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    馬玉敏（1971－）
女，江蘇省丹陽市人，同濟大學(xué)CIMS研究中心博士，研究方向為網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、數(shù)字化制造技術(shù)。

6.1   網(wǎng)絡(luò)中的安全性

    信息安全、網(wǎng)絡(luò)可用性和可靠的通信是確保一個公司商業(yè)成功的三個主要特征。針對自動化網(wǎng)絡(luò)的攻擊，或者從互聯(lián)網(wǎng)對自動化網(wǎng)絡(luò)未經(jīng)授權(quán)的接入嘗試，自動化系統(tǒng)的管理員都應(yīng)該給予高度警惕。除此之外，在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中由公司職員或外部服務(wù)人員造成的有意或無意的安全威脅，同樣威脅到自動化生產(chǎn)過程。信息、生產(chǎn)過程以及操作過程的安全比以往任何時候都更為重要。

    安全并非是一個靜態(tài)過程，而是一個動態(tài)過程。在這個過程中，很難對“虛擬”風險進行評估。然而，人們必須針對風險進行有效的防衛(wèi)，并且根據(jù)最新的技術(shù)檢測這些防衛(wèi)的有效性并進一步加以改進。對于安全等級的改進應(yīng)當從風險的定義和評估開始。充分認識風險有助于適當?shù)膽?yīng)對風險。

    風險或者威脅總是在薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)。在每個案例中，必須為具有潛在高風險的薄弱環(huán)節(jié)確定相應(yīng)的優(yōu)先級，并根據(jù)不同的優(yōu)先級采取防范措施。區(qū)分優(yōu)先次序涉及從經(jīng)濟角度衡量風險，并且與相應(yīng)的安全措施的代價進行平衡。

6.2   應(yīng)急規(guī)劃

    關(guān)于災(zāi)難準備的全面性安全概念不僅包括如何防止病毒和黑客，也包括自然災(zāi)害、硬件錯誤、人為錯誤等預(yù)防計劃。為了保護系統(tǒng)免受可能出現(xiàn)的災(zāi)難，所有與安全相關(guān)的方面都應(yīng)被考慮，并且應(yīng)建立全面的防護墻。該防護墻將承受攻擊，并且有時可能因為一些因素而遭到破壞。用于維持防護墻功能的防范措施被概括地稱為IT安全。

圖2   自動化組件中的機械安全解決方案



圖3   在工業(yè)交換機中建立訪問控制表

6.3   網(wǎng)絡(luò)攻擊的檢測與處理

    人們總是期望能從自己的桌面上自由地接入互聯(lián)網(wǎng)，也希望能從辦公環(huán)境接入自動化網(wǎng)絡(luò)，因此互聯(lián)網(wǎng)和自動化網(wǎng)絡(luò)能直接或者間接的相互連接（例如遠程診斷/監(jiān)控）。由于自動化網(wǎng)絡(luò)至少使用一些與辦公環(huán)境網(wǎng)絡(luò)相同或者相似的協(xié)議，因此它極有可能具有通過互聯(lián)網(wǎng)被攻擊的風險。遺憾的是，這些不同的網(wǎng)絡(luò)間幾乎沒有采取保護內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的措施，這就意味著滲透進公司網(wǎng)絡(luò)獲取敏感數(shù)據(jù)或者破壞重要的操作過程的核心功能是有可能的。
因此防護概念的一個重要部分就是偵查與處理網(wǎng)絡(luò)攻擊。即時響應(yīng)通常能夠避免進一步破壞。

    6.3.1 網(wǎng)絡(luò)攻擊

    為了滲透進一個網(wǎng)絡(luò)，必須具有基本現(xiàn)狀知識，它能夠使攻擊獲得成功。現(xiàn)狀知識可以通過自動化生產(chǎn)過程（掃描）或者通過非技術(shù)（社會工程或廢品）手段獲得，包括連接掃描和穿越防火墻兩種。
（1）連接掃描—確定公共可訪問服務(wù)

    如圖4所示，使用簡單的建立連接嘗試以及確認（端口或者返回的數(shù)據(jù)格式），就能判定目標計算機的服務(wù)類型，這樣，這些服務(wù)的弱點就會被利用。為了使掃描不被記錄，攻擊者不將應(yīng)答信息返還給目標系統(tǒng)，因此建立連接嘗試失敗。如果在短時間內(nèi)多次嘗試失敗，這就表明一次攻擊，或者至少是一次攻擊的準備。
（2）穿越防火墻—確定網(wǎng)絡(luò)拓撲

    如圖5所示，在穿越防火墻中，數(shù)據(jù)包與起始值為1的TTL（Time to Live，生存期）一起發(fā)送到合法端口。第一個接收器（路由，交換機等等）將TTL減至0并拒絕該數(shù)據(jù)包。然而，數(shù)據(jù)包的被拒并不是不留痕跡的；拒絕數(shù)據(jù)包的接收器會對發(fā)送者返還一個回饋“超時，拒絕數(shù)據(jù)包，我的IP地址是…”。下一個數(shù)據(jù)包與值為2的TTL一起，重復(fù)著該過程。這樣攻擊者就能獲得網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，而不會使NAT路由器崩潰。

    網(wǎng)絡(luò)攻擊的類型主要有：

    （1）不安全的中繼點

    如果一個攻擊者訪問了一個不安全的中繼點，那么它就可以偽裝成一個交換機，并對數(shù)據(jù)包相應(yīng)地加以標識（標簽），而真正的交換機將提供所有的網(wǎng)絡(luò)資源的訪問權(quán)。

    （2）含無效參數(shù)的IP數(shù)據(jù)包

    這種攻擊經(jīng)常被用來中斷目標系統(tǒng)的操作（拒絕服務(wù)）。由于其無效參數(shù)，這些IP數(shù)據(jù)包易于識別。如果出現(xiàn)多次這樣的數(shù)據(jù)包表明系統(tǒng)遭到了攻擊。例如，如果源地址或目標地址，以及源端口和目標端口相同，則多數(shù)計算機會因為某種執(zhí)行錯誤而崩潰。

    （3）SYN 泛濫

    在SYN泛濫情況下，攻擊者不停地發(fā)送同步數(shù)據(jù)包以啟動一個連接建立。這些數(shù)據(jù)包被發(fā)送到目標系統(tǒng)以打開其端口，并能不停地改變源端口。目標計算機便會建立一個TCP連接并發(fā)送帶有SYN和ACK標記的確認信息，并等待通信連接的確認，但是攻擊者并不會發(fā)送。這樣，建立了大量的“半”連接，這最終將耗盡目標系統(tǒng)的大量資源，使它再也無法完成實際任務(wù)。

    （4）IP欺詐

    在IP欺詐的情況下，操作數(shù)據(jù)包的發(fā)送者IP地址，使其看上去像是來自于另一臺計算機。IP欺詐經(jīng)常被用來通過防火墻或是在進行攻擊的情況下隱藏攻擊者的身份。

    （5）登錄攻擊

    在登錄攻擊情況下，發(fā)送至目標計算機的TCP數(shù)據(jù)包具有以下屬性：

    ●    SYN標志被置位；

    ●    發(fā)送地址與目標計算機的地址是相同的。

    目標計算機便會將它本身的ACK標志當作是新建立連接的SYN標志。這種無限循環(huán)將導(dǎo)致目標系統(tǒng)的崩潰。

    （6）MAC（地址）泛濫/人為干擾

    諸如“disniff”或“macof”這種軟件，會產(chǎn)生帶有不同MAC地址的數(shù)據(jù)包。如果在網(wǎng)絡(luò)攻擊中，一個交換機面對帶有成千上萬的不同的MAC發(fā)送地址的數(shù)據(jù)包，其內(nèi)部的MAC列表（ARP列表）便會超出限度。交換機因此無法為特殊的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)使用其分配選項。結(jié)果，交換機就變成了集線器。這意味著它將所有接收到的數(shù)據(jù)包發(fā)送到所有端口，由此攻擊者便能記錄所要的數(shù)據(jù)包。

    其它的攻擊方式還有：數(shù)據(jù)泛濫、SYN發(fā)送者無法找到、ICMP回復(fù)請求、緩沖器溢出、Smurf攻擊和整數(shù)溢出等。

    6.3.2 Rootkit

    Rootkit是在系統(tǒng)中隱藏運行的程序，它最早出現(xiàn)于2000年左右，鑒于其結(jié)構(gòu)，功能和操作方法，是最復(fù)雜的一種攻擊形式，它威脅著網(wǎng)絡(luò)以及自動控制系統(tǒng)的安全。為了不被識破，Rootkit隱藏了它的過程、注冊表信息、相關(guān)文件和網(wǎng)絡(luò)連接。Rootkit截取了所有與硬盤空間相關(guān)的請求、運行過程以及注冊表信息，并操縱它們使自己不被發(fā)現(xiàn)并刪除。Rootkit可以無需交換文件就可以隱藏目標。它也可以在網(wǎng)絡(luò)掃描下隱藏自身的網(wǎng)絡(luò)連接信息，并使自己不被包括在連接列表窗體（網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計）中。它們和正在運行的服務(wù)使用同一端口，這樣它們就可以順利通過防火墻了。

    要保護系統(tǒng)不受Rootkit的侵害非常困難，因為系統(tǒng)的源代碼一般都是公開的，也就是說要編譯一個新的不被防毒系統(tǒng)所識破的Rootkit是一件十分容易的事情。由于Rootkit一般都在系統(tǒng)的核心活動，它們擁有與操作系統(tǒng)本身相同的權(quán)限。它們操縱防火墻和病毒掃描器的驅(qū)動程序。

    Rootkit的應(yīng)用范圍很廣，包括：

    ●    可以隱藏鍵盤記錄程序和其它間諜軟件，這些軟件可以獲取密碼或用于工業(yè)間諜活動；

    ●    可以在不需要服務(wù)器操作知識的情況下通過網(wǎng)絡(luò)或FTP服務(wù)器散布非法的內(nèi)容；

    ●    可以用來建立后門，為了DDoS攻擊和其它網(wǎng)絡(luò)攻擊提供方便；

    ●    可以用來操縱簽名和樣本文件，它們被用來偵測垃圾郵件、病毒、蠕蟲病毒、特洛伊木馬等。

6.4 防范機制

    信息安全包括了保護數(shù)據(jù)/文件不被誤操作、盜竊、間諜以及操縱的所有合適的措施。為了防止機密數(shù)據(jù)的丟失越來越多地使用了防火墻，入侵檢測/響應(yīng)和防入侵系統(tǒng)。這些系統(tǒng)也可以結(jié)合在一起使用，其目的就是將公司網(wǎng)絡(luò)屏蔽于外網(wǎng)之外。

    6.4.1 分級保護機制

    一個結(jié)合安全措施的解決方法主要針對于它的最薄弱的連接，所以，所有可能的薄弱環(huán)節(jié)都必須考慮周到。所需要的安全措施一般應(yīng)該提供相同的防護等級，因為攻擊總是對準那些最薄弱的點。為了使過程更為簡單，可將可能的保護機制劃分等級。表1顯示了所達到的保護程度。

    表1   分級安全機制