摘要：隨著工業(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(yīng)用。工業(yè)控制系統(tǒng)逐漸打破了以往的封閉性，這使得工業(yè)控制系統(tǒng)也必將面臨黑客入 侵等傳統(tǒng)的信息安全威脅。本文分析了工業(yè)控制系統(tǒng)面臨的安全威脅，以及現(xiàn)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(yīng)對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)安全問題的解決思路，從根本上發(fā)現(xiàn)并解決工業(yè)控制系統(tǒng)安全問題。

   關(guān)鍵詞：工業(yè)控制系統(tǒng)；漏洞

    一 . 工業(yè)控制系統(tǒng)安全威脅 

    隨著工業(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(tǒng)等工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，極大地提高了企業(yè)的綜合效益。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的協(xié)同和信息分享，工業(yè)控制系統(tǒng)也逐漸打破了以往的封閉性，采用標(biāo)準(zhǔn)、通用的通信協(xié)議及硬軟件系統(tǒng)，甚至有些工業(yè)控制系統(tǒng)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(tǒng)也必將面臨病毒、木馬、黑客入侵、拒絕 服務(wù)等傳統(tǒng)的信息安全威脅，而且由于工業(yè)控制系統(tǒng)多被應(yīng)用在電力、交通、石油化工、核工業(yè)等國(guó)家重要行業(yè)中，其安全事故造成 的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失會(huì)更為嚴(yán)重。出于政治、軍事、經(jīng)濟(jì)、信仰 等諸多目的，敵對(duì)的國(guó)家、勢(shì)力以及恐怖犯罪分子都可能把工業(yè)控 制系統(tǒng)作為達(dá)成其目的的攻擊目標(biāo)。

    根據(jù) ICS-CERT（US-CERT 下屬的專門負(fù)責(zé)工業(yè)控制系統(tǒng)的 應(yīng)急響應(yīng)小組）的統(tǒng)計(jì)，自 2011 年以來，工業(yè)控制系統(tǒng)相關(guān)安全事件數(shù)量大幅度上升。雖然針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的安全事件與互聯(lián)網(wǎng)上的攻擊事件相比，數(shù)量少得多，但由于工業(yè)控制系統(tǒng)對(duì)于國(guó)計(jì)民生 的重要性，每一次事件都會(huì)帶來巨大的影響和危害。


                                                       

    二 . 現(xiàn)有工業(yè)控制領(lǐng)域安全工作進(jìn)展

    工業(yè)控制系統(tǒng)脆弱的安全狀況以及日益嚴(yán)重的攻擊威脅，已經(jīng)引起了國(guó)家的高度重視，甚至提升到“國(guó)家安全戰(zhàn)略”的高度，并在 政策、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)、方案等方面展開了積極應(yīng)對(duì)。在明確重點(diǎn)領(lǐng)域工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全管理要求的同時(shí)，國(guó)家主管部門在政策和科研層面上也在積極部署工業(yè)控制系統(tǒng)的安全保障工作。

    自 2013 年以來，工業(yè)控制系統(tǒng)的安全 問題在國(guó)內(nèi)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(xiàn)，已成為工業(yè) 控制系統(tǒng)相關(guān)的各行業(yè)以及信息安全領(lǐng)域的 研究機(jī)構(gòu)、廠商所關(guān)注的熱點(diǎn)方向之一。同 時(shí)，國(guó)家在政策制訂、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研制、科研 基金支持、促進(jìn)行業(yè)內(nèi)合作等方面也在逐步 加大推動(dòng)的力度。其中很多廠商在工業(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(tǒng)制造商

    隨著工業(yè)控制系統(tǒng)安全問題越來越受關(guān) 注，各個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)制造商也將工業(yè)控制 系統(tǒng)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(píng)估機(jī)制， 對(duì)其生產(chǎn)的工業(yè)控制設(shè)備進(jìn)行安全評(píng)估。目 前以西門子、施耐德、羅克韋爾等為主的國(guó) 際大型工業(yè)控制系統(tǒng)制造商都已經(jīng)在積極的 進(jìn)行工業(yè)控制系統(tǒng)安全研究。

    以西門子為例，西門子中國(guó)研究院成立 了信息安全部，專門針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)進(jìn)行安全研究工作。西門子提出了縱深防御的安全理念，將工廠安全、網(wǎng)絡(luò)信息安全、系統(tǒng)完整性統(tǒng)一考慮，形成解決方案。


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

    但是可以看到，西門子的工業(yè)信息安全雖然宣稱貫穿自動(dòng)化系統(tǒng)所有層級(jí)，但主要針對(duì) 的是西門子自身的設(shè)備產(chǎn)品，給出了基于訪問控制、密碼保護(hù)在內(nèi)的信息安全解決方案。

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

    從總體上看，先進(jìn)的工業(yè)控制系統(tǒng)制造商都能夠提出自己的工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全解決 方案。但是這些制造商做這項(xiàng)工作也有其不足之處 ：各個(gè)廠商需要在 IT 安全領(lǐng)域與各種傳 統(tǒng) IT 安全廠商合作才可以實(shí)現(xiàn)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(duì)自身產(chǎn)品提供解決方案，無(wú)法提供跨廠商的 OT 安全解決方案。

    2.2 工業(yè)控制安全供應(yīng)商

    目前也有很多重點(diǎn)在工業(yè)控制安全開展工作的廠商，這些廠商主要為工業(yè)控制系統(tǒng)用戶 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)品的典型廠商如海天煒業(yè)、力控華康等廠商。這些工業(yè)控制安全供應(yīng)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(shè)備。但由于這些廠商在信息安全領(lǐng)域的積累不足，所以推出的 安全設(shè)備主要為訪問控制類產(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(tǒng)安全治理的治本之道

    3.1 工業(yè)控制系統(tǒng)面臨更加苛刻的安全性要求

    在工業(yè)控制系統(tǒng)中，無(wú)論是一次系統(tǒng)還是二次系統(tǒng)，以及間隔 層還是過程層，業(yè)務(wù)的連續(xù)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(tǒng)由于其長(zhǎng)期封閉、 獨(dú)立的特性，造成了在安全方面建設(shè)的欠缺，不具備更多的容錯(cuò)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(shù)據(jù)傳輸、 訪問等。在 Gartner 報(bào)告中，總結(jié)了工業(yè)控制系統(tǒng)安全性相比 IT 環(huán) 境的一些區(qū)別性特性 ：

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

    • 工業(yè)控制系統(tǒng)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(tǒng)安全涉及的系統(tǒng)廠商多，測(cè)試和開發(fā)環(huán)境多種多樣。

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

    • 在傳統(tǒng)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(tǒng)行業(yè)還會(huì)關(guān)注對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的協(xié)調(diào)影響，運(yùn)營(yíng)資產(chǎn)和下游后 果的安全問題。

    3.2 把成熟的 IT 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)移植到工業(yè)控制系統(tǒng)環(huán)境中

    在面對(duì)與 IT 系統(tǒng)不一樣的安全性要求的工業(yè)控制系統(tǒng)時(shí)，如何 把成熟的 IT 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)移植到工業(yè)控制系統(tǒng)中，成為必須解決的 問題。對(duì)這些挑戰(zhàn)進(jìn)行小結(jié)的話，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(tǒng) ；一個(gè)是如何在評(píng)估時(shí)保障業(yè)務(wù)的連續(xù) 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(tǒng) 在安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，不僅需要對(duì)在工業(yè)控制系統(tǒng)中使用的傳統(tǒng)
IT 設(shè)備 / 系統(tǒng)，比如操作系統(tǒng)、交換機(jī)、路由器、弱口令、FTP 服 務(wù)器、Web 服務(wù)器等，進(jìn)行安全 評(píng)估，還需要覆蓋工業(yè)控制系統(tǒng) 中所特有的設(shè)備 / 系統(tǒng)，比如 SCADA、DCS、PLC、現(xiàn)場(chǎng)總線等； 同時(shí)，不僅要覆蓋對(duì)漏洞的評(píng)估，還需要對(duì)一些關(guān)鍵系統(tǒng)的配置 進(jìn)行安全性評(píng)估 ；在工控協(xié)議的支持上，需要對(duì)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， 其覆蓋范圍可參見圖 3。


                                                     

                                                                                         圖 3 工控系統(tǒng)評(píng)估范圍

    但是，根據(jù) HIS 最近的研究報(bào)告“2013 全球工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)”中的調(diào)查 顯示， 從 2011 年到 2016 年， 雖 然 新 增加 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的總數(shù) 量將會(huì) 增加超 過 30%，但 是現(xiàn)場(chǎng)總線和以太網(wǎng)產(chǎn)品的混合產(chǎn)品數(shù)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)總線很難都 替 換 成支持以太 網(wǎng)的新式總線。因此，需要有一種有效地手 段，可以對(duì)基于老式總線工業(yè)控制系統(tǒng)進(jìn)行 漏洞掃描。 我們的解決 思 路 是， 使用一種 有效的基于總線轉(zhuǎn)換技術(shù)的漏洞掃描技術(shù)， 也就是說通過對(duì)老式總線的接入方式的轉(zhuǎn) 換，例如 RS485 轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)，使得采用 標(biāo) 準(zhǔn)工控總線協(xié)議的工業(yè)控制系統(tǒng)， 例如PROFIBUS-DP、MODBUS 等，可以通過以太網(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(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)更全面的安全風(fēng)險(xiǎn) 評(píng)估。轉(zhuǎn)換思路可如圖 4 所示。


                                                 

                                                                              圖 4 工業(yè)控制系統(tǒng)總線轉(zhuǎn)換技術(shù)

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

    在面對(duì)安全性要求更高的工業(yè)控制系統(tǒng)，需要在掃描時(shí)更加安全、可靠，而工業(yè)控制系 統(tǒng)由于長(zhǎng)期封閉建設(shè)的原因，設(shè)備 / 系統(tǒng)相比 IT 系統(tǒng)更加的脆弱。因此需要采用“零影響” 的掃描技術(shù)以保障設(shè)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)問題。同時(shí)，通過在 IT 系統(tǒng)中多年積累的安全掃描經(jīng)驗(yàn)，能夠更好地保障業(yè)務(wù)的連續(xù)性和健康性。

    3.3 如何進(jìn)行成熟的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
   
    結(jié)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(xiǎn)評(píng)估 ：

    3.3.1 可視化的工控風(fēng)險(xiǎn)展示

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

   我們根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)積累，采用了更具 實(shí)效性的儀表盤技術(shù)，從不同的角度展示設(shè) 備風(fēng)險(xiǎn)及趨勢(shì)。

    • 包含資產(chǎn)整體的風(fēng)險(xiǎn)值、資產(chǎn)分析趨 勢(shì)圖。

    • 包含主機(jī)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布、資產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)分 布趨勢(shì)。

    • 能夠可視化的顯示當(dāng)前資產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)值 及過去一段時(shí)間的變化趨勢(shì)。

    3.3.2 基于工控資產(chǎn)的漏洞跟蹤 工控系統(tǒng)一般規(guī)模大，資產(chǎn)數(shù)量、漏洞數(shù)量、脆弱性問題也很多，匯總成大量的風(fēng) 險(xiǎn)數(shù)據(jù)，會(huì)使安全管理人員疲于應(yīng)付，又不 能保證對(duì)重要資產(chǎn)的及時(shí)修補(bǔ)。

    因此漏洞跟蹤是需要盡量收集工控系統(tǒng) 環(huán)境信息，建立起工控資產(chǎn)關(guān)系列表，系統(tǒng) 基于資產(chǎn)信息進(jìn)行脆弱性掃描和分析報(bào)告 ； 需要從風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生區(qū)域、類型、嚴(yán)重程度進(jìn)行不同維度的分類分析報(bào)告，用戶可以全局掌握安全風(fēng)險(xiǎn)，關(guān)注重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)資產(chǎn)，對(duì) 嚴(yán)重問題優(yōu)先修補(bǔ)。對(duì)于需要定位工控資產(chǎn) 安全脆弱性的安全維護(hù)人員，通過直接點(diǎn)擊 儀表盤風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)，可以逐級(jí)定位風(fēng)險(xiǎn)，直至 定位到具體主機(jī)具體漏洞 ；同時(shí)需要提供了強(qiáng)大的搜索功能，可以根據(jù)資產(chǎn)范圍、風(fēng)險(xiǎn)程度等條件搜索定位風(fēng)險(xiǎn)。

    3.3.3 完善的工控漏洞管理流程 安全管理不只是技術(shù)，更重要的是通過流程制度對(duì)安全脆弱性風(fēng)險(xiǎn)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(duì)流程制度的執(zhí)行起到關(guān)鍵作 用，如何融入管理流程，并促進(jìn)流程的執(zhí)行是安全脆弱性管理產(chǎn)品需要解決的問題。


                                                    

                                                                                               圖 5 工控漏洞管理流程 

    安全管理流程制度一般包括預(yù)警、檢測(cè)、分析管理、修補(bǔ)、審計(jì)等幾個(gè)環(huán)節(jié)，結(jié)合安全流程中的預(yù)警、檢測(cè)、分析管理、審計(jì)環(huán)節(jié)， 并通過事件告警督促安全管理人員進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)修補(bǔ)。

    四 . 總結(jié)

    工業(yè)控制系統(tǒng)安全是近一兩年來備受各 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(tǒng)制造商、傳統(tǒng)安全廠商和工控安全廠商 都在這一領(lǐng)域投入力量展開研究，希望能夠 給工業(yè)控制系統(tǒng)用戶提供一個(gè)有效的安全解 決方案。

    目前各類通用工業(yè)控制系統(tǒng)安全問題解 決思路還是從外圍的訪問控制入手，本文給 出一個(gè)從工業(yè)控制系統(tǒng)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(tǒng)安全問題。我們也在依照這個(gè)思路開 展研發(fā)工作，目前已經(jīng)基本完成了工控漏洞 掃描系統(tǒng)的研發(fā)工作，并且在一些工控環(huán)境 進(jìn)行驗(yàn)證工作。希望在不久之后，更具針對(duì) 性、更有效的工控漏洞掃描系統(tǒng)將會(huì)更好地 在工業(yè)控制系統(tǒng)安全領(lǐng)域發(fā)揮作用。