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一、工控系統(tǒng)已成為網(wǎng)絡空間安全的重要戰(zhàn)場

2010年，伊朗發(fā)生了震驚世人的“震網(wǎng)”（Stuxnet）事件，“震網(wǎng)”計算機病毒攻擊了伊朗納坦茲鈾濃縮基地和布什爾核電站使用的西門子PCS7控制系統(tǒng)，破壞了大量鈾濃縮離心機和布什爾核電站發(fā)電機組，導致伊朗核計劃至少被延遲2年。

事件表明，網(wǎng)絡空間的安全威脅已從傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)、計算機等虛擬空間迅速延伸擴展至物理世界的工業(yè)控制系統(tǒng)。即“計算機病毒”可以在不破壞工控系統(tǒng)本身的情況下，通過操控工業(yè)控制系統(tǒng)，引發(fā)生產(chǎn)中斷、管道泄漏、環(huán)境污染、裝備損毀，甚至可以引發(fā)災難事故，導致社會動蕩，國家安全就會受到極大威脅。工控系統(tǒng)已成為網(wǎng)絡空間安全越來越重要的新戰(zhàn)場。人們?yōu)閰^(qū)別于傳統(tǒng)虛擬空間的病毒，把“震網(wǎng)”稱為“超級巡航導彈”、“軟件原子彈”，等等。

自“震網(wǎng)”事件之后，針對工控系統(tǒng)攻擊的這種“軟件原子彈”威脅越來越多、離我們也越來越近，甚至原先我們認為物理隔離的工控系統(tǒng)也未能幸免：

(1）如2015年12月，被認為使用專網(wǎng)的烏克蘭伊萬諾-弗蘭科夫斯克地區(qū)電力監(jiān)控系統(tǒng)遭到“BlackEnergy”惡意代碼的攻擊。烏克蘭新聞媒體TSN報道稱：“至少有三個電力區(qū)域被攻擊，導致了數(shù)小時的停電事故”；“攻擊者入侵了監(jiān)控管理系統(tǒng)，超過一半的地區(qū)和部分伊萬諾-弗蘭科夫斯克地區(qū)斷電幾個小時。”Kyivoblenergo 電力公司發(fā)布公告稱：“公司因遭到入侵，導致7 個110KV 的變電站和23 個35KV 的變電站出現(xiàn)故障，導致80000 用戶斷電。”

(2）2017年6月12日，一款針對電力變電站系統(tǒng)進行惡意攻擊的工控網(wǎng)絡攻擊武器Industroyer被發(fā)現(xiàn)對烏克蘭電網(wǎng)發(fā)起了攻擊。與 BlackEnergy不同的是，Industroyer據(jù)稱沒有利用任何漏洞，而是利用電力系統(tǒng)自身的工控協(xié)議，直接控制斷路器，導致變電站斷電。

(3）2017年12月，一種針對施耐德電氣公司的Triconex安全儀表系統(tǒng)控制器（SIS，Safety Instrument System）的惡意軟件TRITON被發(fā)現(xiàn)。TRITON據(jù)稱能修改安全儀表系統(tǒng)（SIS）的表決機制，從而使安全保護功能失效。

此外，由于工控系統(tǒng)在操作人員的界面軟件使用了微軟操作系統(tǒng)，因此針對互聯(lián)網(wǎng)、計算機操作系統(tǒng)攻擊的病毒（如勒索病毒W(wǎng)annaCry）對工控系統(tǒng)也多多少少產(chǎn)生了一些影響。

二、我國對工控系統(tǒng)網(wǎng)絡安全給予了前所未有的高度重視

自2010年震網(wǎng)事件發(fā)生后，我國從中央、各級部門，到各大企業(yè)對工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡安全給予了前所未有的高度重視:

由此可見，我國已建立起了覆蓋從國家層面、法律、職能機構(gòu)再到科研、標準、產(chǎn)業(yè)和企業(yè)等所有層面的工控安全體系，足見對工控安全的重視程度。

三、工控系統(tǒng)面臨的安全威脅仍很嚴峻

當前，隨著“兩化融合”的不斷深入，我國電力系統(tǒng)、石油煉化、水利、城市與軌道交通、輸油管線、國防裝備、以及其他公用工程仍在大量使用的國外控制系統(tǒng)，很難做到與互聯(lián)網(wǎng)物理隔離；工控系統(tǒng)的維護、維修也仍然由這些工控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠商所承擔，因此面臨的安全形勢依然嚴峻：

(1）來自網(wǎng)絡的遠程攻擊，如通過互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)、無線網(wǎng)，黑客和攻擊者就可以遠程對工控系統(tǒng)實施攻擊；

(2）通過移動介質(zhì)的帶入攻擊，如移動硬盤、U盤、光盤、移動終端等；

(3）預埋代碼的潛伏式攻擊，典型的途徑有工程實施時的預埋、通過備品備件的預埋、通過維修維護帶入的預埋。

四、工控系統(tǒng)安全的主要威脅是有組織的專業(yè)化攻擊

從技術(shù)上看，工控系統(tǒng)所面臨的網(wǎng)絡安全威脅來自于兩個方面：一個是傳統(tǒng)的網(wǎng)絡安全威脅，即利用操作系統(tǒng)、應用軟件的漏洞發(fā)起的攻擊威脅。這類威脅主要是針對計算機所使用的計算機操作系統(tǒng)和應用軟件（如辦公軟件、網(wǎng)站軟件等）的漏洞，獲取計算機操作權(quán)限，或竊取隱私或敏感信息。

另一個更重要的安全威脅來源于對工控系統(tǒng)及其所控制的生產(chǎn)裝置、生產(chǎn)工藝非常熟悉的有組織的攻擊。從公開的資料可以發(fā)現(xiàn)，“震網(wǎng)”雖然利用了操作系統(tǒng)的漏洞，但這些漏洞只是被用于“震網(wǎng)”代碼的傳播，其核心代碼卻是利用了西門子PCS7控制系統(tǒng)和核設施的特性，而發(fā)起惡意操控，同時向操作人員界面軟件發(fā)送欺騙數(shù)據(jù)。

由此可見，針對工控系統(tǒng)核心部件攻擊的“黑客”除了要具有一般的計算機操作系統(tǒng)和軟件知識外，更利用了工控系統(tǒng)本身的軟件硬件特性和通信協(xié)議、操作指令和基礎設施生產(chǎn)裝置的弱點，導致一般的互聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)人員難以發(fā)現(xiàn)，即具有“高專業(yè)性、高隱蔽性、高復雜性、難以被發(fā)現(xiàn)、難以被跟蹤”（即“三高兩難”）特性。

五、工控系統(tǒng)安全保護挑戰(zhàn)比一般信息系統(tǒng)大很多

從2010年的“震網(wǎng)”事件至今的近9年多時間里，我國在實施工控系統(tǒng)網(wǎng)絡安全各項工作的同時，也遇到了與互聯(lián)網(wǎng)安全、信息系統(tǒng)安全完全不同的困難和挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

(1）對工控安全的理解，更多還停留在互聯(lián)網(wǎng)安全和協(xié)議層面

與互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、信息系統(tǒng)相比，工控系統(tǒng)大多是由傳感器、控制裝置、執(zhí)行機構(gòu)等多環(huán)節(jié)構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)，其監(jiān)控軟件也是供操作員進行工況監(jiān)視和簡單的操作，工控協(xié)議用于傳輸生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)。因此，工控系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全需要從以上所有要素以及生產(chǎn)裝置本身進行綜合的考慮。

(2）對工控安全惡意代碼攻擊原理和機制的了解有限

如今，各種公開報道、微博等各種社交媒體文件，以及許多文章、報告對工控安全事件的報道較多、技術(shù)性分析較少；對工控安全網(wǎng)絡部分威脅的渲染較多，對工控內(nèi)部的威脅分析較少；對操作系統(tǒng)“漏洞”介紹較多，對工控系統(tǒng)自身軟硬件漏洞分析較少；對操作系統(tǒng)、郵件等的漏洞利用介紹較多，對于工控惡意代碼“長什么樣，什么時候來，什么時候觸發(fā)，如何觸發(fā)，什么時候離開”等技術(shù)問題，研究較少，導致工控安全工作的開展難以深入。

(3）當前工控安全防護措施和產(chǎn)品的有效性有待檢驗

當前，無論是針對工控系統(tǒng)的安全等級保護測評、安全評估、安全檢測、安全檢查，還是各種工控安全產(chǎn)品，雖然形式多樣，但其有效性還遠未得到用戶的認可，尤其是針對工控系統(tǒng)終端設備面臨的安全威脅，“對錯了癥、下錯了藥”的問題至今還未真正得到解決。

(4）工控安全的標準難以在工控系統(tǒng)終端落地

當前，關(guān)于工控安全的標準已有很多，如IEC 62443國際標準（美國國際自動化協(xié)會ISA的ISA 99）、美國NIST發(fā)布的SP-800.53，以及我國的等保2.0標準GB/T22239-2019《信息安全技術(shù) 網(wǎng)絡安全等級保護基本要求》等。但在實施過程中，面對運行中的工控系統(tǒng)（尤其是其核心部件的控制器）時，還會遇到“碰不得、摸不得”的尷尬。

(5）工控安全的實施難以得到工控設備生產(chǎn)廠商的配合

工控系統(tǒng)不同于互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、信息系統(tǒng)，不僅要保證生產(chǎn)過程按工藝設計要求運行在預定的工況，同時還要避免安全事故的發(fā)生。換言之，工控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠商、集成廠商不僅要對生產(chǎn)過程的連續(xù)性、可靠性負責，還需要對生產(chǎn)的安全負責。這是傳統(tǒng)信息安全廠商和安全產(chǎn)品難以做到的。

六、工控系統(tǒng)安全需要注意避免的幾個誤區(qū)

如上所述，工控系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全需要圍繞控制系統(tǒng)本身與生產(chǎn)裝置安全開展，在實踐中，要注意避免以下幾個誤區(qū)：

(1) 過于強調(diào)基于漏洞掃描的安全防護

如前所述，工控系統(tǒng)設計開發(fā)工程師關(guān)注的是如何使產(chǎn)品更可靠、可用性更高，所開發(fā)的控制算法如何使被控對象更穩(wěn)定、對外界干擾的魯棒性更高，對網(wǎng)絡安全關(guān)注較少，因此其軟件、硬件都存在著這樣或那樣的漏洞。

然而，目前市場流通的漏洞掃描產(chǎn)品僅僅能發(fā)現(xiàn)引發(fā)工控系統(tǒng)溢出、宕機的漏洞，而像“震網(wǎng)”、Industroyer、TRITON那樣所能利用的漏洞，通過傳統(tǒng)的手段還難以發(fā)現(xiàn)。

(2）過于強調(diào)補丁升級管理

眾所周知，由于工控系統(tǒng)的軟件硬件之間的耦合非常緊密，使用了大量非私有的協(xié)議、技術(shù)和功能模塊，一旦沒有經(jīng)過嚴格測試而給系統(tǒng)打補丁或者版本更新，輕則導致藍屏、重則導致這些組態(tài)監(jiān)控軟件不再可用；而工控系統(tǒng)的重啟是一個極其復雜的過程，一旦不慎，極易導致生產(chǎn)中斷、或因生產(chǎn)設備工藝不匹配而導致裝置損毀。

因此，對于一些重要、尤其是核心基礎設施的工控系統(tǒng)，打補丁、軟件版本更新必須慎之又慎！

(3）過于依賴工控系統(tǒng)的隔離安全

如前所述，隨著“兩化融合”的不斷推進，生產(chǎn)系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的互聯(lián)已經(jīng)成為工控系統(tǒng)的基本架構(gòu)，與外界完全隔離幾乎不可能。另外，維護用的移動設備或移動電腦、備品備件，都可能成為代碼帶入的工具。“震網(wǎng)”據(jù)說就是利用U盤帶入的。

(4）過于高估工業(yè)防火墻等傳統(tǒng)防護產(chǎn)品的作用

從目前工控系統(tǒng)的實際來看，工控系統(tǒng)除了它支持的私有協(xié)議和公開專用協(xié)議之外，其他所有的協(xié)議都會被過濾，不會被處理。換言之，工控系統(tǒng)一般都具備了一般防火墻的能力。從這個意義上看，目前市場上所謂的工業(yè)防火墻，也僅僅起到應付檢查的自我安慰作用。

(5) 過于依賴單向通信隔離裝置

如上所述，針對工控系統(tǒng)的攻擊途徑有多種，有通過網(wǎng)絡遠程實施的，有通過無線接入的，更有通過移動介質(zhì)、工程實施與維保預埋、備品備件預埋等途徑，單向通信隔離裝置也只能起到一部分作用。

七、工業(yè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全保護必須覆蓋工控系統(tǒng)本身、生產(chǎn)工藝與操作流程等所有方面

從具體實踐來講，對工控系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全防護和保護需要從以下幾個層面綜合考慮：

第一層，對工控系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全防護和保護，需要覆蓋工控系統(tǒng)軟件、硬件和網(wǎng)絡等所有部件。

第二層，對工控系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全防護和保護，需要結(jié)合生產(chǎn)工藝與操作流程而開展。

第三層，針對工控系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全防護和保護，還必須覆蓋工控系統(tǒng)的設計、生產(chǎn)、調(diào)試、工程實施、維修、運行維護等全生命周期的所有環(huán)節(jié)。

工控系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全防護和保護是一個極其復雜的系統(tǒng)工程，需要回歸控制系統(tǒng)的初心、回歸控制系統(tǒng)的本質(zhì)，從工控系統(tǒng)的軟件、硬件、網(wǎng)絡以及生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)裝置等多方面同時著手，才能真正有效的對國家重要基礎設施安全進行保護。

來源：工控參考