摘要：隨著(zhù)工業(yè)信息化進(jìn)程的快速推進(jìn)，信息、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛 的應用。工業(yè)控制系統逐漸打破了以往的封閉性，這使得工業(yè)控制系統也必將面臨黑客入 侵等傳統的信息安全威脅。本文分析了工業(yè)控制系統面臨的安全威脅，以及現有工業(yè)控制 領(lǐng)域安全工作的進(jìn)展，然后提出了我們應對工業(yè)控制系統安全問(wèn)題的解決思路，從根本上發(fā)現并解決工業(yè)控制系統安全問(wèn)題。

   關(guān)鍵詞：工業(yè)控制系統；漏洞

    一 . 工業(yè)控制系統安全威脅 

    隨著(zhù)工業(yè)信息化進(jìn)程的快速推進(jìn)，信息、網(wǎng)絡(luò )以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 在智能電網(wǎng)、智能交通、工業(yè)生產(chǎn)系統等工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應用，極大地提高了企業(yè)的綜合效益。為實(shí)現系統間的協(xié)同和信息分享，工業(yè)控制系統也逐漸打破了以往的封閉性，采用標準、通用的通信協(xié)議及硬軟件系統，甚至有些工業(yè)控制系統也能以某些方式連接到互聯(lián)網(wǎng)等公共網(wǎng)絡(luò )中。

    這使得工業(yè)控制系統也必將面臨病毒、木馬、黑客入侵、拒絕 服務(wù)等傳統的信息安全威脅，而且由于工業(yè)控制系統多被應用在電力、交通、石油化工、核工業(yè)等國家重要行業(yè)中，其安全事故造成 的社會(huì )影響和經(jīng)濟損失會(huì )更為嚴重。出于政治、軍事、經(jīng)濟、信仰 等諸多目的，敵對的國家、勢力以及恐怖犯罪分子都可能把工業(yè)控 制系統作為達成其目的的攻擊目標。

    根據 ICS-CERT（US-CERT 下屬的專(zhuān)門(mén)負責工業(yè)控制系統的 應急響應小組）的統計，自 2011 年以來(lái)，工業(yè)控制系統相關(guān)安全事件數量大幅度上升。雖然針對工業(yè)控制系統的安全事件與互聯(lián)網(wǎng)上的攻擊事件相比，數量少得多，但由于工業(yè)控制系統對于國計民生 的重要性，每一次事件都會(huì )帶來(lái)巨大的影響和危害。


                                                       

    二 . 現有工業(yè)控制領(lǐng)域安全工作進(jìn)展

    工業(yè)控制系統脆弱的安全狀況以及日益嚴重的攻擊威脅，已經(jīng)引起了國家的高度重視，甚至提升到“國家安全戰略”的高度，并在 政策、標準、技術(shù)、方案等方面展開(kāi)了積極應對。在明確重點(diǎn)領(lǐng)域工業(yè)控制系統信息安全管理要求的同時(shí)，國家主管部門(mén)在政策和科研層面上也在積極部署工業(yè)控制系統的安全保障工作。

    自 2013 年以來(lái)，工業(yè)控制系統的安全 問(wèn)題在國內許多信息安全相關(guān)的技術(shù)大會(huì )上 作為重要的研討議題頻繁出現，已成為工業(yè) 控制系統相關(guān)的各行業(yè)以及信息安全領(lǐng)域的 研究機構、廠(chǎng)商所關(guān)注的熱點(diǎn)方向之一。同 時(shí)，國家在政策制訂、技術(shù)標準研制、科研 基金支持、促進(jìn)行業(yè)內合作等方面也在逐步 加大推動(dòng)的力度。其中很多廠(chǎng)商在工業(yè)控制 領(lǐng)域安全工作進(jìn)展也十分明顯。

    2.1 工業(yè)控制系統制造商

    隨著(zhù)工業(yè)控制系統安全問(wèn)題越來(lái)越受關(guān) 注，各個(gè)工業(yè)控制系統制造商也將工業(yè)控制 系統安全工作納入其工作范疇之中。在研發(fā) 制造階段，很多制造商引入安全評估機制， 對其生產(chǎn)的工業(yè)控制設備進(jìn)行安全評估。目 前以西門(mén)子、施耐德、羅克韋爾等為主的國 際大型工業(yè)控制系統制造商都已經(jīng)在積極的 進(jìn)行工業(yè)控制系統安全研究。

    以西門(mén)子為例，西門(mén)子中國研究院成立 了信息安全部，專(zhuān)門(mén)針對工業(yè)控制系統進(jìn)行安全研究工作。西門(mén)子提出了縱深防御的安全理念，將工廠(chǎng)安全、網(wǎng)絡(luò )信息安全、系統完整性統一考慮，形成解決方案。


                                                 
                                                                                 圖 1 西門(mén)子工業(yè)信息安全體系

    但是可以看到，西門(mén)子的工業(yè)信息安全雖然宣稱(chēng)貫穿自動(dòng)化系統所有層級，但主要針對 的是西門(mén)子自身的設備產(chǎn)品，給出了基于訪(fǎng)問(wèn)控制、密碼保護在內的信息安全解決方案。

    施耐德、羅克韋爾的情況與西門(mén)子比較類(lèi)似，均提出了針對自身產(chǎn)品的工業(yè)控制系統信 息安全解決方案。

    從總體上看，先進(jìn)的工業(yè)控制系統制造商都能夠提出自己的工業(yè)控制系統信息安全解決 方案。但是這些制造商做這項工作也有其不足之處 ：各個(gè)廠(chǎng)商需要在 IT 安全領(lǐng)域與各種傳 統 IT 安全廠(chǎng)商合作才可以實(shí)現其信息安全解決方案。而更為關(guān)鍵的 OT 安全領(lǐng)域，這些制 造商僅能夠針對自身產(chǎn)品提供解決方案，無(wú)法提供跨廠(chǎng)商的 OT 安全解決方案。

    2.2 工業(yè)控制安全供應商

    目前也有很多重點(diǎn)在工業(yè)控制安全開(kāi)展工作的廠(chǎng)商，這些廠(chǎng)商主要為工業(yè)控制系統用戶(hù) 提供通用的工業(yè)控制安全產(chǎn)品或服務(wù)。

    提供工業(yè)控制產(chǎn)品的典型廠(chǎng)商如海天煒業(yè)、力控華康等廠(chǎng)商。這些工業(yè)控制安全供應商一般在工業(yè)控制領(lǐng)域都有技術(shù)積累，因此能夠快速推出工業(yè)控制安全設備。但由于這些廠(chǎng)商在信息安全領(lǐng)域的積累不足，所以推出的 安全設備主要為訪(fǎng)問(wèn)控制類(lèi)產(chǎn)品，如工控防火墻、工控隔離網(wǎng)關(guān)等。

                                                

                                                                                  圖 2 Tofino 工業(yè)防火墻

    三 . 工業(yè)控制系統安全治理的治本之道

    3.1 工業(yè)控制系統面臨更加苛刻的安全性要求

    在工業(yè)控制系統中，無(wú)論是一次系統還是二次系統，以及間隔 層還是過(guò)程層，業(yè)務(wù)的連續性、健康性是至關(guān)重要的，尤其是石化、 電力、交通、核工業(yè)、水利等行業(yè)。而工業(yè)控制系統由于其長(cháng)期封閉、 獨立的特性，造成了在安全方面建設的欠缺，不具備更多的容錯處理， 比如異常指令的處理，不具備較大壓力的處理，比如快速數據傳輸、 訪(fǎng)問(wèn)等。在 Gartner 報告中，總結了工業(yè)控制系統安全性相比 IT 環(huán) 境的一些區別性特性 ：

    • 工業(yè)控制系統安全問(wèn)題將直接對物理環(huán)境造成影響，有可能導 致死亡、受傷、環(huán)境破壞和大規模關(guān)鍵業(yè)務(wù)中斷等。

    • 工業(yè)控制系統安全相比 IT 安全有更廣泛的威脅向量，包括安全限制和特有網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的支持。

    • 工業(yè)控制系統安全涉及的系統廠(chǎng)商多，測試和開(kāi)發(fā)環(huán)境多種多樣。

    • 一些工業(yè)控制系統安全環(huán)境面臨預算限制，這是與那些需要嚴格監管的 IT 不同之處。

    • 在傳統的安全性和可用性作為主要安全特性的 IT 行業(yè)，工業(yè) 控制系統行業(yè)還會(huì )關(guān)注對產(chǎn)品質(zhì)量的協(xié)調影響，運營(yíng)資產(chǎn)和下游后 果的安全問(wèn)題。

    3.2 把成熟的 IT 風(fēng)險評估技術(shù)移植到工業(yè)控制系統環(huán)境中

    在面對與 IT 系統不一樣的安全性要求的工業(yè)控制系統時(shí)，如何 把成熟的 IT 風(fēng)險評估技術(shù)移植到工業(yè)控制系統中，成為必須解決的 問(wèn)題。對這些挑戰進(jìn)行小結的話(huà)，可以歸納為兩個(gè)方面 ：一個(gè)是如 何覆蓋多樣的工業(yè)控制系統 ；一個(gè)是如何在評估時(shí)保障業(yè)務(wù)的連續 性和健康性。以下從這兩個(gè)方面分別進(jìn)行探討。

    3.2.1 覆蓋多樣的工業(yè)控制系統 在安全風(fēng)險評估時(shí)，不僅需要對在工業(yè)控制系統中使用的傳統
IT 設備 / 系統，比如操作系統、交換機、路由器、弱口令、FTP 服 務(wù)器、Web 服務(wù)器等，進(jìn)行安全 評估，還需要覆蓋工業(yè)控制系統 中所特有的設備 / 系統，比如 SCADA、DCS、PLC、現場(chǎng)總線(xiàn)等； 同時(shí)，不僅要覆蓋對漏洞的評估，還需要對一些關(guān)鍵系統的配置 進(jìn)行安全性評估 ；在工控協(xié)議的支持上，需要對主流的 Modbus、 P r o f i n e t、 I E C 6 0 8 7 0 - 5 -10 4、 I E C 6 0 8 7 0 - 5 -1、 I E C 6 18 5 0、DNP3 等主 流的工控 協(xié)議 進(jìn)行覆 蓋， 其覆蓋范圍可參見(jiàn)圖 3。


                                                     

                                                                                         圖 3 工控系統評估范圍

    但是，根據 HIS 最近的研究報告“2013 全球工業(yè)以太網(wǎng)和現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)”中的調查 顯示， 從 2011 年到 2016 年， 雖 然 新 增加 網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的總數 量將會(huì ) 增加超 過(guò) 30%，但 是現場(chǎng)總線(xiàn)和以太網(wǎng)產(chǎn)品的混合產(chǎn)品數量將 會(huì ) 基 本 維 持 不 變， 從 23% 到 26% 僅僅 增加 3 個(gè)百分點(diǎn)。 由于技 術(shù)更 新 的成 本、 難度，老式工業(yè)總線(xiàn)很難都 替 換 成支持以太 網(wǎng)的新式總線(xiàn)。因此，需要有一種有效地手 段，可以對基于老式總線(xiàn)工業(yè)控制系統進(jìn)行 漏洞掃描。 我們的解決 思 路 是， 使用一種 有效的基于總線(xiàn)轉換技術(shù)的漏洞掃描技術(shù)， 也就是說(shuō)通過(guò)對老式總線(xiàn)的接入方式的轉 換，例如 RS485 轉換成以太網(wǎng)，使得采用 標 準工控總線(xiàn)協(xié)議的工業(yè)控制系統， 例如PROFIBUS-DP、MODBUS 等，可以通過(guò)以太網(wǎng)的方式進(jìn)行漏洞掃描。這種技術(shù)可以有效地把基于以太網(wǎng)的成熟漏洞掃描技術(shù)引進(jìn)到老式的工業(yè)控制系統中，實(shí)現更全面的安全風(fēng)險 評估。轉換思路可如圖 4 所示。


                                                 

                                                                              圖 4 工業(yè)控制系統總線(xiàn)轉換技術(shù)

    3.2.2 在評估時(shí)保障業(yè)務(wù)的連續性和健康性

    在面對安全性要求更高的工業(yè)控制系統，需要在掃描時(shí)更加安全、可靠，而工業(yè)控制系 統由于長(cháng)期封閉建設的原因，設備 / 系統相比 IT 系統更加的脆弱。因此需要采用“零影響” 的掃描技術(shù)以保障設備的零影響。在解決思路上，如果能把安全掃描融入到正常的業(yè)務(wù)中， 也就是說(shuō)掃描行為與正常的業(yè)務(wù)行為保持一致性，將很好地解決這個(gè)問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)在 IT 系統中多年積累的安全掃描經(jīng)驗，能夠更好地保障業(yè)務(wù)的連續性和健康性。

    3.3 如何進(jìn)行成熟的安全風(fēng)險評估
   
    結合漏洞的生命周期以及漏洞管理流程，可從以下三個(gè)方面進(jìn)行成熟的安全風(fēng)險評估 ：

    3.3.1 可視化的工控風(fēng)險展示

    風(fēng)險“可視化”是進(jìn)行風(fēng)險管控必不可少的特 性?？?學(xué)的風(fēng) 險發(fā)現、風(fēng) 險跟蹤 技術(shù)可以很好地提高整體風(fēng)險控制的水平，可為企業(yè)帶來(lái)更高的效率， 有的甚至可以提高效果。

   我們根據多年的經(jīng)驗積累，采用了更具 實(shí)效性的儀表盤(pán)技術(shù)，從不同的角度展示設 備風(fēng)險及趨勢。

    • 包含資產(chǎn)整體的風(fēng)險值、資產(chǎn)分析趨 勢圖。

    • 包含主機風(fēng)險等級分布、資產(chǎn)風(fēng)險分 布趨勢。

    • 能夠可視化的顯示當前資產(chǎn)的風(fēng)險值 及過(guò)去一段時(shí)間的變化趨勢。

    3.3.2 基于工控資產(chǎn)的漏洞跟蹤 工控系統一般規模大，資產(chǎn)數量、漏洞數量、脆弱性問(wèn)題也很多，匯總成大量的風(fēng) 險數據，會(huì )使安全管理人員疲于應付，又不 能保證對重要資產(chǎn)的及時(shí)修補。

    因此漏洞跟蹤是需要盡量收集工控系統 環(huán)境信息，建立起工控資產(chǎn)關(guān)系列表，系統 基于資產(chǎn)信息進(jìn)行脆弱性?huà)呙韬头治鰣蟾?； 需要從風(fēng)險發(fā)生區域、類(lèi)型、嚴重程度進(jìn)行不同維度的分類(lèi)分析報告，用戶(hù)可以全局掌握安全風(fēng)險，關(guān)注重點(diǎn)區域、重點(diǎn)資產(chǎn)，對 嚴重問(wèn)題優(yōu)先修補。對于需要定位工控資產(chǎn) 安全脆弱性的安全維護人員，通過(guò)直接點(diǎn)擊 儀表盤(pán)風(fēng)險數據，可以逐級定位風(fēng)險，直至 定位到具體主機具體漏洞 ；同時(shí)需要提供了強大的搜索功能，可以根據資產(chǎn)范圍、風(fēng)險程度等條件搜索定位風(fēng)險。

    3.3.3 完善的工控漏洞管理流程 安全管理不只是技術(shù)，更重要的是通過(guò)流程制度對安全脆弱性風(fēng)險進(jìn)行控制，很多 公司制定了安全流程制度，但仍然有安全事 故發(fā)生，人員對流程制度的執行起到關(guān)鍵作 用，如何融入管理流程，并促進(jìn)流程的執行是安全脆弱性管理產(chǎn)品需要解決的問(wèn)題。


                                                    

                                                                                               圖 5 工控漏洞管理流程 

    安全管理流程制度一般包括預警、檢測、分析管理、修補、審計等幾個(gè)環(huán)節，結合安全流程中的預警、檢測、分析管理、審計環(huán)節， 并通過(guò)事件告警督促安全管理人員進(jìn)行風(fēng)險修補。

    四 . 總結

    工業(yè)控制系統安全是近一兩年來(lái)備受各 方關(guān)注的一個(gè)新興安全技術(shù)領(lǐng)域。工業(yè)控制 系統制造商、傳統安全廠(chǎng)商和工控安全廠(chǎng)商 都在這一領(lǐng)域投入力量展開(kāi)研究，希望能夠 給工業(yè)控制系統用戶(hù)提供一個(gè)有效的安全解 決方案。

    目前各類(lèi)通用工業(yè)控制系統安全問(wèn)題解 決思路還是從外圍的訪(fǎng)問(wèn)控制入手，本文給 出一個(gè)從工業(yè)控制系統漏洞管理入手的解決 思路，希望能夠從根本上更好地解決工業(yè)控 制系統安全問(wèn)題。我們也在依照這個(gè)思路開(kāi) 展研發(fā)工作，目前已經(jīng)基本完成了工控漏洞 掃描系統的研發(fā)工作，并且在一些工控環(huán)境 進(jìn)行驗證工作。希望在不久之后，更具針對 性、更有效的工控漏洞掃描系統將會(huì )更好地 在工業(yè)控制系統安全領(lǐng)域發(fā)揮作用。