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1 工控系統(tǒng)安全現(xiàn)狀
1.1 工控系統(tǒng)現(xiàn)狀
目前，各類信息安全均面臨著廣泛的威脅，而工控系統(tǒng)尤為突出，主要是因為工業(yè)控制領(lǐng)域信息安全的先天不足：
（1）工控設(shè)備（如PLC、DCS等）以及工控協(xié)議本身普遍在設(shè)計之初就較少考慮信息安全方面的問題。工控設(shè)備主要關(guān)注的是功能安全，系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性方面；互聯(lián)網(wǎng)通常都通過加密、身份認(rèn)證等方式來保證協(xié)議傳輸?shù)陌踩?，如SSH、HTTPS協(xié)議。而工控協(xié)議基本都是采用明文方式傳輸，并且缺少身份認(rèn)證的支持，這在傳統(tǒng)IT領(lǐng)域是絕對無法接受的。
（2）工控系統(tǒng)在建設(shè)之初較少考慮信息安全問題。較早建立的工控系統(tǒng)很少有與外網(wǎng)進行信息交互的需求，因此主要采用物理隔離的方式部署，即使存在一些問題，也沒有暴露出來。
（3）隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，“兩化融合”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“工業(yè)4.0”等概念的推進，工控系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的信息交互變得十分必要且頻繁，這就把系統(tǒng)中隱藏的風(fēng)險、漏洞暴露出來，同時也會引入新的風(fēng)險。
基于上述原因，當(dāng)前工控系統(tǒng)信息安全形勢嚴(yán)峻。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，我國很多重要控制系統(tǒng)都暴露在互聯(lián)網(wǎng)上，涉及市政供水供熱、能源、水利等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，一旦被攻擊，后果將非常嚴(yán)重。
1.2 工控系統(tǒng)安全防護現(xiàn)狀
由于工控領(lǐng)域缺乏信息安全基礎(chǔ)，面臨諸多風(fēng)險，為提高工控系統(tǒng)的安全，借助工控系統(tǒng)專業(yè)信息安全產(chǎn)品進行加固是主要措施之一。從國家層面也在鼓勵適用于工業(yè)控制系統(tǒng)的信息安全產(chǎn)品的發(fā)展，2012年及2013年國家發(fā)改委組織的年度國家信息安全專項中扶持的領(lǐng)域均包括工業(yè)控制領(lǐng)域。因此，近年工控信息安全產(chǎn)品得到了快速的發(fā)展。
雖然有一定的國家層面的支持，但目前工控信息安全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展還相對遲緩，主要由于用戶需求不是很明確，缺少國家政策的強力推動，如工控系統(tǒng)的等級保護。
若要工控系統(tǒng)信息安全有質(zhì)的發(fā)展，需要開發(fā)安全型的PLC、DCS及安全的工控協(xié)議，并制定工控信息安全產(chǎn)品、工控系統(tǒng)設(shè)備安全及工控系統(tǒng)安全的系列標(biāo)準(zhǔn)體系，來引領(lǐng)工控信息安全的健康發(fā)展。
2 工控信息安全產(chǎn)品及標(biāo)準(zhǔn)情況
2.1 工控信息安全專用產(chǎn)品
2.1.1 典型工控信息安全產(chǎn)品介紹
近年來公安部計算機信息系統(tǒng)安全產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（以下簡稱“檢測中心”）對工控信息安全專用產(chǎn)品的檢測情況如表1所示。在2013年之前，工控信息安全專用產(chǎn)品還相當(dāng)少，從2014年開始有較大發(fā)展，并處于快速發(fā)展期。
表1 工控信息安全專用產(chǎn)品檢測數(shù)量情況
從表1中看出，目前工控信息安全產(chǎn)品較多的有兩類：
第一類為隔離類產(chǎn)品，主要部署在工控系統(tǒng)中控制網(wǎng)與管理網(wǎng)之間。包括協(xié)議隔離產(chǎn)品，采用雙機架構(gòu)，兩機之間不使用傳統(tǒng)的TCP/IP進行通信，而是對協(xié)議進行剝離，僅將原始數(shù)據(jù)以私有協(xié)議（非TCP/IP）格式進行傳輸。其次還有網(wǎng)閘，除了做協(xié)議剝離，兩機中間還有一個擺渡模塊，使得內(nèi)外網(wǎng)之間在同一時間是不聯(lián)通的，比較典型的是OPC網(wǎng)閘，主要還是傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)，傳輸控制命令的網(wǎng)閘還相當(dāng)少。另外還有單向?qū)朐O(shè)備，主要采用單向光纖、VGA視頻信號等方式從物理上保證傳輸?shù)膯蜗蛐?，其缺點是不能保證傳輸數(shù)據(jù)的完整性，但對于將控制網(wǎng)中的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡髽I(yè)辦公網(wǎng)還是可行的?？傮w來說，由于隔離類產(chǎn)品采用雙機架構(gòu)，中間私有協(xié)議通信，即使外端機被攻擊者控制，也無法侵入內(nèi)端機，其安全性要高于防火墻設(shè)備。
第二類為工控防火墻，根據(jù)防護的需要，在工控系統(tǒng)中部署的位置存在多種情況，通常用于各層級之間、各區(qū)域之間的訪問控制，也可能部署在單個或一組控制器前方提供保護。工控防火墻采用單機架構(gòu)，主要對基于TCP/IP工業(yè)控制協(xié)議進行防護。通過鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層及應(yīng)用層的過濾規(guī)則分別實現(xiàn)對MAC地址、IP地址、傳輸協(xié)議（TCP、UDP）和端口，以及工控協(xié)議的控制命令和參數(shù)的訪問控制。工控防火墻從形態(tài)來說主要分兩種，一類是在傳統(tǒng)IT防火墻的基礎(chǔ)上增加工控防護功能模塊，對工控協(xié)議做深度檢查及過濾。還有一類工控防火墻是參考多芬諾工業(yè)防火墻的模式來實現(xiàn)的。
其它的工控信息安全產(chǎn)品目前相對較少，主要包括工控審計、工控漏洞掃描、工控主機防護等產(chǎn)品。此外還有2013年發(fā)改委專項支持的10款工控網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品。
2.1.2 工控信息安全產(chǎn)品分類
從產(chǎn)品的保護對象、防護功能來看，工控信息安全產(chǎn)品主要分為以下幾類：
（1）邊界防護類
這類產(chǎn)品通常以串接方式工作，部署在工控以太網(wǎng)與企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)之間、工廠的不同區(qū)域之間，或者控制層與現(xiàn)場設(shè)備層之間。通過一定的訪問控制策略，對工控系統(tǒng)邊界、工控系統(tǒng)內(nèi)部區(qū)域邊界進行保護。工控防火墻、工控隔離產(chǎn)品均屬于邊界防護類。由于這類產(chǎn)品以串接方式部署，同時具有阻斷功能，產(chǎn)品的穩(wěn)定可靠、功能安全要求較高，產(chǎn)品的異常將會對工控系統(tǒng)的正常運行帶來直接影響。
（2）審計監(jiān)控類
這類產(chǎn)品通過鏡像接口分析網(wǎng)絡(luò)流量，或者通過代理及設(shè)備的通用接口進行探測等方式工作，及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量或設(shè)備的異常情況并告警，通常不會主動去阻斷通信。主要包括工控審計產(chǎn)品、工控入侵檢測產(chǎn)品、工控漏洞掃描及挖掘產(chǎn)品、工控安全管理平臺等。這類產(chǎn)品自身的故障不會直接影響工控系統(tǒng)的正常運行，也更容易讓用戶接受。
（3）主機防護類
工控系統(tǒng)中會部署一定數(shù)量的主機設(shè)備，如工程師站、操作員站等。這些設(shè)備往往是工控系統(tǒng)的風(fēng)險點，病毒的入侵、人為的誤操作等威脅主要都是通過主機設(shè)備進入工控系統(tǒng)。因此，這些主機有必要進行一定的防護。目前主要有兩種針對主機設(shè)備的防護產(chǎn)品：一種為鎧甲式防護產(chǎn)品，通過接管主機設(shè)備的鼠標(biāo)/鍵盤輸入、USB等外圍接口來保證主機的安全；另一種就是白名單產(chǎn)品，通過在主機上安裝代理程序，限制只有可信的程序、進程才允許運行，防止惡意程序的侵入。
2.1.3 工控信息安全產(chǎn)品的發(fā)展
IT領(lǐng)域的信息安全產(chǎn)品已經(jīng)非常豐富，在工控信息安全防護方面是可以借鑒的。很多產(chǎn)品經(jīng)過適當(dāng)?shù)母倪M，增加工控防護的相關(guān)功能，提高其穩(wěn)定性和可靠性，就能夠應(yīng)用于工控系統(tǒng)。目前市面上較多產(chǎn)品均是基于這個思路來實現(xiàn)的。但從用戶的角度來看，部署信息安全產(chǎn)品，提高系統(tǒng)安全防護的同時，特別是針對帶阻斷防護功能的產(chǎn)品，也引入了潛在的風(fēng)險點。因此，在工控系統(tǒng)內(nèi)部部署訪問控制類產(chǎn)品，對用戶來說還需要一定的時間來接受。而審計監(jiān)控類、主機防護類產(chǎn)品相對潛在風(fēng)險要小很多，將是工控信息安全產(chǎn)品的一個快速發(fā)展方向。
2.2 工控系統(tǒng)信息安全產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
我國對信息安全產(chǎn)品（當(dāng)然也包括工控信息安全產(chǎn)品）實現(xiàn)銷售許可制度，只有通過檢測中心依據(jù)相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)、公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢測合格之后，才允許在國內(nèi)銷售，國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不能覆蓋的時候，檢測中心也會制訂相應(yīng)的檢驗規(guī)范、檢測條件作為檢驗依據(jù)。因此，對工控信息安全產(chǎn)品來說，制訂相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)非常重要。由于工控信息安全近年才受到關(guān)注，并且標(biāo)準(zhǔn)的制定周期也比較長，目前，有大批標(biāo)準(zhǔn)尚處于編制過程中。
（1）邊界防護類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)
《信息安全技術(shù) 工業(yè)控制系統(tǒng)專用防火墻技術(shù)要求》，國標(biāo)在編。
《信息安全技術(shù) 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)安全隔離與信息交換系統(tǒng)安全技術(shù)要求》，國標(biāo)在編。包括邏輯隔離、網(wǎng)閘。
《信息安全技術(shù) 工業(yè)控制系統(tǒng)邊界安全專用網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品安全技術(shù)要求》，行標(biāo)在編，該標(biāo)準(zhǔn)基于發(fā)改委信息安全專項提出。
（2）審計監(jiān)控類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)
《信息安全技術(shù) 工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)審計產(chǎn)品安全技術(shù)要求》，國標(biāo)在編。
《信息安全技術(shù) 工業(yè)控制安全管理平臺安全技術(shù)要求》，行標(biāo)在編。
《信息安全技術(shù) 工業(yè)控制系統(tǒng)入侵檢測產(chǎn)品安全技術(shù)要求》，行標(biāo)在編。
（3）主機防護類產(chǎn)品檢測條件
由于標(biāo)準(zhǔn)的申報與編制需要一定的周期，市場出現(xiàn)了某些安全防護產(chǎn)品，檢測中心則針對此類產(chǎn)品編制檢測條件，并經(jīng)專家團評審?fù)ㄟ^后，檢驗中心按檢測條件來檢測這些產(chǎn)品。包括：
ICS主機安全防護與審計監(jiān)控產(chǎn)品安全檢測條件；
文件加載執(zhí)行控制產(chǎn)品安全檢測條件。
（4）其它類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)
《信息安全技術(shù) 工業(yè)控制系統(tǒng)軟件脆弱性掃描產(chǎn)品安全技術(shù)要求》，行標(biāo)在編。
《信息安全技術(shù) 安全采集遠程終端單元（RTU）安全技術(shù)要求》，行標(biāo)在編。
標(biāo)準(zhǔn)的制定，既要具備適應(yīng)性，能夠滿足用戶的需求，與當(dāng)前的技術(shù)水平相符，又要具備一定的前瞻性，能夠指導(dǎo)和引領(lǐng)該類產(chǎn)品的發(fā)展。而目前工控信息安全還處于起步發(fā)展階段，這將使得工控信息安全產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的制定難度頗大，主要表現(xiàn)在：
（1）工控信息安全標(biāo)準(zhǔn)既涉及工業(yè)控制，又涉及信息安全，究竟歸口哪個標(biāo)委會需要考慮？是TC260（全國信息安全標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會），還是TC124（全國工業(yè)過程測量控制和自動化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會）。如《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全》GB/T30976-2014就同時歸口兩個標(biāo)委會。就算不管歸口問題，標(biāo)準(zhǔn)的評審過程中應(yīng)該需要有這兩方面的專家參與。
（2）不同行業(yè)和環(huán)境的需求差別大，如電力、石化行業(yè)，標(biāo)準(zhǔn)制定的通用性難度非常大，如果全部按最嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)要求，勢必增加企業(yè)成本。
（3）工控協(xié)議種類繁多，實現(xiàn)架構(gòu)差異大。這導(dǎo)致很難提出一套各種協(xié)議都能支持的技術(shù)要求。
（4）當(dāng)前產(chǎn)品種類與數(shù)量有限，用戶的需求也不是很明確。而在編制過程中，首先就需要廣泛調(diào)研用戶需求、產(chǎn)品現(xiàn)狀。這也會給工控信息安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的編制帶來困難。
3 工控信息安全產(chǎn)品測評及主要問題
信息安全產(chǎn)品的第三方檢測是非常有必要的，一是確認(rèn)產(chǎn)品與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的符合性，二是在檢測的過程中能夠發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的一些潛在缺陷。完善、全面、合理的第三方檢測還能增強用戶使用該類產(chǎn)品的信心。對于信息安全產(chǎn)品，我國強制的第三方檢測主要為檢測中心的銷售許可檢測。
由于目前相應(yīng)的工控信息安全產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)、公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均未發(fā)布，而這類產(chǎn)品的銷售許可檢測需要依據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)或者規(guī)范。工控系統(tǒng)與傳統(tǒng)的IT系統(tǒng)有著較大差別，直接采用IT系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)肯定是不合適的。因此，目前主要采取的方式是，主要依據(jù)相應(yīng)的IT標(biāo)準(zhǔn)，除去部分明確不適用的條款，并增加部分工控系統(tǒng)的技術(shù)要求，以這種方式作為過渡。下面以工控防火墻為例來加以說明。
3.1 工控防火墻測試
3.1.1 測評依據(jù)
（1）主要依據(jù)傳統(tǒng)IT檢測標(biāo)準(zhǔn)《信息安全技術(shù) 防火墻技術(shù)要求和測試評價方法》GB/T 20281-2006來執(zhí)行，除去明確不適用的條款，包括：
深度包檢測：此要求是針對用于互聯(lián)網(wǎng)的通用協(xié)議（HTTP、SMTP等），在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)一般不會用到，作為不適用項。
NAT（地址轉(zhuǎn)換）：傳統(tǒng)防火墻必需的功能，通過地址轉(zhuǎn)換隱藏真實的IP，并盡量少占用有限的IP地址資源，在工控系統(tǒng)中為可選要求，部署在控制系統(tǒng)下層時通常以透明模式部署。
動態(tài)端口開放：是針對FTP和Oracle數(shù)據(jù)庫常見的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，要求支持動態(tài)端口開放，在工控系統(tǒng)中不會用到。
抗?jié)B透：部分針對HTTP、郵件等協(xié)議的要求，作為不適用項。
性能要求：不做強制要求，工控系統(tǒng)中流量通常都比較小，產(chǎn)品的吞吐性能一般不會成為瓶頸，但部分系統(tǒng)中對設(shè)備帶來的延時要求非常高。
（2）在國標(biāo)的基礎(chǔ)上，增加工業(yè)控制系統(tǒng)安全需求的部分要求。
基于白名單的訪問控制策略，包括網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層的白名單。網(wǎng)絡(luò)層的白名單是，規(guī)則允許的MAC、IP、端口才能通過。應(yīng)用層的白名單是，允許執(zhí)行的控制命令能通過，其它的默認(rèn)禁止。
工業(yè)控制協(xié)議過濾，這是工控防火墻最核心的功能。首先需要對協(xié)議格式進行檢查，阻止不符合協(xié)議規(guī)約的訪問請求；其次需要對請求的內(nèi)容進行檢查，如讀寫操作、操作的地址范圍，以及操作值。
支持OPC協(xié)議的動態(tài)端口開放。該協(xié)議在工控系統(tǒng)中廣泛使用，其特點是不采用固定端口通信，而是在會話建立時協(xié)商一對動態(tài)端口。
多工作模式。在工控系統(tǒng)中把一個設(shè)備加進去，如果誤阻斷的話，后果非常嚴(yán)重。因此需要具備驗證模式，試運行一段時間，只報警不阻斷，來檢查規(guī)則的合理性。
具有高可靠性。
3.1.2 典型的功能要求項測試——工業(yè)控制協(xié)議過濾
（1）實現(xiàn)技術(shù)
分析應(yīng)用層數(shù)據(jù)，對協(xié)議格式進行檢查。阻斷不符合協(xié)議規(guī)約的請求，這種請求可能為攻擊行為，并可能對控制器帶來不可預(yù)見的后果。
獲取協(xié)議中各所需參數(shù)，如功能碼、操作對象地址、操作值等，將其與設(shè)定的訪問控制規(guī)則進行比對。放行規(guī)則允許的通訊，否則就阻斷。
（2）測評方法
協(xié)議格式檢查，采用專用定制測試工具來檢測。正常協(xié)議的訪問可以通過真實設(shè)備或者模擬軟件來實現(xiàn)，而不符合協(xié)議規(guī)約的異常請求（非標(biāo)準(zhǔn)功能碼、異常長度、超越限值等）就需要定制開發(fā)的工具來實現(xiàn)。
被測設(shè)備配置允許某項工控協(xié)議。
從客戶端發(fā)起符合協(xié)議規(guī)約的所有請求，如最典型的MODBUS TCP/IP協(xié)議，通過服務(wù)端接收到的數(shù)據(jù)包進行判斷，檢測防火墻是否有誤阻斷。
采用類似模糊測試技術(shù)，發(fā)起不符合協(xié)議規(guī)約的混雜請求，把數(shù)據(jù)長度不對或字段不對的請求混合正常請求，通過服務(wù)器接收數(shù)據(jù)進行判斷，檢測防火墻能否將符合規(guī)約的數(shù)據(jù)通過，不符合規(guī)約的數(shù)據(jù)阻斷，并生成統(tǒng)計報表。
協(xié)議參數(shù)檢查，通過真實工控設(shè)備或得到廣泛認(rèn)可的模擬軟件，手工檢測即可。
（3）預(yù)期結(jié)果
符合協(xié)議規(guī)約、規(guī)則允許的請求可以通過防火墻，不會被誤阻斷；
不符合協(xié)議規(guī)約或沒有規(guī)則允許的請求將被阻止。
3.1.3 測試的難點
對產(chǎn)品的測試深度往往是無止境的，需要兼顧投入與產(chǎn)出。對工控信息安全產(chǎn)品，部分測試投入是很大的，但又是必須的。如：
對協(xié)議格式的檢查，部分產(chǎn)品可能僅針對協(xié)議的幾個重要字段進行檢查，而未做到全覆蓋。在測試時，需要遍歷協(xié)議的各種異常，測試用例將非常龐大，且非常耗時。
另外，產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性測試也是測試的難點。不僅包括硬件層面，還包括軟件層面。對于廠商來說，還能夠通過將大量的設(shè)備放置在特定的惡劣環(huán)境中長時間運行，來檢查設(shè)備的故障率。對于第三方測試，就難以操作了。
3.2 檢測過程中常見的問題
（1）防護功能不足（工控防火墻）
協(xié)議格式檢查的不全面，僅針對部分字段進行檢查。
部分產(chǎn)品控制的深度不夠。控制粒度由淺到深依次是功能碼級別、地址級別、控制值范圍。產(chǎn)品可能僅控制到功能碼級別，不能控制到地址和控制值這個深度。
（2）產(chǎn)品自身安全不足
產(chǎn)品自身存在安全漏洞，包括支撐系統(tǒng)、管理界面。目前很多產(chǎn)品采用B/S方式管理，管理界面存在注入、認(rèn)證繞過的漏洞。
身份鑒別措施、配置信息保護、安全審計方面不足。
（3）安全保障措施不足
開發(fā)安全方面：研發(fā)的物理環(huán)境沒有明確隔離、開發(fā)主機及服務(wù)器缺乏足夠的安全保護措施、研發(fā)網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)未采取嚴(yán)格的隔離措施等。
交付方面：主要缺少交付過程的安全措施。如果此過程中被惡意植入后門、感染病毒，威脅也很大。
配置管理方面：配置庫權(quán)限控制不夠嚴(yán)格；配置管理計劃與實際管理不符等。
（文章整理自鄒春明在“2015第四屆工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全峰會”第二站上的報告）
作者簡介
鄒春明（1979-），男，湖南衡陽人，高級測評師，碩士，現(xiàn)就職于公安部第三研究所、公安部計算機信息系統(tǒng)安全產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，主要研究方向為信息安全。
摘自《自動化博覽》2016年4月刊
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號