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工业网络控制系统的安全与管理

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资料介绍

随着“两化”融合的推进和以太网技术在工业控制系统中的广泛应用,引发的病毒和木马对SCA-DA系统攻击的事件日益频繁,直接影响到公共基础设施的安全,为工业生产运行和国家经济安全带来重大的安全隐患.从工业控制的角度,分析工业控制系统安全的特殊性,并提出针对工控系统安全的综合解决方案.

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-87·

工业网络控制系统的安全与管理

魏钦志

(北京力控华康科技有限公司，北京100193)

摘要：随着“两化”融合的推进和以太网技术在工业控制系统中的广泛应用，引发的病毒和木马对scA-

DA系统攻击的事件日益频繁，直接影响到公共基础设施的安全，为工业生产运行和国家经济安全带来

重大的安全隐患。从工业控制的角度，分析工业控制系统安全的特殊性，并提出针对工控系统安全的综

合解决方案。

关键词：工业控制系统安全；基础设施安全；隔离网关；工业网络安全

中图分类号：TP309

文献标识码：A

文章编号：1000—8829(2013)02—0087—06

Network Control

and

Illd吣trial

M肌agement

System Security

WEI _Qin-zhi

Force Control—Huacon

100193，China)

(Beijing

Technology Co．，Ltd．，Beijing

Abstract：The

tion of Ethemet

tem is attacked

industrial

with info珊atization and industrialisation and t11e

widely applica。

promotion

technology

f琵quenny

me喀ing together

_Trojan．TheSCADA

of vims and

in industrial contml

which threatens the

lead to the

sys—

system

spread

risk to

infrastmcture and

security

public brings great security

of the of industrial contr01

security

and national

is ana。

system

production

economy．The particularity

t}le

contml

the

solutions about industrial control

integrated sys·

industrial

lyzed矗om

perSpective

system，and

tem is also

provided．

of industrial control

public

infIrastnlcture；isolation gateway；industrial

Keywords：security

network securitv

system；secuIity

度的控制计算机；

②2008年，攻击者入侵波兰某城市的地铁系统，

工业控制系统介绍

1．1工业控制系统

通过电视遥控器改变轨道扳道器，导致4节车厢脱轨；

③2010年，“网络超级武器”stuxnet(俗称“震

网”)蠕虫病毒通过针对性地入侵Ics系统，严重威胁

到伊朗布什尔核电站核反应堆的安全运营；

④2011年，黑客通过入侵数据采集与监控系统

sCADA，使得美国伊利诺伊州城市供水系统的供水泵

遭到破坏。

contr01

工业控制系统(ICS，industrial

systems)由

几种不同类型的控制系统组成，包括监控数据采集系

统(sCADA)、分布式控制系统(DCs)、过程控制系统

(PCs)、可编程逻辑控制器(PLc)，其广泛应用于工

业、电力、能源、交通、水利以及市政等领域，用于控制

关键生产设备的运行。

1．2工业控制网络的发展

这些领域中的工业控制系统一旦遭到破坏，不仅

会影响产业经济的持续发展，更会对国家安全造成巨

大的损害。典型工业控制系统入侵事件：

现场总线技术作为传统的数据通信方式广泛地应

用在工业控制中，经过多年的争论和斗争后，现场总线

国际标准IEc一61158放弃了其制定单一现场总线标

①2007年，攻击者入侵加拿大的一个水利scA．

DA控制系统，通过安装恶意软件破坏了用于取水调

准的初衷，最终发布了包括10种类型总线的国际标

准。因此，各大总线各具特点、不可互相替代的局面得

到世界工控界的认可。多种现场总线协议和标准的共

收稿日期：2012一10—31

存，意味着在各总线之间实现相互操作、相互兼容的代

价是高昂，且困难的。

作者简介：魏钦志(1982一)，男，黑龙江哈尔滨人，工程师，总经

理，主要从事工业自动化、计算机软件、计算机网络和安全方面

的工作，以及相关领域的技术和产品研发。

目前控制器甚至远程L／O支持以太网的功能越来

万方数据

-88·

《测控技术》2013年第32卷第2期

越强，在有些控制器和远程I／0模块中已经集成了

web服务器，从而允许信息层的用户也可以和控制层

的用户一样直接获取控制器和远程L／0模块中的当前

状态值。采用以太网架构和开放的软件系统的制造企

业也被称为“数字工厂”。此外，通过Intemet可以实

现对工业生产过程的实时远程监控，将实时生产数据

与ERP系统以及实时的用户需求结合起来，使生产不

只是面向订单的生产，而是直接面向机会和市场的

“电子制造”，从而使企业能够适应经济全球化的要

求。

要包括对工业控制系统信息安全问题重视不够、管理

制度不健全、相关标准规范缺失、技术防护措施不到

位、安全防护能力和应急处置能力不高等，这些问题威

胁着工业生产安全和社会正常运转。

2．2工业控制网络的安全隐患

2．2．1

非授权使用——入侵

系统被入侵是系统常见的一种安全隐患。黑客侵

入计算机和网络可以非法使用计算机和网络资源，甚

至是完全掌控计算机和网络。

控制网络的计算机终端和网络往往可以控制或影

响诸如大型化工装置、公用工程设备，甚至核电站安全

系统等大型工程化设备。黑客一旦控制该系统，对系

统造成一些参数的修改，就可能导致生产运行的瘫痪，

就意味着可能利用被感染的控制中心系统破坏生产过

程、切断整个城市的供电系统、恶意污染饮用水甚至是

破坏核电站的正常运行等。随着近些年来越来越多的

控制网络接人到互联网当中，这种可能性越来越大。

2．2．2拒绝服务攻击

1．3工业网络协议

目前，市场上具有以太网接口和TcP／IP协议的

设备很多。以太网技术的高速发展以及80％的市场

占有率和现场总线的明显缺陷，促使工控领域的各大

厂商纷纷研发出适合自己工控产品且兼容性强的工业

以太网。其中应用较为广泛的工业以太网之一是西门

子公司研发的sIMA耵C NET工业以太网；拥有丰富的

工业应用经验的施耐德电气公司，也推出了一系列完

整的、以TCP／IP以太网为基础、对用户高度友好的服

务，专门用于工业控制领域。自1979年以来，Modbus

就已成为工业领域串行链路协议方面的事实标准，它

已经在数以百万计的自动化设备中作为通信协议得到

了应用。由于它的成功应用，互联网社团给Modbus

协议保留了TCP 502端口作为专用端口。通过Modb．

us消息可以在TCP／IP以太网和互联网上交换自动化

数据，以及其他各种应用(文件交换、网页、电子邮件

等)。

受到拒绝服务攻击是一种危害很大的安全隐患。

常见的流量型攻击如Ping Flooding、uDP nooding等，

以及常见的连接型攻击如sYN Flooding、AcK Flooding

等，通过消耗系统的资源，如网络带宽、连接数、cPu

处理能力等使正常的服务功能无法进行。拒绝服务攻

击难以防范的原因是它的攻击对象非常普遍，从服务

器到各种网络设备如路由器、交换机、防火墙等都可以

被拒绝服务攻击。

控制网络一旦遭受严重的拒绝服务攻击就会导致

操作站的服务瘫痪，与控制系统的通信完全中断等。

其他知名的工控硬件厂商，也提供了支持以太网

接口的通信协议。如Rockweu支持的EtherNe∥IP协

可以想象，受到拒绝服务攻击后的控制网络可能导致

网络中所有操作站和监控终端无法进行实时监控，其

后果是非常严重的。而传统的安全技术对拒绝服务攻

击几乎不可避免，且缺乏有效的手段来解决。

TCP／IP

议，GE支持的sRTP TcP／IP、EGD、MODBus

协议，浙大中控、和利时支持的oPc协议等。如今，在

同一个网络上，无需任何接口就可以有机地融合信息

技术与自动化已成为现实。

2．2．3病毒攻击

Stuxnet蠕虫病毒对西门子公司的数据采集与监

控系统sIMATIc进行攻击，称其为“超级工厂病毒”。

Stuxnet蠕虫在2010年7月开始爆发。它利用了微软

操作系统中至少4个漏洞，其中有3个全新的零日漏

洞；伪造驱动程序的数字签名；通过一套完整的入侵和

传播流程，突破工业专用局域网的物理限制；利用SI—

MATIc系统的2个漏洞，对其开展破坏性攻击。它是

第一个直接破坏现实世界中工业基础设施的恶意代

码。据赛门铁克公司的统计，目前全球已有约45000

个网络被该蠕虫感染，其中60％的受害主机位于伊朗

境内。伊朗政府已经确认该国的布什尔核电站遭到

Stuxnet蠕虫的攻击。

2工业控制系统的安全现状分析

2．1

工业控制系统的安全威胁

一旦工业控制系统信息安全出现漏洞，将对工业

生产运行和国家经济安全造成重大隐患。随着计算机

和网络技术的发展，特别是信息化与工业化深度融合

以及物联网的快速发展，工业控制系统产品越来越多

地采用通用协议、通用硬件和通用软件，以各种方式与

互联网等公共网络连接，病毒、木马等威胁正在向工业

控制系统扩散，工业控制系统信息安全问题日益突出。

2010年发生的stuxnet病毒事件，充分反映出工业控

制系统信息安全面临严峻的形势。与此同时，我国工

业控制系统信息安全管理工作中仍存在不少问题，主

为此工信部于2011年10月份发布了《关于加强

万方数据

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