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張?jiān)瀑F

教授級(jí)高工冶金自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院混合流程工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)與裝備技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任享受國(guó)務(wù)院特殊津貼專家

（1966-），男，湖南漢壽人，博士，于2005年獲得國(guó)務(wù)院特殊貢獻(xiàn)專家津貼，研究領(lǐng)域涉及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)控制系統(tǒng)安全、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用、嵌入式智能控制系統(tǒng)等方面。負(fù)責(zé)的“兩化融合”課題有基于物聯(lián)網(wǎng)的冶金廢棄物循環(huán)利用、冶金企業(yè)能源管控信息化系統(tǒng)、基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的城市能源管控中心、基于物聯(lián)網(wǎng)的大型光伏發(fā)電站監(jiān)測(cè)與運(yùn)行優(yōu)化控制系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全裝置及軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的冶金重大裝備故障診斷與壽命預(yù)測(cè)等。

1　引言

隨著2010年伊朗布什爾核電站遭到Stuxnet（“震網(wǎng)”病毒）攻擊，工業(yè)控制系統(tǒng)（ICS）網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題受到了廣泛關(guān)注^[1]。作為一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，為了清晰地理解ICS信息安全研究的對(duì)象、理論與方法，需要從其內(nèi)涵和外延兩個(gè)方面進(jìn)行分析和研究^[2,3]。ICS信息安全外延是從宏觀上研究ICS的行業(yè)類和子行業(yè)，重點(diǎn)研究相互依賴性、級(jí)聯(lián)故障等整體性、結(jié)構(gòu)性的信息安全問(wèn)題；而ICS信息安全內(nèi)涵是從微觀上研究ICS本身及其組件，重點(diǎn)研究系統(tǒng)、設(shè)備、協(xié)議的漏洞以及黑客攻擊方法、防護(hù)技術(shù)等具體的信息安全問(wèn)題。針對(duì)這兩個(gè)方面，無(wú)論是從研究的對(duì)象、還是研究的內(nèi)容和方法角度切入，都有大量問(wèn)題需要解決。

與IT系統(tǒng)不同，工業(yè)控制系統(tǒng)的本質(zhì)是信息物理融合系統(tǒng)（CPS，Cyber-physicalsystem），多維異構(gòu)的計(jì)算單元和物理對(duì)象在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中高度集成與交互，構(gòu)成了一類新型的智能復(fù)雜系統(tǒng)，其中最具代表性的就是網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（NCS，Network ControlSystem）。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分布、柔性、自治的特點(diǎn)給物理安全（Safety）帶來(lái)了風(fēng)險(xiǎn)分散、標(biāo)準(zhǔn)化、易擴(kuò)展與易維護(hù)等好處，與此同時(shí)，高度網(wǎng)絡(luò)化又使其在信息安全（Security）方面面臨前所未有的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)所有要素完全依賴網(wǎng)絡(luò)連接在一起，其信息安全問(wèn)題極具代表性。

如何從工業(yè)控制系統(tǒng)信息物理融合這一本質(zhì)特點(diǎn)出發(fā)，深度融合計(jì)算、通信和控制領(lǐng)域的研究成果，構(gòu)建一個(gè)可控、可信、可擴(kuò)展并且安全高效的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)體系，是工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全亟待研究的方向。

2　工業(yè)控制系統(tǒng)安全的本質(zhì)是信息物理融合

ICS系統(tǒng)和IT系統(tǒng)的區(qū)別總結(jié)如表1所示^[4]。ICS系統(tǒng)與IT系統(tǒng)最核心的區(qū)別在于：工業(yè)控制系統(tǒng)與生產(chǎn)過(guò)程的各物理要素有著緊密的聯(lián)系，對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的惡意攻擊，其目的除了獲取生產(chǎn)工藝參數(shù)之類的核心商業(yè)機(jī)密外，主要還反映在對(duì)物理系統(tǒng)的破壞上。

一個(gè)典型的工業(yè)控制系統(tǒng)按ANSI/ISA-99標(biāo)準(zhǔn)可以分為五個(gè)層次：企業(yè)系統(tǒng)層、運(yùn)行管理層、監(jiān)測(cè)控制層、基本控制層和過(guò)程層。從是否與現(xiàn)實(shí)的物理系統(tǒng)直接聯(lián)系的角度分析，上述的層次結(jié)構(gòu)可以分成物理空間、信息空間，如圖1所示。圖中可以清楚地看出信息物理系統(tǒng)連接的邊界。

表1 ICS系統(tǒng)與 IT系統(tǒng)的區(qū)別

圖1 信息物理融合的工業(yè)控制系統(tǒng)

從圖1可以看出，信息、物理的最直接的界面在第0、1層之間。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的各要素（信道、設(shè)備、系統(tǒng)）均處在第0、1層之間。

3　網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（NCS）安全研究的對(duì)象及面臨的挑戰(zhàn)

一個(gè)典型的NCS的組成可以用圖2（a）來(lái)表示，其中S表示傳感器（Sensor），A表示執(zhí)行器（Actuator），C表示控制器（Controller）。圖中的箭頭表示信息流而非網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系?？梢钥闯鰝鞲衅?、執(zhí)行器的信息流是單向的，控制器的信息流是雙向的，這是NCS系統(tǒng)的一個(gè)特點(diǎn)。

圖2（b）是NCS的抽象模型。為了理解方便，把傳感器、執(zhí)行器的網(wǎng)絡(luò)能力抽象為與控制器的參數(shù)傳遞關(guān)系，分別是控制信號(hào)u（從控制器到執(zhí)行器）和傳感信號(hào)y（從傳感器到控制器）。

從控制系統(tǒng)的視角，圖2（b）的NCS模型是一個(gè)單信息流方向的圖。容易混淆的一個(gè)問(wèn)題是，真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)化的執(zhí)行器與控制器之間有雙向的信息流，既有控制器命令（由控制器到執(zhí)行器的信息），也有執(zhí)行器執(zhí)行控制器命令效果的反饋，如閥門的開(kāi)度（由執(zhí)行器到控制器的信息）。在圖2（b）中執(zhí)行器到控制器的數(shù)據(jù)傳遞被歸集到了傳感信號(hào)y中。

圖2 信息物理融合的 NCS結(jié)構(gòu)

基于NCS的信息物理抽象模型，就可以把黑客對(duì)NCS的攻擊模型用圖3來(lái)表示。圖中清楚地表現(xiàn)了黑客可能發(fā)動(dòng)攻擊的位置（物理對(duì)象）和攻擊的目標(biāo)（信息對(duì)象）。

A1：對(duì)傳感器攻擊，導(dǎo)致傳感器傳輸錯(cuò)誤的結(jié)果；

A2、A4：對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊，使通信不正常；

A3：對(duì)控制器攻擊，輸出錯(cuò)誤命令；

A5：對(duì)生產(chǎn)過(guò)程攻擊（不通過(guò)網(wǎng)絡(luò)攻擊），導(dǎo)致生產(chǎn)目標(biāo)偏離。

圖3 NCS的攻擊模型

黑客對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的攻擊可以分為三個(gè)層次：

（1）信道層攻擊：接入物理通信信道，對(duì)通信報(bào)文發(fā)動(dòng)攻擊；

（2）設(shè)備層攻擊：侵入設(shè)備（傳感器、執(zhí)行器、控制器節(jié)點(diǎn)），對(duì)過(guò)程參數(shù)、控制命令、執(zhí)行器動(dòng)作進(jìn)行干擾；

（3）系統(tǒng)層攻擊：潛伏在系統(tǒng)中，伺機(jī)獲得某種控制任務(wù)的執(zhí)行權(quán)，運(yùn)行惡意程序發(fā)動(dòng)攻擊。

上述三個(gè)層次的攻擊，從時(shí)間軸上可以分為兩個(gè)階段，其分水嶺是網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)權(quán)的獲得。黑客獲得網(wǎng)絡(luò)控制權(quán)之前的攻擊對(duì)象是網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議報(bào)文。獲得網(wǎng)絡(luò)控制權(quán)之后，黑客的攻擊目標(biāo)是控制設(shè)備的參數(shù)與程序。從安全防御的角度看，前一階段的防御是主動(dòng)防御，目的是隔離攻擊者與被攻擊目標(biāo)，后一階段是被動(dòng)防御，目的是對(duì)攻擊行為預(yù)警與干預(yù)。

4　信道層安全問(wèn)題

目前廣泛使用的NCS控制網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。傳統(tǒng)上把現(xiàn)場(chǎng)總線看作是與外界物理隔離的通信系統(tǒng)，重視物理安全而忽視信息安全，因此其協(xié)議設(shè)計(jì)的重心在保證通信的可靠性、帶寬利用率和實(shí)時(shí)性，對(duì)信息安全（Cyber Security）的考慮較少。黑客對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的攻擊場(chǎng)景是：攻擊者已經(jīng)突破控制系統(tǒng)的邊界防御（如工業(yè)防火墻），可以接觸到現(xiàn)場(chǎng)總線的通信介質(zhì)和通信報(bào)文；攻擊者可以通過(guò)對(duì)報(bào)文的偵聽(tīng)、分析，可以實(shí)施竊聽(tīng)（Eavesdrop）、封鎖（Drop）、延時(shí)（Delay）、篡改（Modification）、注入（Injection）、反演（Replay）等攻擊手段。

在IEC61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中定義的現(xiàn)場(chǎng)總線是18種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的集合，各種現(xiàn)場(chǎng)總線之間存在很大的差異。從安全（Security）的角度，這些現(xiàn)場(chǎng)總線大致可以分為兩類：以ControlNet、P-Net和SwiftNet為代表的現(xiàn)場(chǎng)總線基本上就沒(méi)有任何安全措施；基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）、Profibus、WorldFIP和Interbus等則有著非常簡(jiǎn)單的安全措施。不同現(xiàn)場(chǎng)總線的安全機(jī)制^[5]可以用表2來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)明。

表2 不同現(xiàn)場(chǎng)總線的安全機(jī)制

總結(jié)起來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)總線的面臨安全隱患主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）報(bào)文以明文的方式傳輸，或者只是采取了簡(jiǎn)單的加密，這些加密措施往往容易受到攻擊。典型的例子是Modbus、Profibus-DP，而這類現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)應(yīng)用面極為廣泛。

（2）沒(méi)有校驗(yàn)碼，或者校驗(yàn)碼主要為了應(yīng)對(duì)物理層的信號(hào)擾動(dòng)，沒(méi)有針對(duì)惡意網(wǎng)絡(luò)攻擊的設(shè)計(jì)。如Modbus采用的CRC校驗(yàn)碼，其算法簡(jiǎn)單而且公開(kāi)，攻擊者很容易修改報(bào)文的內(nèi)容，也很容易修改校驗(yàn)碼，使被篡改的報(bào)文看起來(lái)“合法”。

（3）相比于IT通信系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)總線上的通信具有報(bào)文短小、模式基本固定、高頻度重復(fù)等特點(diǎn)，這給“黑客”猜測(cè)報(bào)文的模板、報(bào)文的周期規(guī)律提供了便利。

（4）沒(méi)有會(huì)話過(guò)程的時(shí)序管理，缺乏安全會(huì)話的同步機(jī)制。這也是與IT網(wǎng)絡(luò)的最大差別之一。在IT網(wǎng)絡(luò)中報(bào)文的分拆、重構(gòu)、分組交換是常用的技術(shù)，根本就沒(méi)有同步的要求。但是，基于狀態(tài)空間的線性控制系統(tǒng)，無(wú)論是傳感器信號(hào)，還是控制信號(hào)是有嚴(yán)格時(shí)序要求的，內(nèi)容合法的報(bào)文在不正確的時(shí)間或者以不正確的次序發(fā)送，都會(huì)破壞NCS的控制算法的正確性。黑客可以利用這一弱點(diǎn)，采用“重播”、“延時(shí)”的攻擊手段來(lái)攻擊NCS算法。

（5）現(xiàn)場(chǎng)總線節(jié)點(diǎn)上CPU計(jì)算能力有限。如有些Modbus/Profibus-DP從站設(shè)備甚至?xí)捎?位的51系列單片機(jī)，功能性、實(shí)時(shí)性和安全性在有限的計(jì)算資源下如何達(dá)到平衡，是設(shè)計(jì)和實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)總線安全協(xié)議的難點(diǎn)。
如何設(shè)計(jì)一種安全的協(xié)議架構(gòu)，在保證現(xiàn)場(chǎng)總線的可用性、實(shí)時(shí)性的基礎(chǔ)上，最大限度地保障信道的通信安全，是目前學(xué)術(shù)界面臨的一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。目前學(xué)術(shù)界已經(jīng)取得了一系列成果，比較有代表性的研究成果有三種：①適當(dāng)改變總線的固有通信模式，通過(guò)增加安全會(huì)話來(lái)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)防御。具有代表性的最新成果是基于已知安全傳感器量測(cè)（Know Secure Sensor Measurement，簡(jiǎn)稱KSSM）。②引入加密和訪問(wèn)控制技術(shù)甄別通信異常，這是一種被動(dòng)防御方法，也是目前為數(shù)不多的現(xiàn)場(chǎng)總線安全機(jī)制中最常用的一種。③基于安全狀態(tài)同步的安全加密認(rèn)證機(jī)制，核心是用對(duì)稱流密碼技術(shù)產(chǎn)生安全、動(dòng)態(tài)、隨機(jī)的Hash碼流，通過(guò)合理地切分碼流，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文實(shí)現(xiàn)加密、同步和MAC認(rèn)證，比較有代表性的有S3M安全協(xié)議架構(gòu)。

5　設(shè)備層安全問(wèn)題

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)備層由傳感器、執(zhí)行器與控制器組成。黑客通過(guò)攻擊傳感器信號(hào)及控制信號(hào)，可以發(fā)動(dòng)欺騙攻擊（修改傳感器測(cè)量值或者控制命令參數(shù)）、DoS攻擊（屏蔽傳感器測(cè)量值或控制命令參數(shù)）。

“Stuxnet”一類的病毒更是直接嵌入到PLC等控制器中，在一定的觸發(fā)條件下執(zhí)行惡意程序。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，黑客對(duì)傳感器、執(zhí)行器、控制器發(fā)動(dòng)的高級(jí)攻擊，表現(xiàn)出以下特點(diǎn)：

（1）黑客攻克了通信信道的所有防御技術(shù)（加密、認(rèn)證、安全狀態(tài)管理等），可以通過(guò)修改報(bào)文來(lái)修改傳感器測(cè)量值或者控制命令參數(shù)；

（2）或者黑客成功地將惡意程序植入傳感器、執(zhí)行器、控制器節(jié)點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)成功的潛伏，當(dāng)某種觸發(fā)條件成立時(shí)，執(zhí)行惡意程序，修改傳感器測(cè)量值或者控制命令參數(shù);

（3）黑客了解NCS的控制算法，可以采用適當(dāng)?shù)墓袈肪€，使得NCS在最終崩潰前，狀態(tài)處于安全狀態(tài)集，從而避開(kāi)NCS的一般性安全檢測(cè)（如液位超限報(bào)警等）。

設(shè)備層的安全防御有兩種途徑：基于可信計(jì)算的主動(dòng)防御，以及基于入侵檢測(cè)的被動(dòng)防御。

IT網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的入侵檢測(cè)系統(tǒng)（IDS，Intrusion Detection System）的研究已經(jīng)取得了大量的成果，其共同特點(diǎn)是將網(wǎng)絡(luò)本身作為研究對(duì)象，研究的是攻防雙方在網(wǎng)絡(luò)上的博弈策略和對(duì)網(wǎng)絡(luò)特性的影響。

對(duì)于具備上述攻擊特征的黑客攻擊行為，單純地研究網(wǎng)絡(luò)特征的變化已經(jīng)無(wú)能為力。這是因?yàn)楫?dāng)“Stuxnet”一類的高級(jí)攻擊代碼已經(jīng)植入PLC之后，其發(fā)動(dòng)攻擊時(shí)不會(huì)在網(wǎng)絡(luò)傳輸上表現(xiàn)出任何異常。在這種場(chǎng)景下，即使物理信道的通信一切正常，NCS的控制也不會(huì)正常。如何開(kāi)發(fā)針對(duì)這類惡意節(jié)點(diǎn)的入侵檢測(cè)技術(shù)，是NCS被動(dòng)防御的關(guān)鍵問(wèn)題，也是學(xué)術(shù)界的核心問(wèn)題之一。

設(shè)備層入侵檢測(cè)的難點(diǎn)在于，到目前為止，對(duì)于一個(gè)黑客在獲得智能設(shè)備的控制權(quán)后會(huì)采用何種攻擊策略缺乏系統(tǒng)的研究，更沒(méi)有對(duì)這些攻擊策略的數(shù)學(xué)描述。博弈論在研究IT網(wǎng)絡(luò)的理性攻擊者方面取得了一些成果，但是關(guān)于如何建立黑客入侵信息物理融合的控制系統(tǒng)的行為模型，從而為NCS的IDS（入侵檢測(cè)系統(tǒng)）、IPS（入侵防御系統(tǒng)）提供理論基礎(chǔ)，目前為止還沒(méi)有見(jiàn)到。

惡意節(jié)點(diǎn)入侵檢測(cè)的另一個(gè)難點(diǎn)是，即使可以預(yù)計(jì)黑客的可能攻擊策略，也無(wú)法獲得黑客采用這些策略的概率、發(fā)起攻擊的強(qiáng)度等關(guān)鍵參數(shù)。這就需要所設(shè)計(jì)的IDS算法可以對(duì)連續(xù)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行自修正，從而提高檢出結(jié)果的可信度。

考慮到網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對(duì)黑客攻擊的檢測(cè)的在線和實(shí)時(shí)性要求，此類攻擊檢測(cè)可以抽象為“基于變化檢測(cè)的最優(yōu)停止問(wèn)題”?；谙到y(tǒng)異常的入侵檢測(cè)技術(shù)遇到的一個(gè)挑戰(zhàn)是檢測(cè)結(jié)果只具有統(tǒng)計(jì)意義上的參考價(jià)值，并非絕對(duì)判斷，存在錯(cuò)判漏判的可能。如何降低誤報(bào)、漏報(bào)率是算法有效的關(guān)鍵。

6　系統(tǒng)層安全問(wèn)題

在一個(gè)NCS系統(tǒng)中，可能存在已經(jīng)被植入惡意代碼的傳感器、執(zhí)行器以及控制器，到底哪一個(gè)是可信的，這就涉及到信任管理的問(wèn)題。在黑客成功入侵NCS后，需要有一種辦法判斷NCS每個(gè)成員的可信賴度。在有容錯(cuò)能力的NCS中，在檢測(cè)到系統(tǒng)異常后，需要選擇可信賴的資源進(jìn)行替換。基于這些原因，需要建立一套理論體系和方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)NCS成員的可信任度進(jìn)行評(píng)估和管理，當(dāng)系統(tǒng)中的某項(xiàng)資源的可信任度偏離嚴(yán)重時(shí)，可以隔離或限制該資源在NCS里的作用。

目前為止，還沒(méi)有關(guān)于NCS系統(tǒng)信任管理方面的研究成果。主要原因是現(xiàn)有的PLC、SCADA等過(guò)程控制系統(tǒng)中，有一個(gè)基本假設(shè)：控制系統(tǒng)的所有單元都是可信的，只要不出現(xiàn)功能故障，系統(tǒng)就會(huì)按照既定的程序運(yùn)行。控制系統(tǒng)安全的概念還限于功能安全，作為備份的冗余資源，不管是I/O部件、電源部件、CPU部件，在“主”部件出現(xiàn)故障時(shí)，都會(huì)無(wú)條件地進(jìn)行替換。衡量這類系統(tǒng)的安全性的指標(biāo)是在線熱切換的速度。

在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，上述的假設(shè)越來(lái)越不成立，尤其是在德國(guó)工業(yè)4.0提出的應(yīng)用場(chǎng)景下，M2M（機(jī)器對(duì)機(jī)器）是未來(lái)制造的一種常見(jiàn)模式。一個(gè)工廠中，能完成某項(xiàng)任務(wù)的智能體（Agent）不止一個(gè)，選擇哪一個(gè)，為什么選擇，就成為了一個(gè)很急迫的問(wèn)題。

可以借用人類社會(huì)活動(dòng)中的信譽(yù)概念，通過(guò)信譽(yù)度來(lái)評(píng)判NCS中各單元的安全（Security）程度，并以此為基礎(chǔ)來(lái)決定任務(wù)分配策略，是一種可行的思路。就像社會(huì)系統(tǒng)中，通過(guò)一個(gè)人的消費(fèi)記錄、犯罪記錄、信用記錄等來(lái)評(píng)判他的信譽(yù)度，并以此為依據(jù)來(lái)決定保險(xiǎn)、貸款、是否聘用等。這里的關(guān)鍵是，需要找到一種方法，對(duì)NCS進(jìn)行“擬人”化描述，即建立NCS的一種數(shù)學(xué)模型，這個(gè)模型下，可以準(zhǔn)確地描述NCS各“成員”的行為，并把這種行為的歷史數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信譽(yù)值。

NCS的安全信任管理是一項(xiàng)全新的研究，需要應(yīng)用到諸多跨學(xué)科的知識(shí)。目前學(xué)術(shù)界已經(jīng)開(kāi)始有人嘗試用多Agent技術(shù)來(lái)對(duì)NCS建模，以此為基礎(chǔ)建立了初步的NCS信譽(yù)度量機(jī)制^[6]。

7　NCS安全的研究目標(biāo)
信息系統(tǒng)安全三原則（CIA）和自動(dòng)化系統(tǒng)的安全（如魯棒性、自適應(yīng)等）概念都不能很好地概括信息物理融合的NCS系統(tǒng)的安全目標(biāo)（Security Goal），因此學(xué)術(shù)界把彈性概念引入到控制系統(tǒng)，提出了彈性控制系統(tǒng)^[7]。

彈性控制系統(tǒng)的概念涉及大尺度、復(fù)雜系統(tǒng)的物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、生產(chǎn)過(guò)程效率和穩(wěn)定性問(wèn)題。在面對(duì)不可預(yù)期的或者惡意的擾動(dòng)時(shí)，如果一個(gè)控制系統(tǒng)是具有安全彈性的，它必須能夠清楚地意識(shí)到系統(tǒng)的安全狀態(tài)，而且能保持一定程度的正常運(yùn)行。

從設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式角度來(lái)審視，彈性控制系統(tǒng)應(yīng)滿足以下條件^[8]：

（1）可以將異常事件數(shù)量最小化；

（2）大多數(shù)的異常事件可以消除；

（3）如果異常事件不能消除，這種異常事件的負(fù)面影響可以最小化；

（4）可以在比較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常。

彈性控制系統(tǒng)的安全目標(biāo)恰好涵蓋了功能安全、信息安全，同時(shí)充分考慮了控制系統(tǒng)的服役對(duì)象的特點(diǎn)。
如何構(gòu)建彈性的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，并對(duì)控制系統(tǒng)的安全彈性給予量化評(píng)估，是這一領(lǐng)域可以深入研究的課題。

8　結(jié)語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（NCS）的傳感器、執(zhí)行器和控制器之間通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息交互來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，在所有類型的控制系統(tǒng)中，其安全問(wèn)題是最具代表性的。如何從信息物理融合的角度來(lái)理解NCS的安全問(wèn)題，并找到相應(yīng)的解決辦法，學(xué)術(shù)界相關(guān)的研究成果很少。建立了一個(gè)基于信息物理融合概念的控制系統(tǒng)安全技術(shù)體系，可以為進(jìn)一步的工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全技術(shù)的深入研究和產(chǎn)品研發(fā)提供一定的基礎(chǔ)。

依托混合流程工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)與裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，利用其網(wǎng)絡(luò)攻防對(duì)抗實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，冶金自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院針對(duì)NCS的黑客攻擊模型、信道安全機(jī)制、入侵檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)信任管理幾個(gè)方面展開(kāi)了研究，在NCS的信息安全問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述、現(xiàn)場(chǎng)總線安全協(xié)議架構(gòu)、信息物理融合的入侵檢測(cè)技術(shù)，以及基于簇信譽(yù)的信任管理方面取得了一系列成果，這些成果可以為同行在這一方向的深入研究提供一定的借鑒。

作者簡(jiǎn)介

張?jiān)瀑F（1966-），男，湖南漢壽人，博士，教授級(jí)高工，現(xiàn)就職于冶金自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院混合流程工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)與裝備技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，研究領(lǐng)域涉及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)控制系統(tǒng)安全、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用、嵌入式智能控制系統(tǒng)等方面。

付修章（1990-），男，河南商丘人，研究生在讀，主要研究方向?yàn)榭刂评碚撆c控制工程。

孫希艷（1987-），女，山東濰坊人，碩士，研發(fā)工程師，初級(jí)高工，主要研究方向?yàn)楣I(yè)物聯(lián)網(wǎng)。

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摘自《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全專刊（第二輯）》