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《密碼法》背景下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)保護(hù)研究
  • 點(diǎn)擊數(shù):1409     發(fā)布時間:2020-05-12 14:41:00
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工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是一種面向制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求,構(gòu)建基于海量數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析的服務(wù)體系,是支撐制造資源泛在連接、彈性供給、高效配置的工業(yè)云平臺。當(dāng)前,我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺迅速發(fā)展,涌現(xiàn)了東方國信Cloudiip、徐工信息Xrea、樹根互聯(lián)根云等大批優(yōu)秀實(shí)踐成果,這些平臺在用戶生態(tài)、開發(fā)者生態(tài)和數(shù)據(jù)生態(tài)構(gòu)建中發(fā)揮了巨大作用,極大地推動了工業(yè)生產(chǎn)的智能化。
關(guān)鍵詞:

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是一種面向制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求,構(gòu)建基于海量數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析的服務(wù)體系,是支撐制造資源泛在連接、彈性供給、高效配置的工業(yè)云平臺。當(dāng)前,我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺迅速發(fā)展,涌現(xiàn)了東方國信Cloudiip、徐工信息Xrea、樹根互聯(lián)根云等大批優(yōu)秀實(shí)踐成果,這些平臺在用戶生態(tài)、開發(fā)者生態(tài)和數(shù)據(jù)生態(tài)構(gòu)建中發(fā)揮了巨大作用,極大地推動了工業(yè)生產(chǎn)的智能化。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺下,傳統(tǒng)的工業(yè)數(shù)據(jù)由企業(yè)內(nèi)部閉環(huán)流動轉(zhuǎn)為可能通過公共互聯(lián)網(wǎng)、公有云傳輸,數(shù)據(jù)遭泄露、篡改、偽造的風(fēng)險增加。此外,與傳統(tǒng)消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)不同,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)涉及大量生產(chǎn)設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸,其數(shù)據(jù)具有來源廣泛、種類多樣、產(chǎn)生速率快、數(shù)據(jù)量大、更具價值屬性和產(chǎn)權(quán)屬性等特點(diǎn),且安全級聯(lián)效應(yīng)明顯,一旦發(fā)生數(shù)據(jù)泄露,除影響正常的生產(chǎn)運(yùn)營外,極有可能損害國家安全、國計民生和人民生命健康,因此亟需通過密碼技術(shù)保障工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)可用性、完整性、保密性,確保工業(yè)生產(chǎn)正常運(yùn)營。

一、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)上云形式

在工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營、工業(yè)云服務(wù)等過程中,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺與工業(yè)現(xiàn)場存在著大量數(shù)據(jù)交互。從數(shù)據(jù)來源和典型應(yīng)用需求來看,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)上傳和下行存在六種形式,分別是:云與協(xié)同層辦公網(wǎng)數(shù)據(jù)之間的傳輸,目的是促進(jìn)企業(yè)辦公業(yè)務(wù)系統(tǒng)的協(xié)同化、智能化;云與企業(yè)層生產(chǎn)管理系統(tǒng),如ERP系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸,主要目的是促進(jìn)企業(yè)智能決策;云與車間層,如MES系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸,主要是促進(jìn)智能排產(chǎn);云與控制層,如SCADA之間的數(shù)據(jù)傳輸,主要是促進(jìn)數(shù)據(jù)的智能化控制及監(jiān)測分析;云與現(xiàn)場設(shè)備層,如工業(yè)傳感器等終端采集點(diǎn)的直接數(shù)據(jù)交互;云與邊緣節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)雙向傳輸。其中前五種方式是當(dāng)前常見的數(shù)據(jù)交互形式,其工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)交互形式如圖1所示。第六種方式適用于有邊緣計算的場景中,邊緣節(jié)點(diǎn)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)交互形式如圖2所示,其區(qū)別在于,邊緣節(jié)點(diǎn)不再只是數(shù)據(jù)的消費(fèi)者,還是數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者。

通過以上六種形式的數(shù)據(jù)交互,大量工況狀態(tài)數(shù)據(jù)以及工業(yè)現(xiàn)場溫濕度、壓力、位移等工業(yè)傳感數(shù)據(jù)逐漸上云匯聚,這些在云端匯聚存儲的數(shù)據(jù)愈發(fā)成為黑客重點(diǎn)攻擊目標(biāo),可引發(fā)重要工業(yè)數(shù)據(jù)泄露等事件。因此,亟需對控制指令、重要工藝參數(shù)、工況狀態(tài)、供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)等重要敏感數(shù)據(jù)部署數(shù)據(jù)加密、完整性校驗(yàn)等密碼技術(shù)措施,確保數(shù)據(jù)存儲、使用、傳輸、共享等過程中的保密性、完整性和可用性。

二、國內(nèi)外密碼算法研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

相較于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)需在保證實(shí)時性、穩(wěn)定性和可靠性等前提下實(shí)施安全保護(hù)策略,現(xiàn)有的國外RSA、ECC等成熟商用密碼算法計算量較大,更注重不可破解性,不能完全滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對于實(shí)時性的要求。相比于國外密碼算法,部分國產(chǎn)SM系列算法雖然性能消耗相對較低,但因產(chǎn)業(yè)化不足,市場生產(chǎn)和適配成本較高,相關(guān)密碼在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺中的應(yīng)用還不夠廣泛。此外,物聯(lián)網(wǎng)及工業(yè)終端計算資源、存儲資源受限,集成密碼技術(shù)會占用有限資源,也成為密碼技術(shù)應(yīng)用受限的重要原因。

針對上述問題,國內(nèi)外就密碼算法方面已開展了一系列研究。2013年,美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)啟動了“輕量級密碼”項(xiàng)目,以研究NIST已批準(zhǔn)的密碼標(biāo)準(zhǔn)在資源受限設(shè)備上的應(yīng)用效果。2017年,NIST發(fā)布了《輕量級密碼報告》,給出了輕量級密碼算法標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)計劃。2018年,NIST發(fā)布了56個基于SPN結(jié)構(gòu)(如AES)或者Feistel結(jié)構(gòu)的輕量級密碼算法。2019年,NIST發(fā)布了新版大數(shù)據(jù)互操作框架NBDIF(SP 1500)[8],該框架的安全與隱私篇根據(jù)密碼技術(shù)所支持的功能,以及它們實(shí)施的數(shù)據(jù)可見性對密碼技術(shù)進(jìn)行分類。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)也發(fā)布了《輕量級密碼(ISO/IEC 29192)》,對CLEFIA、IBS等輕量級算法進(jìn)行描述。

我國高度重視商用密碼算法的研究及應(yīng)用。2019年發(fā)布的《密碼法》明確提出“國家鼓勵商用密碼技術(shù)的研究開發(fā)、學(xué)術(shù)交流、成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用;依法平等對待包括外商投資企業(yè)在內(nèi)的商用密碼科研、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)、進(jìn)出口等”。當(dāng)前已經(jīng)發(fā)布了《信息安全技術(shù) SM4分組密碼算法(GB_T 32907-2016)》《信息安全技術(shù) 二元序列隨機(jī)性檢測方法(GB_T 32915-2016)》等密碼算法標(biāo)準(zhǔn),SM2/3/9密碼算法[10]也正式成為ISO/IEC國際標(biāo)準(zhǔn)。在國家法律和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)工作的推動和支持下,密碼算法尤其是輕量級密碼算法的研究勢必將成為行業(yè)企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)繼續(xù)加大研究力度的著眼點(diǎn),這將有效促進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺中的密碼應(yīng)用,加強(qiáng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全保障,提升工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的安全可信水平,從而促進(jìn)工業(yè)企業(yè)數(shù)據(jù)上云,讓部分?jǐn)?shù)據(jù)在云端進(jìn)行知識建模及二次利用,發(fā)揮更大的價值。

三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺密碼技術(shù)新需求

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)日益完善的同時,也面臨著數(shù)據(jù)收集、傳輸、存儲、使用、銷毀等全生命周期的數(shù)據(jù)泄露、篡改、偽造等新風(fēng)險、新挑戰(zhàn),催生了新的數(shù)據(jù)安全密碼研究及應(yīng)用需求,具體分析如下:

一是輕量級密碼算法需求。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中大量設(shè)備裸露在外部環(huán)境中,極大增加了其被仿冒的概率,容易引發(fā)數(shù)據(jù)偽造、泄漏等安全問題。此外,設(shè)備資源受限,計算及存儲能力有限,而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對數(shù)據(jù)的實(shí)時性要求高,高實(shí)時、高可靠的輕量級數(shù)據(jù)加密、身份認(rèn)證、完整性校驗(yàn)算法成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中密碼應(yīng)用迫切需要解決的難題。通過相應(yīng)的密碼算法,可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在源端到傳輸通道的安全性。

二是密文檢索分析需求。當(dāng)數(shù)據(jù)通過加密的方式上傳至云端數(shù)據(jù)庫,云服務(wù)商會根據(jù)客戶需求對部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)或重要數(shù)據(jù)進(jìn)行加密存儲。但是當(dāng)云服務(wù)客戶利用云平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析時,又需要將密文解密后進(jìn)行分析,這會極大消耗計算資源,造成資源浪費(fèi)。現(xiàn)有的同態(tài)加密技術(shù)雖然能夠解決密文檢索問題,但是因?yàn)榧夹g(shù)相對不夠成熟,還不能支持所有類型的數(shù)據(jù)操作。因此,亟需深入研究密文檢索和分析技術(shù),設(shè)計低時延、支持動態(tài)操作的分布式安全存儲系統(tǒng),在保證數(shù)據(jù)安全分析的同時降低云端資源損耗。

三是高可靠的密鑰管理系統(tǒng)需求。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中大量業(yè)務(wù)系統(tǒng)、邊緣設(shè)備接入云端,目前主要通過加密協(xié)議實(shí)現(xiàn)與云端的數(shù)據(jù)交互和互信互任。與其他互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景不同,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景下的工業(yè)系統(tǒng)和設(shè)備使用大量的工業(yè)專有協(xié)議,數(shù)據(jù)上云情況復(fù)雜,如可能通過接入網(wǎng)關(guān)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上云、通過安全區(qū)域DMZ實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上云、通過業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫上云等。多種多樣的數(shù)據(jù)上云方式產(chǎn)生了大量加解密密鑰,云端的密鑰管理成為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密傳輸、存儲的關(guān)鍵能力,因此,設(shè)計高可靠、高實(shí)時的密鑰管理系統(tǒng),可以有效提高數(shù)據(jù)上云的可操作性。

四、《密碼法》背景下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)安全保護(hù)框架

新形勢下,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全保護(hù)需綜合考慮各類工業(yè)場景下密碼應(yīng)用的不同需求以及數(shù)據(jù)全生命周期的安全需求,做好密碼技術(shù)研究及應(yīng)用。具體密碼保護(hù)框架如圖3所示。

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺所承載數(shù)據(jù)的重要性以及數(shù)據(jù)交互形式的多樣性,下一步,為貫徹落實(shí)《密碼法》相關(guān)要求,結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)安全保護(hù)對密碼技術(shù)的需求,建議從以下四方面開展基于密碼技術(shù)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)安全保護(hù)工作:

一是完善頂層規(guī)劃,加強(qiáng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺密碼應(yīng)用的指導(dǎo)性。在《密碼法》的基礎(chǔ)上,有關(guān)主管部門可結(jié)合行業(yè)需求,細(xì)化要求,出臺工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)密碼應(yīng)用細(xì)則等政策指導(dǎo)文件,完善工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全保護(hù)中的密碼應(yīng)用認(rèn)證規(guī)范,加強(qiáng)相關(guān)認(rèn)證機(jī)構(gòu)及密碼應(yīng)用行業(yè)企業(yè)的管理,打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)安全密碼應(yīng)用環(huán)境。

二是加強(qiáng)核心技術(shù)研究,提升工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺密碼應(yīng)用的適用性。相關(guān)工控廠商、系統(tǒng)集成商、平臺企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)應(yīng)結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺對密碼技術(shù)的需求,研究形成輕量級的加密、完整性校驗(yàn)、簽名算法及產(chǎn)品,平衡安全性與實(shí)時性需求,為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)保護(hù)提供技術(shù)保障。

三是加快標(biāo)準(zhǔn)制定,促進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺密碼的規(guī)范性。在《GB_T 37092-2018信息安全技術(shù) 密碼模塊安全要求》《GB_T 36322-2018信息安全技術(shù) 密碼設(shè)備應(yīng)用接口規(guī)范》《GB_T 31530-2015 信息安全技術(shù)  電子文檔加密與簽名消息語法》等已發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,應(yīng)加快形成完整的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的密碼應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系,及時制定工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)加密、簽名、完整性驗(yàn)證等關(guān)鍵急需標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范行業(yè)密碼應(yīng)用。

四是推動成果轉(zhuǎn)化,促進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺密碼應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化。對于較為成熟的國產(chǎn)SM系列等算法及其他輕量級密碼算法,加快產(chǎn)品研制與推廣,鼓勵企業(yè)部署相關(guān)產(chǎn)品,形成規(guī)模化生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的良好市場,有效降低成本,讓密碼技術(shù)真正在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)安全保護(hù)中發(fā)揮作用。(基金項(xiàng)目:國家重點(diǎn)研發(fā)計劃[2018YFB2100400]

作者| 國家工業(yè)信息安全發(fā)展研究中心 何小龍 柳彩云 李俊 陳雪鴻

來源:中國信息安全

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