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1　引言

隨著工業(yè)信息化的快速發(fā)展，涉及國(guó)計(jì)民生的電力、交通、市政、化工、關(guān)鍵制造業(yè)等行業(yè)的工業(yè)控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱工控系統(tǒng)），因其重要性及其重視功能實(shí)現(xiàn)而缺乏足夠安全性考慮所造成的自身安全缺陷，使其面臨著來自各種黑客組織或敵對(duì)勢(shì)力日益嚴(yán)峻的網(wǎng)絡(luò)威脅^[1][2]。我們的研究表明：伊朗核電站的“震網(wǎng)病毒”事件之后，信息網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)相關(guān)的高風(fēng)險(xiǎn)安全漏洞正在逐漸被雪藏^[3]。我們認(rèn)為造成這種現(xiàn)象的最大可能是：大量高風(fēng)險(xiǎn)未公開的漏洞通過地下經(jīng)濟(jì)被出賣，或被某些國(guó)家/組織高價(jià)收購(gòu)，目的是利用其開發(fā)0-day攻擊或高級(jí)持久威脅（Advanced Persistent Threat ，APT）的攻擊技術(shù)，為未來可能的網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗做準(zhǔn)備^[1]。2010年以來一系列的APT攻擊事件表明，利用0-day漏洞或“水坑”模式的新型攻擊正成為網(wǎng)絡(luò)空間安全防護(hù)的新挑戰(zhàn)^[1]。而工控系統(tǒng)因其對(duì)于國(guó)家的重要性，將極可能使其成為未來網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)的重要攻擊目標(biāo)，除了伊朗核電站的“震網(wǎng)病毒”事件之外，最近公開的“蜻蜓組織”^[4]利用Havex惡意代碼^[5][6][7]攻擊歐美上千家能源企業(yè)等工控系統(tǒng)領(lǐng)域頻發(fā)的安全事件也在進(jìn)一步證實(shí)這種推斷。

不管攻擊者的目的是出于經(jīng)濟(jì)目的（如南美某國(guó)電網(wǎng)被攻擊者敲詐勒索^[8]）、意識(shí)形態(tài)的紛爭(zhēng)（如“燕子行動(dòng)”^[9]），甚至是國(guó)家間網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)對(duì)抗的需要（如“震網(wǎng)事件”、“蜻蜓組織攻擊事件^[4]”），我們都必須深入研究工控系統(tǒng)的安全性及其可能遭受到的各種威脅，加強(qiáng)行業(yè)用戶的信息安全意識(shí)培訓(xùn)，進(jìn)行工控系統(tǒng)的信息安全狀況調(diào)查及系統(tǒng)脆弱性評(píng)估與整改，并在此基礎(chǔ)上提供切實(shí)有效的信息安全防護(hù)措施，以確保這些關(guān)系國(guó)計(jì)民生的工控系統(tǒng)的安全運(yùn)營(yíng)。

本文將在前期研究的基礎(chǔ)^[1][2][10]上，對(duì)體現(xiàn)工控系統(tǒng)自身脆弱性的公開漏洞情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合近期典型工控安全攻擊事件，分析工控系統(tǒng)當(dāng)前所面臨的安全威脅態(tài)勢(shì)及應(yīng)對(duì)策略。

2　工控系統(tǒng)的脆弱性分析

截止到2014年6月，我們以綠盟科技安全漏洞庫(kù)收錄的工控系統(tǒng)相關(guān)漏洞為基礎(chǔ)，參考美國(guó)CVE[11]、ICS-CERT以及中國(guó)國(guó)家信息安全漏洞共享平臺(tái)所發(fā)布的漏洞信息[12] [13]，整理出了549個(gè)與工控系統(tǒng)相關(guān)的公開漏洞。本節(jié)將重點(diǎn)分析公開工控漏洞的統(tǒng)計(jì)特征和變化趨勢(shì)，主要涉及漏洞的總體變化趨勢(shì)、漏洞的嚴(yán)重程度、漏洞所影響的工控系統(tǒng)類型、漏洞的危害等幾個(gè)方面。

2.1　公開漏洞數(shù)總體上保持快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)

圖1　工控漏洞的年度變化趨勢(shì)

圖1給出了當(dāng)前所收集工控漏洞年度增量的變化趨勢(shì)，在2011年之前，公開披露的工業(yè)控制系統(tǒng)相關(guān)漏洞數(shù)量相當(dāng)少，但在2011年出現(xiàn)快速增長(zhǎng)，這可能是因?yàn)?010年的Stuxnet蠕蟲事件之后，人們對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)安全問題持續(xù)關(guān)注以及工業(yè)控制系統(tǒng)廠商分析解決歷史遺留安全問題所造成的。隨著各方面對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的安全日益重視，工業(yè)控制系統(tǒng)的相關(guān)公開漏洞數(shù)量仍將保持一個(gè)快速增長(zhǎng)的總體趨勢(shì)。

2.2　工控系統(tǒng)漏洞涉及廠商依然以國(guó)際廠商為主

圖2給出了公開漏洞涉及主要工控系統(tǒng)廠商的統(tǒng)計(jì)分析情況。分析結(jié)果表明，公開漏洞所涉及的工控系統(tǒng)廠商仍然是以國(guó)際著名廠商為主，西門子（Siemens）、施耐德電氣（Schneider）、研華科技（Advantech）、通用電氣（GE）與羅克韋爾自動(dòng)化（Rockwell Automation）占據(jù)漏洞數(shù)排行榜的前五名。用戶調(diào)研結(jié)果表明，這些國(guó)際著名工控系統(tǒng)廠商的產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，甚至某些產(chǎn)品在某些行業(yè)處于明顯的壟斷地位。這種情況必然會(huì)造成這些廠商的產(chǎn)品倍受系統(tǒng)攻防雙方的重視和關(guān)注，而且也比較容易獲得研究分析用戶的產(chǎn)品，這很可能就是公開漏洞涉及到的工控系統(tǒng)廠商總是以國(guó)際廠商為主的主要原因。由于漏洞數(shù)量與產(chǎn)品自身的安全性、復(fù)雜度、受研究者關(guān)注程度以及工控系統(tǒng)廠商對(duì)自身系統(tǒng)安全性的自檢力度都有關(guān)系，所以我們并不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為公開漏洞數(shù)量越多的廠商產(chǎn)品越不安全^[10]。但是卻可以通過該信息評(píng)估用戶工控系統(tǒng)所存在的安全脆弱性狀況，并據(jù)此進(jìn)行系統(tǒng)的安全加固、調(diào)整安全防護(hù)策略，來增強(qiáng)系統(tǒng)的整體安全防護(hù)能力。

圖2　公開漏洞涉及的工控系統(tǒng)廠商（ Top10）

圖3給出了2014年上半年新增漏洞涉及工控廠商的情況，其中西門子以新增25個(gè)公開漏洞，占比39%依然位居首位，研華科技則以新增10個(gè)公開漏洞，占比15.4%而升據(jù)第二。施耐德電氣則以半年新增4個(gè)漏洞（占比6%）依然位列三甲之內(nèi)。但需要注意的是，與圖2的總體情況相比仍有不小的變化：

（1）日本橫河電機(jī)株式會(huì)社(YOKOGAWA)首次進(jìn)入我們的關(guān)注視野，就以半年新增4個(gè)漏洞，與施耐德電氣并列2014半年度新增漏洞的第三名。日本橫河電機(jī)作為工控行業(yè)的著名跨國(guó)公司之一，其集散型控制系統(tǒng)（DCS）、PLC等工控產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)石油、化工等大型工廠生產(chǎn)過程有著較為廣泛的應(yīng)用，自然也會(huì)受到重點(diǎn)關(guān)注。

（2）排名第四、第五的Cogent、Ecava則是兩家專業(yè)的工控軟件廠商，表明除了著名國(guó)際廠商之外，在工控軟件某個(gè)子領(lǐng)域內(nèi)相對(duì)領(lǐng)先的企業(yè)也日益受到關(guān)注。

2.3　工控系統(tǒng)存在嚴(yán)重的安全隱患及攻擊威脅

本文在分析這些漏洞的嚴(yán)重性時(shí)，將主要根據(jù)CVE的CVSS評(píng)估值來判斷，并劃分為高、中、低三種情況。圖4表明，2014年的新增漏洞中“高危”漏洞（CVSS值范圍7.0~10.0）超過一半（51%），且基本上都是嚴(yán)重性程度為“中”以上（CVSS值大于等于4.0）的漏洞。

圖3　2014年新增工控漏洞涉及的主要廠商

圖4　2014年新增漏洞按嚴(yán)重程度的分類分析

這些漏洞可導(dǎo)致的主要攻擊威脅的統(tǒng)計(jì)分析如圖5所示：其中，拒絕服務(wù)類漏洞占比最高（約33%），這對(duì)強(qiáng)調(diào)業(yè)務(wù)連續(xù)性的工控系統(tǒng)來說不是一個(gè)好消息。位居其次的是緩沖區(qū)溢出類漏洞，其占比也高達(dá)20%，這類漏洞較多則可能是因?yàn)楣た叵到y(tǒng)在軟件開發(fā)階段缺乏嚴(yán)格的編程規(guī)范及要求。同樣，可導(dǎo)致信息泄露、遠(yuǎn)程控制及權(quán)限提升類的工控漏洞也是攻擊者最為關(guān)注的，利用這些漏洞可以竊取制造企業(yè)的設(shè)計(jì)圖紙、生產(chǎn)計(jì)劃、工藝流程等敏感信息，甚至能獲得工控系統(tǒng)的控制權(quán)，干擾、破壞工控業(yè)務(wù)的正常生產(chǎn)或運(yùn)營(yíng)活動(dòng)。

顯然，這些漏洞可能造成的主要威脅情況也可以從側(cè)面說明當(dāng)前工控系統(tǒng)安全所應(yīng)關(guān)注的主要安全問題。

圖5　2014年新增漏洞的威脅分類分析（ TOP 5）

2.4　與 SCADA/HMI相關(guān)的漏洞為主，占比超過 40%

圖6給出2014年新增漏洞按產(chǎn)品相關(guān)分類的情況，其中，與SCADA/HMI相關(guān)的漏洞為主，其占比超過40%；PLC相關(guān)的漏洞以近30%的占比緊隨其后。而集散控制系統(tǒng)（DCS）及OPC相關(guān)的漏洞也各占將近10%的份額。這表明攻、防雙方都可能把主要精力放在工控系統(tǒng)的控制設(shè)備或工業(yè)控制管理軟件系統(tǒng)的安全性分析上了。當(dāng)然，工控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)）及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理軟件的安全性也受到了一定的關(guān)注。

圖6　2014年新增漏洞涉及的工控產(chǎn)品

3　工控系統(tǒng)面臨的信息安全威脅

3.1　工控信息安全事件增長(zhǎng)快速，能源行業(yè)易受攻擊

近年來，工業(yè)控制系統(tǒng)相關(guān)的信息安全事件正在呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)（如圖7）。2013年度內(nèi)處理的信息安全事件就達(dá)256件[13]，而這些事件又多分布在能源、關(guān)鍵制造業(yè)、市政、交通等涉及國(guó)計(jì)民生的關(guān)鍵基礎(chǔ)行業(yè)（如圖8）；其中以電力為主的能源行業(yè)相關(guān)的信息安全事件高達(dá)151件，接近全年信息安全事件的三分之二。這與能源行業(yè)對(duì)于現(xiàn)實(shí)社會(huì)的重要性及其工控系統(tǒng)的自動(dòng)化程度、信息化程度較高有相當(dāng)?shù)年P(guān)系。

圖7　ICS-CERT歷年公布工控信息安全事件的統(tǒng)計(jì)分析

圖8　2013年工控信息安全事件涉及的重要行業(yè)（ ICS-CERT）

3.2　APT已成為針對(duì)工控系統(tǒng)的主要攻擊方式

自2010年APT出現(xiàn)在公眾視野之后，業(yè)內(nèi)已經(jīng)陸續(xù)報(bào)道了數(shù)十起APT攻擊事件，其中不乏針對(duì)工控系統(tǒng)的攻擊事件[1]。自Stuxnet、Flame、Duqu這些著名的攻擊手段之后，2014年6月25日ICS-CERT在題為“ICS Focused Malware”的安全通告ICS-ALERT-14-176-02[5]中，通報(bào)了一種類似震網(wǎng)病毒（Stuxnet）的專門針對(duì)工控系統(tǒng)攻擊的新惡意代碼。安全廠商F-Secure首先發(fā)現(xiàn)了這種惡意代碼并將其作為后門命名為W32/Havex.A，F(xiàn)-Secure稱它是一種通用的遠(yuǎn)程訪問木馬（RAT,即Remote Access Trojan）。

圖9　Havex的攻擊原理

根據(jù)ICS-CERT、F-secure、Symentec等多家安全公司的研究表明[5~7]：Havex多被用于從事工業(yè)間諜活動(dòng)，其主要攻擊對(duì)象是歐洲的許多使用和開發(fā)工業(yè)應(yīng)用程序和機(jī)械設(shè)備的公司。而且網(wǎng)絡(luò)攻擊者傳播Havex惡意軟件方式有多種：除了利用工具包、釣魚郵件、垃圾郵件、重定向到受感染的Web網(wǎng)站等傳統(tǒng)感染方式外，還采用了“水坑式”攻擊方式，即通過滲透到目標(biāo)軟件公司的Web站點(diǎn)，并等待目標(biāo)安裝那些合法APP的感染惡意代碼的版本。ICS-CERT的安全通告稱當(dāng)前至少已發(fā)現(xiàn)3個(gè)著名的工業(yè)控制系統(tǒng)提供商的Web網(wǎng)站已受到該惡意代碼的感染。

F-Secure聲稱他們已收集和分析了Havex RAT的88個(gè)變種，并認(rèn)為Havex及其變種多通過利用OPC標(biāo)準(zhǔn)被用來從目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器獲取權(quán)限并搜集大量數(shù)據(jù) [6][7]（如圖9）。但攻擊者應(yīng)該不僅僅是對(duì)這些目標(biāo)公司的系統(tǒng)信息感興趣，而必然會(huì)對(duì)獲取那些目標(biāo)公司所屬的ICS或SCADA系統(tǒng)的控制權(quán)更感興趣。

3.3　黑客組織是工控系統(tǒng)所面臨的最大安全威脅

在2014年1月，網(wǎng)絡(luò)安全公司CrowdStrike曾披露了一項(xiàng)被稱為“Energetic Bear”的網(wǎng)絡(luò)間諜活動(dòng)，在這項(xiàng)活動(dòng)中黑客們可能試圖滲透歐洲、美國(guó)和亞洲能源公司的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。據(jù)CrowStrke稱，那些網(wǎng)絡(luò)攻擊中所用的惡意軟件就是Havex RAT和SYSMain RAT，該公司懷疑Havex RAT有可能以某種方式被俄羅斯黑客連接，或者由俄羅斯政府資助實(shí)施。

賽門鐵克在其研究報(bào)告中聲稱黑客組織Energetic Bear（也被稱為“Dragonfly”[4]）１，使用一種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)武器Havex，在18個(gè)月的時(shí)間里影響了幾乎84個(gè)國(guó)家，并使1000多家歐洲和北美能源公司受損；而且大多數(shù)受害者機(jī)構(gòu)基本上都位于美國(guó)、西班牙、法國(guó)、意大利、德國(guó)、土耳其和波蘭等國(guó)家。顯然，“蜻蜓組織”有能力造成多個(gè)歐洲國(guó)家的能源供應(yīng)中斷，具有極大的社會(huì)危害性。

賽門鐵克、F-secure、CrowdStrike等多家安全公司[4][6]在研究后基本認(rèn)為：蜻蜓黑客組織的主要目標(biāo)是實(shí)施間諜活動(dòng)，而且它似乎是有資源、有規(guī)模、有組織的，甚至懷疑在它最近的攻擊活動(dòng)背后有政府的參與。Stuxnet、Flame、Duqu、Havex之后，隨著攻擊者對(duì)工控系統(tǒng)研究的進(jìn)一步深入，針對(duì)工控系統(tǒng)攻擊的惡意代碼仍將會(huì)層出不窮，而且還可能在發(fā)起攻擊活動(dòng)的黑客組織背后更多地體現(xiàn)國(guó)家、政治組織或經(jīng)濟(jì)組織的意志。因而，面對(duì)攻擊技術(shù)與手段日益先進(jìn)、復(fù)雜、成熟的針對(duì)工控系統(tǒng)進(jìn)行攻擊的黑客組織，工控系統(tǒng)所面臨的安全威脅也將日益嚴(yán)峻。

4　工控系統(tǒng)信息安全的檢測(cè)及防護(hù)

面對(duì)來自黑客、敵對(duì)組織日益嚴(yán)峻的網(wǎng)絡(luò)安全威脅，工業(yè)控制系統(tǒng)的安全性正日益受到我國(guó)的高度重視，并已從政策、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)、解決方案等多個(gè)方面進(jìn)行了積極應(yīng)對(duì)：工業(yè)控制系統(tǒng)相關(guān)的信息安全標(biāo)準(zhǔn)正在制訂過程中，電力、石化、制造、煙草等多個(gè)行業(yè)，已在國(guó)家主管部門的指導(dǎo)下進(jìn)行安全檢查、整改[15][16][17]。而安全檢查與整改中最重要的就是工控系統(tǒng)自身脆弱性的監(jiān)測(cè)與發(fā)現(xiàn)，只有及時(shí)發(fā)現(xiàn)工控系統(tǒng)存在的漏洞及所面臨的安全威脅，才能進(jìn)一步執(zhí)行相應(yīng)的安全加固及防護(hù)工作。

4.1　工控系統(tǒng)的脆弱性檢測(cè)

工控系統(tǒng)與傳統(tǒng)信息系統(tǒng)的較大差異性以及安全需求的不同[2]，使得很難直接采用傳統(tǒng)的適用于IT信息系統(tǒng)的漏洞掃描器，而是必須需要支持相應(yīng)工控協(xié)議、能識(shí)別工控系統(tǒng)及其應(yīng)用管理軟件并能夠檢測(cè)其漏洞及配置隱患的專業(yè)工控漏洞掃描器，而且為保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，多數(shù)情況下不允許對(duì)在線系統(tǒng)進(jìn)行掃描檢測(cè)，只能在工控設(shè)備上線前或維護(hù)期間進(jìn)行系統(tǒng)的漏洞掃描。

此外，由于工控系統(tǒng)及業(yè)務(wù)系統(tǒng)的異構(gòu)性、行業(yè)性的特點(diǎn)明顯，安全廠商也難以推出通用性的工控系統(tǒng)漏洞掃描類的產(chǎn)品。

1蜻蜓組織是一個(gè)至少自 2011年起便開始活躍的東歐黑客團(tuán)體。該組織最初的攻擊目標(biāo)是美國(guó)和加拿大的國(guó)防和航空企業(yè)，但從 2013年開始將主要目標(biāo)轉(zhuǎn)向許多國(guó)家的石油管道運(yùn)營(yíng)商、發(fā)電企業(yè)和其他能源工控設(shè)備提供商；即以那些使用工控系統(tǒng)來管理電、水、油、氣和數(shù)據(jù)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)為新的攻擊目標(biāo)。

為了更好地實(shí)現(xiàn)工控系統(tǒng)的信息安全檢查與評(píng)估工作，工控系統(tǒng)的脆弱性檢測(cè)與評(píng)估工作，需要安全行業(yè)、工控行業(yè)的主管部門、廠商與科研機(jī)構(gòu)盡早建立多方合作機(jī)制，并促進(jìn)建立國(guó)家或行業(yè)級(jí)的漏洞信息分享平臺(tái)。綠盟科技目前已成功研發(fā)出“工業(yè)控制系統(tǒng)漏洞掃描系統(tǒng)”[14]，并在部分客戶環(huán)境中進(jìn)行了試用驗(yàn)證，預(yù)期2014年9月正式發(fā)布上市。該產(chǎn)品的及時(shí)推出有助于各重點(diǎn)行業(yè)的安全檢查與整改工作。

4.2　針對(duì) APT攻擊的檢測(cè)與防護(hù)

針對(duì)APT逐步滲透攻擊的特點(diǎn)，技術(shù)報(bào)告《工業(yè)控制系統(tǒng)的安全研究與實(shí)踐》[1]中提出一個(gè)針對(duì)工控系統(tǒng)APT攻擊的檢測(cè)與防護(hù)方案，針對(duì)APT攻擊的每個(gè)階段討論了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略：（1）做好網(wǎng)站漏洞、掛馬檢測(cè)及安全防護(hù)，全方位抵御水坑攻擊；（2）提高員工安全意識(shí)、部署入侵防范系統(tǒng)，防范社會(huì)工程攻擊，阻斷C&C通道；（3）加強(qiáng)對(duì)工控系統(tǒng)組件中的漏洞及后門監(jiān)測(cè)并提供針對(duì)性的安全防護(hù)；（4）異常行為的檢測(cè)與審計(jì)，識(shí)別發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)中可能存在的異常流量與異常操作行為。

鑒于工控系統(tǒng)業(yè)務(wù)場(chǎng)景比較穩(wěn)定、操作行為比較規(guī)范的實(shí)際情況，在實(shí)施異常行為審計(jì)的同時(shí)，也可以考慮引入基于白環(huán)境的異常監(jiān)測(cè)模型，對(duì)工控系統(tǒng)中的異常操作行為進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)與發(fā)現(xiàn)。

5　結(jié)語

本文基于對(duì)近期公開的工控系統(tǒng)相關(guān)漏洞及安全事件的統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，主要討論工控系統(tǒng)自身的脆弱性以及所面臨的安全威脅發(fā)展態(tài)勢(shì)，提出了針對(duì)工控安全威脅的檢測(cè)與防護(hù)建議；并呼吁建立主管部門、用戶、工控廠商、安全廠商以及科研機(jī)構(gòu)等參與的多方合作機(jī)制，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同促進(jìn)工控信息安全行業(yè)的快速發(fā)展。

作者簡(jiǎn)介

李鴻培，博士，高級(jí)工程師，現(xiàn)就職于北京神州綠盟信息安全科技股份有限公司，主要研究方向涉及網(wǎng)絡(luò)安全、可信網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)、安全信息智能處理技術(shù)及工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全研究等。

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摘自《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全專刊（第一輯）》