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★ 浙江木鏈物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司

1 項(xiàng)目概況

電力行業(yè)新能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全實(shí)驗(yàn)室依托于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)靶場(chǎng)平臺(tái)和電力行業(yè)仿真裝置，構(gòu)建電力行業(yè)典型業(yè)務(wù)虛實(shí)結(jié)合仿真場(chǎng)景，提供現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備、工業(yè)系統(tǒng)軟件等資源，能夠針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析、展示，其中包含攻防演練過程數(shù)據(jù)、攻防研究測(cè)試數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、工業(yè)安全監(jiān)管數(shù)據(jù)。電力行業(yè)新能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全實(shí)驗(yàn)室建成后可開展工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全評(píng)估、產(chǎn)品測(cè)試、攻防競(jìng)賽、應(yīng)急演練、技術(shù)培訓(xùn)等工作。

1.1 項(xiàng)目背景

電力是國(guó)家的支柱能源和經(jīng)濟(jì)命脈，其安全穩(wěn)定運(yùn)行不僅關(guān)系到國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且維系國(guó)家安全。隨著電網(wǎng)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，安全事故的影響范圍越來越大，安全問題越來越突出，電力網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行已經(jīng)成為全球的研究熱點(diǎn)。

當(dāng)前，世界各國(guó)在網(wǎng)絡(luò)空間的投入不斷加大，網(wǎng)絡(luò)軍備競(jìng)賽愈演愈烈。國(guó)家行為體參與的網(wǎng)絡(luò)犯罪活動(dòng)日益猖獗，所使用的工具和手法越來越先進(jìn)，利用網(wǎng)絡(luò)攻擊破壞電力等國(guó)家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施已成為現(xiàn)實(shí)，自網(wǎng)絡(luò)空間向物理電網(wǎng)發(fā)起攻擊成為當(dāng)前大國(guó)博弈、大規(guī)模戰(zhàn)爭(zhēng)的重要手段。

電力行業(yè)的工業(yè)信息系統(tǒng)作為國(guó)家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，很容易成為國(guó)家之間網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗和有組織黑客的攻擊目標(biāo)，電力行業(yè)信息安全面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì)。

1.2 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

新能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)仿真的網(wǎng)絡(luò)安全、產(chǎn)品測(cè)試、教育培訓(xùn)、漏洞挖掘和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的虛擬訓(xùn)練場(chǎng)。新能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全實(shí)驗(yàn)室的第一目標(biāo)是提供關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)控制系統(tǒng)訓(xùn)練環(huán)境，訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)安全人員如何防御關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)設(shè)施受到攻擊，以及如果針對(duì)假定目標(biāo)實(shí)施網(wǎng)絡(luò)攻擊。此外還可以針對(duì)仿真網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、記錄攻防行為、提供大型關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)仿真復(fù)現(xiàn)、支持攻防演練、教育培訓(xùn)等事件復(fù)盤、為安全產(chǎn)品提供測(cè)試展示平臺(tái)等功能。

網(wǎng)絡(luò)靶場(chǎng)系列產(chǎn)品通過虛擬化、虛實(shí)結(jié)合組網(wǎng)等技術(shù)，能夠低成本高效率地仿真出接近真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。為網(wǎng)絡(luò)攻防對(duì)抗訓(xùn)練、應(yīng)急響應(yīng)演練、攻防技術(shù)培訓(xùn)以及網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗工具評(píng)測(cè)研究等需求提供安全可靠的仿真試驗(yàn)場(chǎng)地。

1.3 項(xiàng)目目標(biāo)

通過建設(shè)電力行業(yè)新能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全實(shí)驗(yàn)室，構(gòu)建調(diào)光伏組件系統(tǒng)、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、光伏發(fā)電功率管控系統(tǒng)、箱變和逆變器系統(tǒng)、升壓站系統(tǒng)、天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)、辦公網(wǎng)絡(luò)等，為新能源場(chǎng)站網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)技術(shù)研究、攻防實(shí)戰(zhàn)演練提供必要的仿真環(huán)境。

針對(duì)電力行業(yè)關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)與測(cè)試驗(yàn)證，開展新能源場(chǎng)站工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全評(píng)估、測(cè)試、攻防競(jìng)賽、應(yīng)急演練、技術(shù)培訓(xùn)等工作，將有力提升新疆地區(qū)電力行業(yè)整體工控安全研究水平。

2 項(xiàng)目實(shí)施

2.1 建設(shè)內(nèi)容

新能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全實(shí)驗(yàn)室建設(shè)主要包括面向新能源場(chǎng)站生產(chǎn)環(huán)境的智能仿真平臺(tái)、攻防與監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)靶場(chǎng)平臺(tái)、蜜罐系統(tǒng)、教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)、安全競(jìng)賽系統(tǒng)及測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)七個(gè)部分。

（1）場(chǎng)景仿真平臺(tái)

根據(jù)電力系統(tǒng)新能源場(chǎng)站工控安全領(lǐng)域科研與教學(xué)需求，建設(shè)智能仿真平臺(tái)。平臺(tái)由控制系統(tǒng)和電力生產(chǎn)仿真場(chǎng)景沙盤組合而成，按照電力系統(tǒng)光伏發(fā)電的場(chǎng)景定制。作為光伏電站的微縮示意模型，幫助研究人員和參訓(xùn)學(xué)員加深對(duì)新能源發(fā)電的實(shí)際過程的理解，掌握生產(chǎn)過程的實(shí)際應(yīng)用技術(shù)，電站正常生產(chǎn)控制流程及攻擊、防護(hù)效果。

（2）工控安全攻防及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

工控安全攻防及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是工控安全實(shí)驗(yàn)室的必要組成部分，也是其核心系統(tǒng)。基于工控安全攻防及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)完整的攻擊、防御、監(jiān)測(cè)演練活動(dòng)，是實(shí)驗(yàn)室重要的資源組件。

（3）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)靶場(chǎng)平臺(tái)

根據(jù)電力系統(tǒng)工控安全領(lǐng)域科研與實(shí)訓(xùn)需求，建設(shè)工控網(wǎng)絡(luò)靶場(chǎng)平臺(tái)。在靶場(chǎng)提供的可控訓(xùn)練環(huán)境內(nèi)，集成網(wǎng)絡(luò)安全攻防領(lǐng)域內(nèi)的各類常見設(shè)備，使用專業(yè)的攻防手段，在完全可控的環(huán)境中構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)攻防的真實(shí)場(chǎng)景并對(duì)其進(jìn)行解析和分析呈現(xiàn)，從而使科研人員和參訓(xùn)學(xué)員能夠直觀、快捷、全面和細(xì)致地掌握網(wǎng)絡(luò)攻防的各種概念和技術(shù)細(xì)節(jié)。

（4）蜜罐系統(tǒng)

工控蜜罐系統(tǒng)是一種情報(bào)收集系統(tǒng)。蜜罐作為故意讓人攻擊的目標(biāo)，引誘黑客前來攻擊。攻擊者入侵后，蜜罐系統(tǒng)通過各類數(shù)據(jù)采集功能從而得知黑客是如何入侵的。通過各類數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行后期分析即可了解針對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)發(fā)動(dòng)的最新攻擊和漏洞。還可以收集黑客所用的各種工具等。

（5）安全實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

根據(jù)電力系統(tǒng)新能源場(chǎng)站工控安全領(lǐng)域科研與教學(xué)需求，建設(shè)安全實(shí)訓(xùn)平臺(tái)系統(tǒng)。采用理論與實(shí)踐相融合的方式，提升工控安全人員的攻防實(shí)戰(zhàn)能力，填補(bǔ)了新疆地區(qū)新能源場(chǎng)站工業(yè)信息安全實(shí)訓(xùn)平臺(tái)教學(xué)、培訓(xùn)方面的空白。通過工控安全實(shí)訓(xùn)平臺(tái)實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)練，提升和加強(qiáng)工控網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和信息系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和性能，為電力系統(tǒng)的工控網(wǎng)絡(luò)攻防系統(tǒng)評(píng)測(cè)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全人才培訓(xùn)、攻防演練和技術(shù)評(píng)測(cè)提供有效技術(shù)支撐。

（6）安全競(jìng)賽系統(tǒng)

根據(jù)電力系統(tǒng)新能源場(chǎng)站工控安全領(lǐng)域科研與教學(xué)需求，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)安全競(jìng)賽系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)安全競(jìng)賽系統(tǒng)通過虛擬化、虛實(shí)結(jié)合組網(wǎng)等技術(shù)，能夠低成本高效率的仿真出接近真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。具備理論考核、奪旗競(jìng)賽、攻防競(jìng)賽等功能，為開展各類國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)安全競(jìng)賽提供了簡(jiǎn)便、穩(wěn)定、實(shí)用的支撐平臺(tái)。

（7）測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)

根據(jù)電力系統(tǒng)工控安全領(lǐng)域科研與教學(xué)需求，建設(shè)測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)。系統(tǒng)具備真實(shí)環(huán)境復(fù)現(xiàn)能力，可驗(yàn)證相關(guān)產(chǎn)品在真實(shí)環(huán)境下的功能及性能表現(xiàn)屬性。同時(shí)工具庫中包含各種軟硬件測(cè)試工具，亦可方便地調(diào)入復(fù)現(xiàn)環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試，避免了預(yù)備工作復(fù)雜、干擾因素較多等問題。

2.2 體系架構(gòu)

圖1 實(shí)驗(yàn)室體系架構(gòu)

（1）實(shí)驗(yàn)室以“風(fēng)光互補(bǔ)”生產(chǎn)環(huán)境仿真為基礎(chǔ)，通過工藝仿真、系統(tǒng)仿真和協(xié)議流量仿真，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)流的還原，并將其通過虛擬融合的方式接入到靶場(chǎng)平臺(tái)。

（2）實(shí)驗(yàn)室以靶場(chǎng)平臺(tái)為基座，依托流式大數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過整合計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲(chǔ)資源和工控安全的知識(shí)庫來構(gòu)建虛擬化組件資源池。

（3）靶場(chǎng)平臺(tái)通過搭載相關(guān)的引擎模塊，聯(lián)動(dòng)攻防系統(tǒng)及效果展示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的整體資源調(diào)度和管理。最終為教學(xué)培訓(xùn)、安全競(jìng)賽、產(chǎn)品測(cè)試、安全研究等相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行賦能。

圖2 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)效果概覽

2.3 功能詳述

2.3.1 演練場(chǎng)景規(guī)劃與編輯

通過搭建新能源場(chǎng)站生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于真實(shí)設(shè)備、系統(tǒng)的還原。

由于工控安全攻擊事件多是針對(duì)上位機(jī)、下位機(jī)、上位機(jī)和下位機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行攻擊，而攻擊的結(jié)果多是影響到執(zhí)行器這一層面，因此最基礎(chǔ)的工控仿真平臺(tái)應(yīng)當(dāng)具備如下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）具有電力行業(yè)工控系統(tǒng)代表性；

（2）完整的“上位機(jī)-下位機(jī)-執(zhí)行器-傳感器”架構(gòu)；

（3）具備豐富鮮明的展示效果；

（4）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于著名工控事件的還原和深度解讀，從而起到教育意義；

（5）能與工控安全實(shí)驗(yàn)室中的其他系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。

圖3 電力行業(yè)工控安全實(shí)驗(yàn)室演練場(chǎng)景規(guī)劃示意圖

2.3.2 安全攻防演練與監(jiān)測(cè)

要實(shí)現(xiàn)完整的安全攻防演練，在工控仿真平臺(tái)的基礎(chǔ)上，還需要各類攻擊手段與安全防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)抗演練。安全攻防演練與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括兩部分，即安全防護(hù)系統(tǒng)，以及攻擊套件系統(tǒng)。

2.3.3 安全防護(hù)效能評(píng)估

依靠安全防護(hù)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)病毒、攻擊的防御，但并不能做到提前發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)，預(yù)知安全事件的發(fā)生，安全防護(hù)效能評(píng)估系統(tǒng)提供對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)資產(chǎn)、安全設(shè)備的有效管控，同時(shí)能夠進(jìn)行針對(duì)漏洞、流量的分析管理，增強(qiáng)系統(tǒng)安全防護(hù)能力。

2.3.4 安全效果綜合呈現(xiàn)

考慮到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全實(shí)驗(yàn)室不僅承擔(dān)著輔助技術(shù)人才進(jìn)行演練提升的作用，還承擔(dān)著人才安全意識(shí)培養(yǎng)、安全事件分析、安全制度優(yōu)化、應(yīng)急響應(yīng)培訓(xùn)等各類職責(zé)，需要面向組織中各個(gè)級(jí)別、每一位學(xué)員，因此如何呈現(xiàn)攻防演練的過程及結(jié)果，這也是工業(yè)控制系統(tǒng)安全攻防演練平臺(tái)建設(shè)的一項(xiàng)重點(diǎn)。

3 案例亮點(diǎn)及創(chuàng)新性

3.1 項(xiàng)目亮點(diǎn)/創(chuàng)新點(diǎn)

（1）建設(shè)能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全人才孵化基地，探索產(chǎn)學(xué)合作模式

通過網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)室的搭建，推行產(chǎn)學(xué)融合的人才培養(yǎng)模式，推動(dòng)專業(yè)設(shè)置、課程內(nèi)容、教學(xué)方式與生產(chǎn)實(shí)踐對(duì)接，建設(shè)具有特色的優(yōu)質(zhì)能源行業(yè)工控安全人才培養(yǎng)孵化基地，在區(qū)域內(nèi)樹立標(biāo)桿形象。

（2）打造完善工控安全課程體系，實(shí)踐“理論+實(shí)踐”的教學(xué)理念

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全是一個(gè)綜合、交叉的學(xué)科領(lǐng)域，涉及數(shù)學(xué)、物理、通信、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、管理等諸多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)和最新發(fā)展成果，同時(shí)該專業(yè)也是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)。因此，應(yīng)以電力行業(yè)需求為導(dǎo)向建立科學(xué)的課程體系，課程體系中應(yīng)理論基礎(chǔ)與工程實(shí)踐并重，注重參訓(xùn)學(xué)員的綜合素質(zhì)和自學(xué)能力的培養(yǎng)，建立“理論教學(xué)+安全實(shí)操”的多模式相結(jié)合的創(chuàng)新的教學(xué)模式，促進(jìn)學(xué)員安全能力的全面掌握。

（3）加強(qiáng)關(guān)基安全應(yīng)急響應(yīng)能力，提升紅藍(lán)方實(shí)戰(zhàn)對(duì)抗水平

“紅隊(duì)攻點(diǎn)?藍(lán)隊(duì)防面?以攻促防?全面消缺”，全面提升地區(qū)新能源場(chǎng)站網(wǎng)絡(luò)安全人才梯隊(duì)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全“戰(zhàn)時(shí)”水平，培養(yǎng)復(fù)合型人才，提升專業(yè)技能，并可有效提高該地區(qū)關(guān)基設(shè)施安全“戰(zhàn)時(shí)”應(yīng)急響應(yīng)能力。

3.2 項(xiàng)目應(yīng)用情況及效果

（1）已經(jīng)完成面向核電、火電、新能源和鋼鐵等多個(gè)行業(yè)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目和交付，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)參數(shù)良好，獲得用戶的好評(píng)和歡迎。

（2）已經(jīng)積累了數(shù)字孿生技術(shù)和虛擬融合仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)行業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)仿真（包括生產(chǎn)工藝仿真、控制系統(tǒng)仿真和通訊協(xié)議仿真），幫助用戶1:1還原了生產(chǎn)環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的流動(dòng)，為安全分析和攻防對(duì)抗提供了高可用性的研究載體。

（3）完成多個(gè)行業(yè)數(shù)十種生產(chǎn)場(chǎng)景的還原，為用戶定制了自動(dòng)化攻擊流量和安全防護(hù)系統(tǒng)，并集成了“震網(wǎng)”等50余種典型攻防劇本，聚焦戰(zhàn)時(shí)關(guān)基設(shè)施安全防護(hù)和應(yīng)急響應(yīng)，通過基于“掛圖作戰(zhàn)”理念的攻防對(duì)抗，有效提升能源行業(yè)安全從業(yè)者的實(shí)戰(zhàn)水平。

（4）搭載了漏洞挖掘和設(shè)備固件測(cè)試高級(jí)研究工具，為客戶提供最優(yōu)的工控安全設(shè)備檢測(cè)及安全分析工具，助力用戶形成契合企業(yè)實(shí)際需求的安全標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。

3.3 經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益

（1）提高行業(yè)內(nèi)單位全員安全意識(shí)

通過建設(shè)電力行業(yè)工控信息安全仿真系統(tǒng)，能夠向組織內(nèi)部全員普及工控安全防范概念，通過參觀講解、基于工控安全仿真系統(tǒng)做一些知名工控安全事件的還原分析，以及進(jìn)行工控安全基礎(chǔ)概念、政策法規(guī)、攻防演示培訓(xùn)，增強(qiáng)單位各部門、各級(jí)別人員的安全意識(shí)。

（2）規(guī)劃行業(yè)內(nèi)單位生產(chǎn)安全發(fā)展趨勢(shì)

通過緊跟國(guó)內(nèi)外工控安全防護(hù)理念的最新發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合工控安全仿真系統(tǒng)內(nèi)部攻防研究和行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，做出對(duì)于行業(yè)內(nèi)工控安全發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，從而提出具備可行性、先進(jìn)性、可靠性的研究方向，支撐行業(yè)內(nèi)工控安全研究團(tuán)隊(duì)的科研項(xiàng)目，提升行業(yè)內(nèi)工控安全研發(fā)技術(shù)實(shí)力。

（3）加強(qiáng)行業(yè)內(nèi)單位生產(chǎn)安全管理能力

通過模擬工控安全事件發(fā)生全流程，讓電力關(guān)基運(yùn)營(yíng)管理人員對(duì)安全事件的準(zhǔn)備階段、發(fā)生階段、處置階段有直觀的認(rèn)識(shí)，從而能夠梳理當(dāng)前組織內(nèi)部在安全管理方面的不足，提升組織在安全事件防范、治理等方面的管理能力。

（4）提升行業(yè)內(nèi)單位應(yīng)急響應(yīng)能力

安全事件的發(fā)生往往無法預(yù)知，因此除了安全防御體系的建設(shè)，安全事件應(yīng)急響應(yīng)處理也是整個(gè)安全防范工作的重中之重。通過工控攻防實(shí)驗(yàn)室能夠模擬各類主流安全事件，結(jié)合真實(shí)直觀的“實(shí)戰(zhàn)演練”場(chǎng)景，提升組織對(duì)于安全事件的應(yīng)急響應(yīng)能力。

（5）降低行業(yè)內(nèi)單位工控安全風(fēng)險(xiǎn)

通過建設(shè)工控安全仿真系統(tǒng)，能夠做到：增強(qiáng)全員安全意識(shí)、增強(qiáng)安全管理水平、培養(yǎng)工控安全人才、提升安全事件的應(yīng)急響應(yīng)能力，同時(shí)能夠結(jié)合蜜罐系統(tǒng)、靶場(chǎng)系統(tǒng)等系統(tǒng)，在通用安全設(shè)備+安全軟件的基礎(chǔ)上，有效降低工控系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)，提升安全防范實(shí)力。

《自動(dòng)化博覽》2023年1月刊暨《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全專刊（第九輯）》