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智能制造帶來的工業信息安全思考

時間:2019-10-08來源:大比特網

導語:?隨著工業化與信息化融合的浪潮,工業控制系統(IndustrialControlSystem,ICS)與IT系統已經密不可分。

隨著工業化與信息化融合的浪潮,工業控制系統(IndustrialControlSystem,ICS)與IT系統已經密不可分。現代工控系統自身正逐步采用通用的TCP/IP標準協議、通用的操作系統,同業務系統等其它信息系統的連接也越來越多。原來相對封閉的工控網絡環境日趨開放,工控系統逐漸暴露在網絡威脅之下。

截至2018年3月,RISI(theRepositoryofIndustrialSecurityIncidents)數據庫已經收集了242起全球著名的工控安全事件。其中以震網病毒和火焰病毒危害最為巨大,令人思之猶有余悸。工控系統與IT系統的一大區別是,前者直接與實際受控物理設備互動。一旦工控系統遭受破壞,可能導致物理世界中不可逆轉的重大災難。因此工控信息安全比單純企業信息系統的安全問題更加重要。智能制造將云計算、大數據、物聯網等技術引入工業制造,在提升生產效率的同時,也將工控系統至于更加開放不確定的環境中,安全問題可能更加嚴峻。

 

著名工控安全事件分析

2010年,震網病毒Stuxnet入侵伊朗的ICS系統,致使布什爾核電站長時間停運。

"震網"(Stuxnet)是一種Windows平臺上的計算機蠕蟲病毒。其傳播途徑是首先感染外部主機;然后感染U盤,利用快捷方式文件解析漏洞,傳播到內部網絡;在內部網絡中,通過快捷方式解析漏洞、RPC遠程執行漏洞、打印機后臺程序服務漏洞等,實現聯網主機之間的傳播;通過偽裝RealTek和JMicron兩大公司的數字簽名,順利繞過安全產品的檢測;最后抵達安裝有SIMATICWinCC軟件的主機,展開攻擊。"震網"病毒能控制關鍵進程并開啟一連串執行程序,最終導致整個系統自我毀滅。

核設施工控網絡是內部網絡,相對安全,但仍被通過“擺渡”的方式入侵,造成了重大災難。入侵利用了多個系統的零日漏洞,而且能偽造大公司的數字簽名,實在值得高度警惕。

2011年,黑客入侵數據采集與監控控制系統(SupervisoryControlAndDataAcquisition,SCADA)系統,破壞了美國伊利諾伊州城市供水系統的一臺供水泵。此次事件雖未造成重大損失,但足以引起國際上高度關注。因為SCADA系統廣泛應用于電力、能源行業,這些關鍵行業的SCADA系統一旦被控制,造成的損失不可估量。

2012年,Flame火焰病毒襲擊了伊朗的相關設施,還影響了整個中東地區。該病毒具有超強的數據攫取能力,收集的信息不僅包括鍵盤輸入、語音輸入,還包括屏幕輸出及各種外設通信,幾乎包括了計算機系統的所有輸入輸出。

火焰病毒被官方機構和殺毒廠商認定為迄今最復雜、最危險的病毒威脅。病毒文件達到20MB,代碼量巨大,組織復雜,要分析透徹,可能要花費幾年時間,想要徹底防御非常困難。該病毒只入侵特定的目標,潛伏性很強。完成搜集數據的任務后,該病毒還會自我毀滅,更增加其隱蔽性。目前火焰病毒主要處于潛伏狀態,但可能已經收集了大量關鍵數據,一旦發起攻擊將是致命的。

2015年12月,BlackEnergy病毒攻擊SCADA系統,烏克蘭至少有三個區域的電力系統被攻擊導致大規模停電。BlackEnerngy利用微軟office的CVE-2014-4114漏洞,把惡意腳本封裝在一個office文檔中。當電力系統員工打開這個包含OLE對象的office文檔時,OLE中的惡意腳本執行,下載病毒程序并加入開機啟動項。BlackEnerngy包含了killDisk程序,會刪除包含執行文件在內的各種文件,從而破壞SCADA系統和人機接口(HumanMachineInterface,HMI)終端。由此可知,BlackEnergy對于SCADA系統的攻擊源頭依然是來源于商業操作系統的漏洞。

智能制造帶來的新安全挑戰

傳統的工業控制網絡如下圖所示。企業信息網與內部的生產控制網絡組成一個較封閉的環境。要入侵這樣的系統,需要通過介質的擺渡攻擊或者惡意郵件、買通內部員工等社會工程手段來入侵。

智能制造的變革打破了傳統ICS的封閉環境,它融合云計算技術、大數據技術、物聯網技術,將生產制造環節與互聯網信息系統連接起來,實現資源整合共享、生產智能化自動化,從而達到降低運營成本、縮短研制周期、提高生產效率的目標。智能制造環境下網絡環境如下圖所示。

早在2010年提出的云工廠概念勾勒了智能制造的原型。云工廠受到互聯網云概念的啟發,認為一切都可以抽象成服務,包括設計服務、生產服務、測試服務、仿真服務、管理服務等。通過服務抽象,達到資源共享的目標。

智能制造不僅要求企業信息網絡連入互聯網,而且要求將原來較為獨立的生產制造環節與公司的業務信息系統(如倉儲系統、采購系統)連接起來。通過公司的業務系統,能對來自互聯網的用戶請求做出快速響應。工業大數據能幫助設計生產更加智能化、可實現柔性和動態的生產線,這也要求原本封閉的工控網絡與外部建立連接。由于工控網絡和信息網絡的互聯互通,病毒和惡意程序也更容易從信息網絡擴展到工控網絡。

智能制造環境下的工控系統面臨以下新的安全挑戰。

(1)工業網絡IP化為入侵提供了更方便的攻擊途徑。物聯網技術的引入和工業大數據的使用需要,智能工廠環境中的設計制造環節和互聯網產生更多的連接,并在更多的場景中使用TCP/IP協議進行通信。整個控制系統都可以和遠程終端互連,導致工控系統遭受網絡入侵和威脅的風險大幅增加。

(2)終端接入多樣化增加了網絡管理的困難。隨著以太網、無線網引入生產、管理的各個方面,接入的終端變得多樣化,終端上可能運行各種操作系統以及各種應用,各種應用又存在著多種多樣的安全漏洞。無疑增加了安全管理的難度,終端準入的工作復雜度提高。

(3)開放環境使得工控系統的組件的脆弱性更加彰顯。目前國內工業控制系統(比如DCS、SCADA系統、PLC等)以國外產品為主且依賴嚴重。從目前已經發生的工控安全事件來看,其存在不少零日漏洞。包括HMI終端,多采用Windows系統,且版本陳舊,容易被攻破。智能制造環境使得這些弱點暴露在網絡入侵和威脅范圍之內。

(4)5G網絡技術的應用將伴生更多的安全問題。5G網絡通過綜合運用軟件定義網絡(SoftwareDefinedNetwork,SDN)、網絡功能虛擬化(NetworkFunctionVirtualization,NFV)及云計算等技術,具備軟定義、可編程、高動態擴展和極度靈活等特性。針對于個人用戶,5G將可提供超出4G網絡1000倍的極值速率、對大規模用戶訪問以及異構網絡的無縫連接提供支持,并將確保實現高速移動條件下(500km/h)網絡的持續性。5G可以降低智能硬件的能耗,而且通過D2D(DevicetoDevice)、M2M(MachinetoMachine)、MMTC(MassiveMachineTypeofCommunication)等技術對物聯網提供支持,將進一步促進物聯網的廣泛發展。智能制造環境也必將引入5G網絡技術來改善物聯網的生產環境。然而由于5G網絡的開放、軟件化和可編程化,相較于4G網絡,5G網絡將更容易受到安全攻擊,未來5G網絡的推廣也將伴生新的安全問題。

智能制造環境中的信息安全防御關鍵點

首先是標準制定和政策引導。國家層面應繼續積極推進工控系統安全研究和相關管理標準的制定與實施。美國非常重視ICS安全研究,在工控安全領域進行了大量工作,已經形成了完整的ICS信息安全管理體制和技術體系。相比之下,我國在工控系統安全領域的工作雖起步較晚,但重視力度不斷加大。工業和信息化部于2011年9月29日編制下發了《關于加強工業控制系統信息安全管理的通知》,引起我國工業行業及企業的重視。隨著工業互聯網時代的加速來臨,按照國務院《關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》部署,近日十部門印發《加強工業互聯網安全工作的指導意見的通知》,推進工業互聯網安全保障體系建設和能力建設,工控系統信息安全的重要性可以說已經上升到戰略高度。另外,針對我國工控系統對外國依賴較嚴重的問題,國家應從政策上加以引導,在關鍵行業推進部署自主研發的工控系統,推進本質安全。

其次是企業內控。一方面,企業要加強控制系統與互聯網之間的安全防護級別。在信息網絡與控制網絡之間要安裝有效的工控防火墻設備,確保跨網絡之間的通信行為受到嚴格監管;在網絡內部還可以通過劃分VLAN等手段,進行流量安全隔離。另一方面,要做好信息系統的安全防護。對于面向互聯網提供的服務,企業要通過安全認證手段提升服務的安全訪問級別,并通過滲透測試增加Web服務的防攻擊能力。最后,針對智能制造變革引入的新安全問題,企業要與時俱進,注重企業安全團隊人才建設,并做到及時的知識更新,增強安全防御的技術力量。

最后,工控研發廠商應重視漏洞管理和自主創新。一方面,對于工控系統的組件如SCADA、DCS(DistributedControlSystem)等,要重視系統暴露出來的漏洞,安排專人對工控設備做定時的升級和打補丁操作,并及時更新殺毒軟件,夯實安全基礎工作。另一方面,廠商要重視研發具有獨立知識產權的技術,提升企業的本質安全水平。最后,對于應用于關鍵信息基礎設施和關鍵行業的核心控制系統,可引入可信計算技術增強主動防御。

安全與發展是“一體之兩翼、驅動之雙輪”,需要我們正確認識安全與發展的關系。智能制造環境下的工控系統雖然面臨諸多新的安全挑戰,但信息化融合工業化推進制造業高質量發展之路仍將一往無前。


標簽: 智能制造工業自動化

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