)：通過對所在工控網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的分析，自動(dòng)組合一套規(guī)則與策略的部署方案；可將合適的白名單規(guī)則與漏洞防護(hù)策略下發(fā)部署到不同的智能保護(hù)平臺(tái)。

4結(jié)束語

經(jīng)過多方共同努力，重鋼集團(tuán)現(xiàn)已建成一個(gè)較為完整的企業(yè)信息安全的模擬試驗(yàn)中心；制定出適用于國內(nèi)實(shí)際的有待驗(yàn)證的工控系統(tǒng)信息安全實(shí)施指南；對重鋼工控系統(tǒng)信息安全狀況有了一個(gè)較為清晰的認(rèn)知；通過采取積極的安全防御加固措施，極大的提高整個(gè)企業(yè)ICS安全；也看清了以后的方向。重鋼工控信息安全體系的研究和完善還任重道遠(yuǎn)，我們將繼續(xù)深入研究，為我國的工控信息安全體系的建設(shè)盡微薄之力。

作者：陳開華 單位：重慶鋼鐵集團(tuán)公司電子有限責(zé)任公司