隨著信息技術(shù)在各個行業(yè)越來越深入，我國工控領(lǐng)域的安全可靠性問題日益突出，工控系統(tǒng)的復(fù)雜化、信息化加劇了系統(tǒng)的安全隱患。網(wǎng)絡(luò)安全等級保護是我國網(wǎng)絡(luò)安全保障的基本制度，本文基于網(wǎng)絡(luò)安全等級保護理論對工控系統(tǒng)的安全研究分析，從多個層面進行安全防護，降低安全風(fēng)險，提高工控系統(tǒng)的綜合防護能力。

引言

工業(yè)控制系統(tǒng)安全問題層出不窮，2010年，“震網(wǎng)”病毒入侵伊朗核電站、破壞伊朗核計劃，導(dǎo)致伊朗核電站計劃失敗，至今仍然未能恢復(fù)。2016年12月，黑客利用Industroyer惡意軟件攻擊烏克蘭一所變電站，導(dǎo)致基輔等地區(qū)電力供應(yīng)短暫中斷，這款惡意軟件不需要手動操作，可自動擾亂工業(yè)控制系統(tǒng)的正常運行，對電網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施的安全運行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。2017年5月12日20時左右，全球爆發(fā)大規(guī)模勒索軟件感染事件，波及一百多個國家或地區(qū)，我國石油、交通等涉及國計民生的部分工控系統(tǒng)“中招”，造成嚴(yán)重后果。6月27日晚11時許，勒索病毒“Wanna Cry”變種為“Petrwrap”病毒，在烏克蘭和俄羅斯爆發(fā)，逐漸蔓延到歐洲多國。包括切爾諾貝利核電站在內(nèi)的烏克蘭大量設(shè)施受到影響，烏克蘭Ukrenego電力供應(yīng)商系統(tǒng)也遭中斷。通過這次安全事件，工控系統(tǒng)的安全再次成為關(guān)注的重點。

工業(yè)控制系統(tǒng)（Industrial Control Systems，ICS），是由各種自動化控制組件和實時數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測的過程控制組件共同構(gòu)成。其組件包括數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）、分布式控制系統(tǒng)（DCS）、可編程邏輯控制器（PLC）、遠(yuǎn)程終端（RTU）、智能電子設(shè)備（IED），以及確保各組件通信的接口技術(shù)。工業(yè)控制系統(tǒng)的操作系統(tǒng)、殺毒軟件安裝及升級更新、設(shè)備維修時筆記本電腦的隨便接入、操作行為、控制終端、管理終端、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障等都存在許多潛在的風(fēng)險。

工業(yè)控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于石油、石化、冶金、電力、燃?xì)?、煤礦、煙草以及市政等領(lǐng)域，用于控制關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的運行。這些領(lǐng)域中的工業(yè)控制系統(tǒng)一旦遭到破壞，不僅會影響產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，更會對國家安全造成巨大的損害。網(wǎng)絡(luò)安全等級保護是網(wǎng)絡(luò)安全工作的基本制度、基本國策;是開展網(wǎng)絡(luò)安全工作的基本方法;是信息化健康發(fā)展、維護國家網(wǎng)絡(luò)安全的根本保障，是國家意志的體現(xiàn)，也是目前嚴(yán)峻的安全形勢下，亟待完成的基礎(chǔ)安全防護，本文主要講述在工業(yè)控制系統(tǒng)中如何實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護的相關(guān)要求。

網(wǎng)絡(luò)安全等級保護流程

開展網(wǎng)絡(luò)安全等級保護工作，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域“明確重點、突出重點、保護重點”的目標(biāo)，將有限的財力、物力、人力投入到重要信息系統(tǒng)安全保護中，有效保護基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)和關(guān)系到國家安全、經(jīng)濟建設(shè)、社會穩(wěn)定的重要信息系統(tǒng)的安全。

等級保護的規(guī)定流程為“定級、備案、安全建設(shè)整改、等級測評、監(jiān)督檢查”，如圖1所示。

圖1 等級保護的規(guī)定流程

根據(jù)信息系統(tǒng)在國家安全、經(jīng)濟建設(shè)、社會生活中的重要程度，信息系統(tǒng)遭到破壞后對國家安全、社會秩序、公共利益及公民、法人和其他組織的合法權(quán)益的危害程度，將系統(tǒng)的安全保護等級分成5級（從第1級到第5級逐級增高）。定級后2級以上系統(tǒng)須在公安機關(guān)備案，公安機關(guān)審核合格后頒發(fā)備案證明;各單位各部門根據(jù)系統(tǒng)等級按照國家標(biāo)準(zhǔn)進行安全建設(shè)整改，聘請測評機構(gòu)進行等級測評;公安機關(guān)定期開展監(jiān)督、檢查、指導(dǎo)。

網(wǎng)絡(luò)安全等級保護標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

近年來，云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)和工業(yè)控制等新技術(shù)、新應(yīng)用在國家關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，這4個領(lǐng)域面臨的安全威脅日益嚴(yán)重，原有網(wǎng)絡(luò)安全等級保護標(biāo)準(zhǔn)體系已經(jīng)很難適應(yīng)新技術(shù)、新應(yīng)用的發(fā)展，因此對現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)體系（GB/T 22239《網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護基本要求》）進行了修訂和補充，形成了以下系列標(biāo)準(zhǔn)：

（1）《網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護基本要求第1部分　安全通用要求》;

（2）《網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護基本要求第2部分　云計算安全擴展要求》;

（3）《網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護基本要求第3部分　移動互聯(lián)安全擴展要求》;

（4）《網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護基本要求第4部分　物聯(lián)網(wǎng)安全擴展要求》;

（5）《網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護基本要求第5部分　工業(yè)控制系統(tǒng)安全擴展要求》;

（6）《網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護基本要求第6部分　大數(shù)據(jù)安全擴展要求》。

企業(yè)用戶應(yīng)結(jié)合自身行業(yè)特點和企業(yè)特點，將第1部分和第5部分結(jié)合使用，實現(xiàn)各級技術(shù)要求和管理要求。

工業(yè)控制系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

ICS是由計算機設(shè)備與工業(yè)過程控制部件組成的自動控制系統(tǒng)，從上到下共分為5個層級，依次為企業(yè)資源層、生產(chǎn)管理層、過程監(jiān)控層、現(xiàn)場控制層和現(xiàn)場設(shè)備層，不同層級的實時性要求不同［2］。該層次結(jié)構(gòu)的簡要劃分模型如圖2所示。

圖2 工業(yè)控制系統(tǒng)架構(gòu)

各個層次功能與作用的詳細(xì)介紹如表1所示。

表1 工業(yè)控制系統(tǒng)各個層次功能列表

工業(yè)控制系統(tǒng)中保護的對象

在工業(yè)控制系統(tǒng)中，各個層次由不同的設(shè)備或系統(tǒng)組成，這些設(shè)備或系統(tǒng)就是網(wǎng)絡(luò)安全等級保護中需要保護的對象，如表2所示。

表2 工業(yè)控制系統(tǒng)各個層次中的保護對象

工業(yè)控制系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

對工業(yè)控制系統(tǒng)的軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等的安全性，規(guī)定了需要保護的數(shù)據(jù)、指令、協(xié)議等要素，其具體實現(xiàn)方式、防護手段應(yīng)根據(jù)具體的工業(yè)控制系統(tǒng)品牌、配置、工程實際等具體確定。但應(yīng)保證這些防護措施對系統(tǒng)的正常運行不產(chǎn)生危害或災(zāi)難性的生產(chǎn)停頓，經(jīng)過工業(yè)現(xiàn)場的工程實踐驗證，并獲得用戶認(rèn)可。

工業(yè)控制系統(tǒng)等級保護定義有總體原則、技術(shù)要求和管理要求共三類說明。其中，總體原則是針對工業(yè)控制系統(tǒng)整體提出的安全域保護原則;技術(shù)要求和管理要求是針對不同安全保護等級對工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)該具有的基本安全保護能力提出的安全要求。

6.1　安全域保護原則

根據(jù)工業(yè)控制系統(tǒng)安全域模型的劃分原則，將工業(yè)控制系統(tǒng)劃分為若干安全域，再根據(jù)系統(tǒng)實際情況，對不同的安全域采取不同的安全保護措施。

（1）安全域劃分

在一個工業(yè)大系統(tǒng)或復(fù)雜系統(tǒng)中，對所有組件采取相同等級的安全措施是不實際或不必要的。在不同的實際情況下，資產(chǎn)的安全等級不同，因此提出使用安全域（或受保護的區(qū)域）的概念。

劃分安全域時，應(yīng)綜合考慮資產(chǎn)重要性、資產(chǎn)價值、資產(chǎn)地理位置、系統(tǒng)功能、控制對象、生產(chǎn)廠商及資產(chǎn)被破壞時所造成的損失、社會影響程度等因素，將控制系統(tǒng)進行安全域劃分。

（2）安全域邊界防護

在不影響各安全域工作的前提下，在各安全域邊界處設(shè)置不同的安全隔離設(shè)備，確保各個安全域之間有清楚明晰的邊界設(shè)定。

（3）安全域保護措施

依據(jù)定級對象安全等級，結(jié)合各安全域?qū)嶋H情況，按照等級保護標(biāo)準(zhǔn)中第1級至第4級基本要求，采取不同安全保護措施。

6.2　技術(shù)要求和管理要求

技術(shù)要求和管理要求是保證工業(yè)控制系統(tǒng)安全不可分割的2個部分。技術(shù)要求主要通過在工業(yè)控制系統(tǒng)中部署軟、硬件并正確配置其安全功能來實現(xiàn)。管理要求主要通過控制各種角色的活動，從政策、制度、標(biāo)準(zhǔn)、流程以及記錄等方面做出規(guī)定來實現(xiàn)。

技術(shù)要求分為物理安全、邊界防護、生產(chǎn)管理層安全、過程監(jiān)控層安全、現(xiàn)場控制層安全、現(xiàn)場設(shè)備層安全，其中各層級安全要求又分為網(wǎng)絡(luò)和通信安全、設(shè)備和計算安全、應(yīng)用和數(shù)據(jù)安全。

管理要求主要來自于通用安全要求，分為安全策略和管理制度、安全管理機構(gòu)和人員、安全建設(shè)管理、安全運維管理四大類。

技術(shù)要求和管理要求從各個層面或方面提出了工業(yè)控制系統(tǒng)的每個組件應(yīng)該滿足的安全要求，工業(yè)控制系統(tǒng)具有的整體安全保護能力通過不同組件實現(xiàn)基本安全要求來保證。除了保證系統(tǒng)的每個組件滿足安全要求外，還要考慮組件之間的相互關(guān)系，來保證系統(tǒng)的整體安全保護能力。

以下重點介紹技術(shù)類3級安全要求。

（1）物理環(huán)境安全

物理環(huán)境安全是保護工業(yè)控制系統(tǒng)中物理設(shè)備不受直接破壞，保護的對象主要有機房、辦公場所、重要和關(guān)鍵工業(yè)控制設(shè)備所在的區(qū)域。

對上述區(qū)域的位置選擇、物理訪問控制、防盜竊和防破壞、防雷擊、防火、防水和防潮、防靜電、溫濕度控制、電力供應(yīng)、電磁防護等方面提出要求。為了防止非授權(quán)人員進入重要物理區(qū)域，例如機房，出入口應(yīng)配置電子門禁系統(tǒng)，控制、鑒別和記錄進入的人員。為了防止感應(yīng)雷，通過采取機柜、設(shè)施和設(shè)備等接地系統(tǒng)安全接地來實現(xiàn)防雷擊，還應(yīng)部署防雷保安器或過壓保護裝置。

在工業(yè)控制系統(tǒng)中，對于室外控制設(shè)備也應(yīng)該采取必要的措施進行安全防護，因此，工業(yè)控制系統(tǒng)擴展安全要求中明確規(guī)定了室外控制設(shè)備的安裝位置、安裝方式：①室外控制設(shè)備應(yīng)放置于采用鐵板或其他防火絕緣材料制作的箱體或裝置中;②控制設(shè)備應(yīng)安裝在金屬或其他絕緣板上（非木質(zhì)板），并緊固于箱體或裝置中;③室外控制設(shè)備應(yīng)采取措施避免極端天氣環(huán)境;④室外控制設(shè)備應(yīng)放置于遠(yuǎn)離強電磁干擾和熱源的地方。

（2）網(wǎng)絡(luò)和通信安全

在工業(yè)控制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)邊界安全尤為重要，為了防止從外部網(wǎng)絡(luò)和內(nèi)部非重要網(wǎng)絡(luò)對重要網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的入侵，要求限制和監(jiān)測非授權(quán)設(shè)備私自聯(lián)到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的行為、內(nèi)部用戶非授權(quán)聯(lián)到外部網(wǎng)絡(luò)的行為;對于無線網(wǎng)絡(luò)使用進行嚴(yán)格控制，對所有參與無線通信的用戶（人員和軟件進程）提供唯一性標(biāo)識和身份鑒別，確保無線網(wǎng)絡(luò)通過受控的邊界防護設(shè)備接入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)視和控制區(qū)域邊界通信，默認(rèn)拒絕所有非必要的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流，僅允許例外網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流;邊界防護機制失效時，能阻止所有邊界通信（也稱故障關(guān)閉）并及時進行報警，但故障關(guān)閉功能的設(shè)計不應(yīng)干擾安全相關(guān)功能的運行。

在審計安全中，鑒于工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)備的多樣性和復(fù)雜性，要求應(yīng)能集中管理審計事件并從系統(tǒng)多個組件收集審計記錄。按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)格式輸出審計記錄，用于商業(yè)日志分析工具進行分析。

在訪問控制中，要求網(wǎng)絡(luò)邊界或區(qū)域之間根據(jù)訪問控制策略設(shè)置訪問控制規(guī)則，對進出網(wǎng)絡(luò)的信息內(nèi)容進行過濾，實現(xiàn)對內(nèi)容的訪問控制。

（3）設(shè)備和計算安全

測評對象為工業(yè)控制系統(tǒng)中的設(shè)備，包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備、服務(wù)器、終端、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、控制器、控制單元、記錄裝置、傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、保護裝置等。

要求對上述設(shè)備的遠(yuǎn)程管理、組態(tài)文件下裝等重要操作進行身份鑒別;禁止使用默認(rèn)賬戶和密碼登錄，密碼應(yīng)有復(fù)雜度要求;具有鑒別失敗處理功能;同時，應(yīng)防止身份鑒別信息在傳輸過程中被竊聽。

對于防止惡意代碼，應(yīng)在重要和關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、所有入口和出口處對惡意代碼進行檢測和清除，并對惡意代碼庫進行統(tǒng)一升級和更新;在重要和關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處對垃圾郵件進行檢測和防護，并維護垃圾郵件防護機制的升級和更新。應(yīng)做到對可能造成損害的移動代碼技術(shù)執(zhí)行使用進行限制;采取措施防止、檢測、報告和減輕惡意代碼或未經(jīng)授權(quán)軟件的影響。對重要和關(guān)鍵設(shè)備中重要程序或文件完整性檢測，并在檢測到破壞后進行恢復(fù)。

對工業(yè)控制系統(tǒng)中重要設(shè)備的用戶登錄、操作、行為、資源使用情況等信息應(yīng)保留審計記錄，以便于發(fā)生安全事件時進行分析、跟蹤、追責(zé)。審計記錄應(yīng)包括事件的日期和時間、用戶、事件類型、事件是否成功及其他與審計相關(guān)的信息，并對審計記錄進行保護，按照規(guī)定留存相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)日志不少于六個月。另外，審計記錄產(chǎn)生時的時間應(yīng)由系統(tǒng)范圍內(nèi)唯一確定的時鐘產(chǎn)生，以確保審計分析的正確性。

（4）應(yīng)用系統(tǒng)安全

測評對象為與企業(yè)資源相關(guān)的財務(wù)管理、資產(chǎn)管理、人力管理等系統(tǒng)的軟件和數(shù)據(jù)資產(chǎn)，與生產(chǎn)制造相關(guān)的倉儲管理、先進控制、工藝管理等系統(tǒng)的軟件和數(shù)據(jù)資產(chǎn)，監(jiān)控軟件，控制程序等。

登錄上述應(yīng)用系統(tǒng)時，應(yīng)對登錄的用戶進行身份標(biāo)識和鑒別，鑒別信息具有復(fù)雜度要求并定期更換;啟用登錄失敗處理功能;強制用戶首次登錄時修改初始口令;用戶身份鑒別信息丟失或失效時，應(yīng)采用鑒別信息重置或其他技術(shù)措施保證系統(tǒng)安全;應(yīng)對同一用戶采用2種或2種以上組合的鑒別技術(shù)實現(xiàn)用戶身份鑒別。

上述應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)提供訪問控制功能，對登錄的用戶分配賬號和權(quán)限;重命名系統(tǒng)默認(rèn)賬號或修改這些賬號的默認(rèn)口令;及時刪除或停用多余的、過期的賬號，避免共享賬號的存在;應(yīng)授予不同賬號為完成各自承擔(dān)任務(wù)所需的最小權(quán)限，并在它們之間形成相互制約的關(guān)系。

應(yīng)用系統(tǒng)提供安全審計功能，審計覆蓋到每個用戶，對重要的用戶行為和重要安全事件進行審計;審計信息至少包括事件的日期和時間、主體、客體、類型、結(jié)果等信息。

應(yīng)用系統(tǒng)還應(yīng)該具備軟件容錯能力，提供數(shù)據(jù)有效性檢驗功能，保證通過人機接口輸入或通過通信接口輸入的內(nèi)容符合系統(tǒng)設(shè)定要求;在故障發(fā)生時，應(yīng)能夠繼續(xù)提供一部分功能，確保能夠?qū)嵤┍匾拇胧?應(yīng)提供自動保護功能，當(dāng)故障發(fā)生時自動保護當(dāng)前所有狀態(tài)，保證系統(tǒng)能夠進行恢復(fù)。

（5）數(shù)據(jù)安全

工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)采用校驗碼技術(shù)或加解密技術(shù)保證重要數(shù)據(jù)在傳輸過程或存儲過程的完整性，采用加密或其他保護措施實現(xiàn)系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)、鑒別信息和重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸或存儲的保密性。

對于重要數(shù)據(jù)應(yīng)提供重要數(shù)據(jù)的本地數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)功能，提供異地實時備份功能，利用通信網(wǎng)絡(luò)將重要數(shù)據(jù)實時備份至備份場地，提供重要數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的熱冗余，保證系統(tǒng)的高可用性。

綜上所述，工業(yè)控制系統(tǒng)要達到等級保護的要求，必須從物理環(huán)境安全、網(wǎng)絡(luò)和通信安全、設(shè)備和計算安全、應(yīng)用系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)安全、安全管理等多個層面去落實相關(guān)規(guī)定，定期開展應(yīng)急演練、漏洞掃描修復(fù)、系統(tǒng)安全管理等防護工作，三級工控系統(tǒng)每年進行一次等級測評，對發(fā)現(xiàn)的安全問題及隱患，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護理論進行安全整改加固，消除潛在的安全風(fēng)險，提高工控系統(tǒng)的綜合安全防護能力。

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