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1　引言

隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)等）的快速發(fā)展，以及兩化融合和智能制造的不斷推進(jìn)，工業(yè)控制系統(tǒng)廣泛采用了通用開放的工業(yè)協(xié)議、通用的硬件平臺(tái)技術(shù)和通用軟件組件，并且越來(lái)越多地以各種方式與公共網(wǎng)絡(luò)連接，病毒、木馬等信息安全威脅正從傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向工業(yè)控制系統(tǒng)延伸。

近年來(lái)，工控系統(tǒng)信息安全事件時(shí)有發(fā)生，針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的定向攻擊也日益增多，從震網(wǎng)、火焰、毒區(qū)病毒到黑色力量，網(wǎng)絡(luò)攻擊更加隱蔽、復(fù)雜多樣和規(guī)模化網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同。面對(duì)日益復(fù)雜的縱深滲透、動(dòng)態(tài)協(xié)同的規(guī)模化、網(wǎng)絡(luò)化攻擊，僅依靠傳統(tǒng)防火墻和IT信息安全技術(shù)體系已無(wú)法有效應(yīng)對(duì)，亟需設(shè)計(jì)工業(yè)控制系統(tǒng)自內(nèi)而外的綜合性深度防護(hù)技術(shù)體系，突破信息物理空間深度融合場(chǎng)景下的工控安全防護(hù)難題，從工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)在機(jī)理上實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)的深度安全。

針對(duì)工控領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外專家進(jìn)行了一系列研究工作。美國(guó)能源部發(fā)表了提升SCADA網(wǎng)絡(luò)信息安全性的21個(gè)步驟，用于指導(dǎo)SCADA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)^[1]；美國(guó)國(guó)土安全部整理了工業(yè)領(lǐng)域推薦的旨在防范物理攻擊和網(wǎng)絡(luò)攻擊的控制系統(tǒng)安全程序^[2]；該部門還提出了面向控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和多層信息架構(gòu)的縱深防御策略，解決多種網(wǎng)絡(luò)集成所帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)^[3]；Kilman等人則建立了SCADA系統(tǒng)的安全策略框架，涵蓋風(fēng)險(xiǎn)管理程序、數(shù)據(jù)安全等諸多層面^[4]。

本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)之上，結(jié)合工業(yè)控制領(lǐng)域多年的設(shè)計(jì)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)當(dāng)前所面臨的典型安全威脅進(jìn)行了匯總分析，并提出了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)深度安全體系架構(gòu)，能夠保障全生命周期的安全性、可靠性和可用性。

2　網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)脆弱性分析

網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)典型模型如圖1所示。被控對(duì)象是化工廠或核電站等現(xiàn)場(chǎng)裝備，控制站從變送器采集數(shù)據(jù)，執(zhí)行控制程序，并輸出到閥門對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制；工程師站負(fù)責(zé)組態(tài)、下裝和發(fā)布；操作站負(fù)責(zé)HMI操控；接口站負(fù)責(zé)異構(gòu)系統(tǒng)及MES通信接口。

圖1 網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)典型模型

網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是控制單元（嵌入式平臺(tái)）、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)（工業(yè)協(xié)議）和監(jiān)控平臺(tái)（組態(tài)/監(jiān)控軟件），核心功能是控制功能和監(jiān)視功能。由于流程工業(yè)應(yīng)用環(huán)境往往高溫、高壓、易燃、易爆，控制和監(jiān)視功能都要求連續(xù)而不可間斷，可用性達(dá)到99.999%。誤動(dòng)、拒動(dòng)和不可監(jiān)視都會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果，造成非計(jì)劃停產(chǎn)、減產(chǎn)或裝置損壞，甚至人身傷亡和環(huán)境破壞。

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、邊緣智能等新技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用以及兩化融合、互聯(lián)網(wǎng)+和智能制造的推進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)呈現(xiàn)開放、互聯(lián)和智能發(fā)展趨勢(shì)，具體表現(xiàn)為：

·越來(lái)越開放的網(wǎng)絡(luò)（兩化融合、智能制造、互聯(lián)網(wǎng)+）；

·開放的種類繁多的工控協(xié)議（Modbus等）和互聯(lián)網(wǎng)接口（遠(yuǎn)程維護(hù)、遠(yuǎn)程診斷等）；

·通用化的軟硬件架構(gòu)和平臺(tái)技術(shù)（Windows、PC、TCP/IP、OPC）；

·靈活應(yīng)用的移動(dòng)設(shè)備（移動(dòng)監(jiān)控、移動(dòng)巡檢、人員定位等）；

·上下工藝多裝置多總線的互聯(lián)互通需求（網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)成為工廠的數(shù)據(jù)中心）。

面對(duì)網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化的新形勢(shì)，工業(yè)控制系統(tǒng)傳統(tǒng)物理封閉的安全措施已無(wú)法保證，特別是大量已運(yùn)行多年的工業(yè)控制系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)化、信息化改造后，將面臨較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)脆弱性如表1所示。

表1 網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)脆弱性

3　網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)典型安全威脅

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的攻擊往往是針對(duì)特定目標(biāo)（特定工藝或特定設(shè)備）的特定模式定向攻擊，并且融合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工控技術(shù)和生產(chǎn)工藝技術(shù)，攻擊模型復(fù)雜，技術(shù)綜合。無(wú)論Stuxnet病毒^[5]、Havex病毒^[6]，還是BlackEnergy^[7]，都是蓄謀已久，深入工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)在機(jī)理，非常隱蔽，綜合傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)攻擊手段和圍繞工控系統(tǒng)脆弱性進(jìn)行弱點(diǎn)攻擊的方法，采取由外而內(nèi)、層層滲透的攻擊手段，最終挾持控制了工業(yè)控制系統(tǒng)，使其執(zhí)行錯(cuò)誤的動(dòng)作但毫無(wú)察覺或不可恢復(fù)。基本原理如下：

（1）態(tài)勢(shì)感知：綜合多種方法和手段，選擇攻擊目標(biāo)，并收集目標(biāo)信息，常見方法有：

·針對(duì)工業(yè)領(lǐng)域上市公司或特定目標(biāo)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)掃描，從門戶網(wǎng)站或信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)入口進(jìn)行滲透；

·采用SHADON、ZOOMEYE等工控系統(tǒng)專項(xiàng)掃描工具，通過(guò)工控系統(tǒng)的特征碼、特定端口或網(wǎng)絡(luò)接口描述從網(wǎng)絡(luò)上搜索查找攻擊目標(biāo)^[8]；

·采用社會(huì)工程學(xué)或間諜等其他手段搜索目標(biāo)信息。

（2）網(wǎng)絡(luò)攻擊：利用操作系統(tǒng)和防火墻的漏洞或后面，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)滲透（遠(yuǎn)程訪問(wèn)接口、OPC通信接口、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口、企業(yè)門戶接口等）、擺渡（U盤、移動(dòng)設(shè)備等）、社交工具（郵件等）等手段，攻擊并控制工業(yè)控制系統(tǒng)的工作站或接口設(shè)備。

（3）工控系統(tǒng)定向攻擊：針對(duì)工控系統(tǒng)架構(gòu)的脆弱性，進(jìn)行最后的致命一擊，挾持控制工業(yè)控制系統(tǒng)，執(zhí)行錯(cuò)誤的動(dòng)作且不被察覺。主要攻擊方法有：

·工業(yè)網(wǎng)絡(luò)攻擊方法：堵塞或中斷網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)協(xié)議已知漏洞攻擊、工業(yè)協(xié)議fuzzing攻擊、工業(yè)協(xié)議大量數(shù)據(jù)包攻擊、偽造控制指令攻擊、偽裝實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)攻擊^[9]；

·監(jiān)控平臺(tái)攻擊方法：木馬攻擊、KillDisk攻擊、竊取關(guān)鍵工藝或數(shù)據(jù)、通信DLL中間人攻擊、篡改組態(tài)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)、挾持組態(tài)/監(jiān)控軟件攻擊（發(fā)送錯(cuò)誤指令、顯示錯(cuò)誤數(shù)據(jù)等）^[10]；

·控制單位攻擊方法：嵌入式平臺(tái)已知漏洞攻擊、超級(jí)后門攻擊、固件升級(jí)或配置接口攻擊。

從攻擊鏈分析，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)典型威脅如表2所示，典型威脅模型如圖2所示。

表2 典型的安全威脅

圖2 典型威脅模型

4　網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)安全防護(hù)設(shè)計(jì)

由于工業(yè)控制系統(tǒng)固有的特性和局限性（確定的功能、強(qiáng)實(shí)時(shí)和連續(xù)控制需求、專有的平臺(tái)和技術(shù)、受攻擊后嚴(yán)重的后果、嵌入式平臺(tái)受限的性能等），網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)安全防護(hù)設(shè)計(jì)有別于IT信息安全，采取不同的工作原理和安全策略。網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)安全防護(hù)的核心是內(nèi)建安全，圍繞工業(yè)控制系統(tǒng)的脆弱性，通過(guò)控制內(nèi)核自主可控、嵌入式平臺(tái)可信增強(qiáng)、容錯(cuò)架構(gòu)和系統(tǒng)自愈等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)深度安全體系架構(gòu)，保障全生命周期的安全性、可靠性、可用性。

網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)防護(hù)設(shè)計(jì)核心目標(biāo)是信息安全、功能安全和操作安全一體化，實(shí)現(xiàn)高可用性、完整性和機(jī)密性。基于IEC61508和IEC62443國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以及工業(yè)控制系統(tǒng)典型失效模式，從硬件隨機(jī)失效（器件失效、電應(yīng)力、環(huán)境應(yīng)力、EMC、軟失效和通信典型故障燈）、系統(tǒng)失效（軟件、嵌入式、硬件和FPGA等部件開發(fā)過(guò)程的失效）和網(wǎng)絡(luò)攻擊（病毒、黑客等惡意攻擊）三個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)性分析，采取FMEA分析、安全開發(fā)流程以及安全防護(hù)技術(shù)措施等綜合內(nèi)建安全設(shè)計(jì)方法和技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)、應(yīng)用和數(shù)據(jù)全方位的安全。

4.1　分層分域安全網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

針對(duì)大型工程項(xiàng)目規(guī)模化網(wǎng)絡(luò)、規(guī)模化并發(fā)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求，依托IEC62443-1-1、IEC62443-3-1和IEC62443-3-3，設(shè)計(jì)分層分域安全網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，應(yīng)用層次化分布式網(wǎng)絡(luò)模型、多路徑優(yōu)化選擇的容錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、完善的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和診斷體系、全面充分的網(wǎng)絡(luò)通訊驗(yàn)證等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)操作物理分區(qū)和控制物理分區(qū)，安全分區(qū)之間管道支持安全隔離。并結(jié)合大型工程項(xiàng)目實(shí)踐，應(yīng)用大規(guī)模組網(wǎng)技術(shù)，包括 “總分結(jié)構(gòu)”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)技術(shù)、VLAN安全隔離技術(shù)、全網(wǎng)診斷技術(shù)等，解決大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)情況下的組網(wǎng)問(wèn)題、安全問(wèn)題以及數(shù)據(jù)交互瓶頸問(wèn)題，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型和認(rèn)證，提升網(wǎng)絡(luò)的可靠性、實(shí)時(shí)性和安全性，達(dá)到單域4萬(wàn)點(diǎn)、支持60操作域/60控制域的大規(guī)模應(yīng)用能力，滿足超大規(guī)模的工程項(xiàng)目需求。

網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)適用于大規(guī)模組網(wǎng)應(yīng)用的安全網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)核心設(shè)計(jì)如下所示：

·控制網(wǎng)絡(luò)采用自主可控工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，保證高可靠性；

·控制網(wǎng)絡(luò)采用扁平式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及1對(duì)多的通信方式，保證通信的可靠性；

·采用堅(jiān)固的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備，外配產(chǎn)品需經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的認(rèn)證測(cè)試；

·控制網(wǎng)絡(luò)采用全冗余設(shè)計(jì)（通訊接口、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)供電），并且網(wǎng)絡(luò)1:1同步冗余，無(wú)切換時(shí)間，A/B控制網(wǎng)絡(luò)隔離；

·控制網(wǎng)絡(luò)采用分層分域設(shè)計(jì)，支持多路徑容錯(cuò)通信，保證裝置通訊網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性，又確保裝置間數(shù)據(jù)的共享以及一體化管理；

·提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)健康視圖，直觀顯示整體網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、專家診斷、及時(shí)預(yù)警；

·DCS、PLC、SIS支持網(wǎng)絡(luò)一體化，保證統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)互通，以及統(tǒng)一的安全策略。

4.2　控制內(nèi)核自主可信

病毒運(yùn)行依賴黑客對(duì)于嵌入式操作系統(tǒng)的了解，對(duì)控制器也是如此。無(wú)運(yùn)行環(huán)境、無(wú)進(jìn)入機(jī)會(huì)是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。不基于通用系統(tǒng)，病毒就無(wú)運(yùn)行環(huán)境，協(xié)議、接口私有、受限，黑客就無(wú)進(jìn)入機(jī)會(huì)。因此，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)應(yīng)采用自主研發(fā)協(xié)議棧、控制算法、硬件平臺(tái)、BIOS以及確定性微操作系統(tǒng)，保證控制內(nèi)核的自身安全性。

控制內(nèi)核自主可控可以杜絕針對(duì)通用協(xié)議/操作系統(tǒng)/開源代碼的已知漏洞所展開的攻擊。同時(shí)采取功能最小的原則，只定義必要的功能，減少開發(fā)代碼，減少漏洞存在的可能性。

在自主可控基礎(chǔ)上，采用可信增強(qiáng)技術(shù)，通過(guò)靜態(tài)/動(dòng)態(tài)程序、數(shù)據(jù)的完整性檢查和監(jiān)護(hù)技術(shù)，以及可信鏈的層層推進(jìn)，保證控制器、組態(tài)軟件、監(jiān)控平臺(tái)的可信增強(qiáng)，提升控制系統(tǒng)核心部件的內(nèi)在免疫能力。

4.3　通信端口動(dòng)態(tài)防護(hù)

網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)采取基于黑通道的安全通信設(shè)計(jì)和通信端口動(dòng)態(tài)防護(hù)，實(shí)現(xiàn)各種通信故障情況下，安全通信不受影響或?qū)虬踩ＷC實(shí)時(shí)確定性安全通信。

典型通信故障模型如下所示：

·數(shù)據(jù)損壞；

·報(bào)文重復(fù)；

·報(bào)文錯(cuò)序；

·報(bào)文丟失；

·延遲超時(shí)；

·報(bào)文插入；

·報(bào)文偽裝；

·錯(cuò)誤尋址；

·交換機(jī)FIFO錯(cuò)誤；

·報(bào)文滯緩。

通信端口采取工業(yè)協(xié)議的深度包檢測(cè)技術(shù)、通信和控制功能隔離技術(shù)、基于網(wǎng)絡(luò)行為和控制行為白名單技術(shù)等動(dòng)態(tài)防護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在接收到各種異常數(shù)據(jù)幀或廣播風(fēng)暴等巨量數(shù)據(jù)沖擊的情況下控制功能能正常運(yùn)行、正常操控。

4.4　控制系統(tǒng)入侵容忍與系統(tǒng)自愈

網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)應(yīng)支持全系統(tǒng)冗余、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)、故障隔離等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全面的診斷與報(bào)警、入侵容忍和系統(tǒng)自愈。保證控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)診斷與恢復(fù)。包括如下核心技術(shù)：

·采取全冗余設(shè)計(jì)，包括電源、工程師站、服務(wù)器、操作站、控制網(wǎng)、控制器、I/O總線、I/O模塊等，實(shí)現(xiàn)單一故障不影響工業(yè)控制系統(tǒng)正常運(yùn)行，并通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)比診斷，快速檢測(cè)并定位安全問(wèn)題；

·組態(tài)、歷史/實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、控制器參數(shù)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)備份和動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)副本數(shù)據(jù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)對(duì)比校驗(yàn)和快速恢復(fù)。

4.5　數(shù)據(jù)安全監(jiān)護(hù)和防篡改

覆蓋操作層、網(wǎng)絡(luò)層、控制層、現(xiàn)場(chǎng)總線/無(wú)線層的數(shù)據(jù)安全監(jiān)護(hù)和防護(hù)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)用戶組態(tài)工業(yè)加密與防篡改、歷史/實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)工業(yè)加密與防篡改、組態(tài)軟件/監(jiān)控軟件關(guān)鍵EXE、DLL防篡改、進(jìn)程守護(hù)技術(shù)，保證數(shù)據(jù)的完整性和機(jī)密，并基于國(guó)密實(shí)現(xiàn)通信加密和關(guān)鍵數(shù)據(jù)加密，如下所示：

·SM2：非對(duì)稱加解密算法，用于身份認(rèn)證、建立可信信道等握手類通信；

·SM4：對(duì)稱加解密算法，用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和操作指令等數(shù)據(jù)類通信；

·SM3：哈希算法，用于組態(tài)等文件類通信時(shí)的特征碼計(jì)算。

4.6　基于控制模型的控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)診斷與異常檢測(cè)

網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工控冗余網(wǎng)絡(luò)在線診斷和流量監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和控制節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控，建立控制網(wǎng)絡(luò)特征模型和操作站、控制站、工程師站、交換機(jī)、時(shí)鐘同步設(shè)備等特征模型（網(wǎng)絡(luò)流量、負(fù)載變化、通信行為）并統(tǒng)一展示，支持網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)和入侵行為實(shí)時(shí)監(jiān)控（基于網(wǎng)絡(luò)攻擊模型）。網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)通信和操作指令可信模型（實(shí)時(shí)通信、操控指令、組態(tài)管理、事件管理等），實(shí)時(shí)監(jiān)控和審計(jì)操控行為，以及異常檢測(cè)與報(bào)警（非法節(jié)點(diǎn)、異常數(shù)據(jù)包、非法操作指令）。

5　網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)安全認(rèn)證方法

目前，國(guó)際上工業(yè)控制系統(tǒng)縱深防御的方法和技術(shù)體系已逐步成熟，并正在大規(guī)模應(yīng)用。但是工業(yè)控制系統(tǒng)產(chǎn)品自身安全設(shè)計(jì)、開發(fā)和認(rèn)證體系以及全生命周期管理的研究尚在標(biāo)準(zhǔn)制定階段，正在逐步開展。現(xiàn)有成熟的工業(yè)控制系統(tǒng)產(chǎn)品安全認(rèn)證體系有： Achilles通信健壯性認(rèn)證和ISASecure安全認(rèn)證。

5.1　Achilles通信健壯性認(rèn)證

Achilles通信健壯性認(rèn)證是加拿大沃泰網(wǎng)絡(luò)安全公司提供的第三方獨(dú)立工業(yè)控制系統(tǒng)通信健壯性認(rèn)證，已成為工控領(lǐng)域事實(shí)上的通信健壯性評(píng)測(cè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，得到全球主要自動(dòng)化產(chǎn)品供應(yīng)商和全球工業(yè)企業(yè)巨頭的認(rèn)可。

Achilles通信健壯性認(rèn)證的核心內(nèi)容是：異常數(shù)據(jù)包攻擊和大流量數(shù)據(jù)包沖擊下，保證控制功能不受影響（監(jiān)控DO和AO輸出）。該認(rèn)證共分為兩個(gè)等級(jí)：

·Level1（預(yù)備級(jí)）：該等級(jí)測(cè)試和監(jiān)視了受測(cè)設(shè)備基于Ethernet、ARP、IP、ICMP、TCP和UDP的數(shù)據(jù)包的詳細(xì)執(zhí)行過(guò)程，用于驗(yàn)證是否滿足OSI2－4層定義的可靠性和穩(wěn)定性等級(jí)要求。

·Level2（正式級(jí)）：該等級(jí)是Level1認(rèn)證的擴(kuò)展認(rèn)證，采用了更多的測(cè)試和更多通訊成功/失敗要求。Level2通過(guò)進(jìn)一步產(chǎn)生更多測(cè)試值、檢測(cè)協(xié)議狀態(tài)、使用更高頻率的Dos攻擊測(cè)試每一種通訊協(xié)議。

5.2　ISASecure安全認(rèn)證

ISASecure安全認(rèn)證是ISA安全兼容協(xié)會(huì)（ISA Security Compliance Institute, ISCI）推動(dòng)的針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的專項(xiàng)安全認(rèn)證，與IEC62443標(biāo)準(zhǔn)呼應(yīng)。ISCI成立于2007年，致力于為工業(yè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全提供保障。ISCI推行ISASecure認(rèn)證項(xiàng)目，旨在幫助工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商和運(yùn)營(yíng)單位識(shí)別網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品及實(shí)踐。ISASecure認(rèn)證規(guī)范由工業(yè)控制系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)單位、行業(yè)協(xié)會(huì)、用戶、學(xué)術(shù)界、政府和監(jiān)管機(jī)構(gòu)合作共同審核。

ISASecure認(rèn)證目前已推出EDSA、SDLA、SSA三項(xiàng)，正在籌建ASA認(rèn)證。其中EDSA認(rèn)證針對(duì)嵌入式設(shè)備，SDLA針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)開發(fā)流程，ASA認(rèn)證針對(duì)工業(yè)應(yīng)用軟件，SSA針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)整體。SSA認(rèn)證之前必須所有部件通過(guò)EDSA認(rèn)證，并部署了必要的縱深防御措施。具體情況如表3所示。

表3 ISASecure認(rèn)證類別

ISASecure EDSA認(rèn)證是ISCI組織推出的第一個(gè)安全認(rèn)證，側(cè)重于工業(yè)控制系統(tǒng)嵌入式設(shè)備的安全性認(rèn)證。EDSA認(rèn)證根據(jù)IEC62443-4-1安全開發(fā)流程要求和IEC62443-4-2安全技術(shù)措施要求，綜合考慮了工業(yè)控制系統(tǒng)的特性以及信息安全保證的通用方法，提供了統(tǒng)一的工業(yè)控制系統(tǒng)嵌入式組件內(nèi)建安全的評(píng)估和認(rèn)證方法，解決了工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)建安全評(píng)估和認(rèn)證的難題，有助于工控安全認(rèn)證方法的統(tǒng)一和推廣應(yīng)用。2016年7月1日EDSA認(rèn)證升級(jí)為2.0.0版本。

EDSA認(rèn)證提供三個(gè)級(jí)別：Level1、Level2和Level3，其中Level3級(jí)別最高。認(rèn)證包括三部分內(nèi)容：軟件開發(fā)安全評(píng)估（SDSA）、通信健壯性測(cè)試與漏洞檢測(cè)、安全功能評(píng)估。其中通信健壯性測(cè)試無(wú)論認(rèn)證等級(jí)都必須達(dá)到Achilles Level2或同等能力。

EDSA認(rèn)證要求如圖4所示。

圖4 EDSA認(rèn)證要求

EDSA認(rèn)證內(nèi)容主要包括：

（1）軟件開發(fā)安全評(píng)估

軟件開發(fā)安全評(píng)估主要認(rèn)證軟件安全開發(fā)流程，覆蓋需求、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和測(cè)試各個(gè)環(huán)節(jié)，與SDLA認(rèn)證采取相同的標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證程序，但認(rèn)證要求略有不同。

（2）安全測(cè)試

基于黑盒的安全測(cè)試包括通訊健壯性測(cè)試和漏洞檢測(cè)測(cè)試，綜合了工業(yè)控制系統(tǒng)的特殊要求和IT信息安全認(rèn)證的通用方法。

（3）安全功能評(píng)估

安全功能評(píng)估包括訪問(wèn)控制、使用控制等7個(gè)維度，采用設(shè)計(jì)文檔審查和第三方獨(dú)立測(cè)試驗(yàn)證相結(jié)合的方式開展。由EDSA認(rèn)證等級(jí)確定安全功能的要求。

6　總結(jié)與展望

本文分析了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和脆弱性，并結(jié)合目前針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的典型攻擊模式，建立安全威脅模型。在此基礎(chǔ)上，提出了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)基于內(nèi)建安全的安全防護(hù)設(shè)計(jì)方法，包括分層分域安全網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、控制內(nèi)核自主可信、入侵容忍和系統(tǒng)自愈、數(shù)據(jù)安全監(jiān)護(hù)以及網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測(cè)等，逐步建立內(nèi)建安全技術(shù)體系，以及安全認(rèn)證方法，實(shí)現(xiàn)功能安全、信息安全和操作安全一體化目標(biāo)。

ISASecure EDSA認(rèn)證是國(guó)際上第一個(gè)真正針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)建安全的綜合性認(rèn)證體系，具有較強(qiáng)的參考價(jià)值和指導(dǎo)作用。然而，由于EDSA認(rèn)證必須開放設(shè)計(jì)機(jī)制、開發(fā)過(guò)程文檔甚至代碼，而且資料會(huì)被備份至認(rèn)證方國(guó)家，存在較大的安全隱患。因此，ISASecure EDSA認(rèn)證在國(guó)內(nèi)推廣依然是個(gè)難題，必須先解決資料泄漏的后顧之憂。

★基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃網(wǎng)絡(luò)空間安全專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助（裝備研制與安全測(cè)評(píng)，課題編號(hào)：2016YFB0800205）

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作者簡(jiǎn)介：

陸衛(wèi)軍（1977-），男，浙江杭州人，高級(jí)工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于浙江中控技術(shù)股份有限公司，研究方向是控制系統(tǒng)新技術(shù)研究。

黃文君（1972-），男，浙江紹興人，研究員，碩士，現(xiàn)就職于浙江中控技術(shù)股份有限公司，研究方向是控制系統(tǒng)及工業(yè)軟件研究。

章　維（1981-），男，浙江寧波人，高級(jí)工程師，碩士，現(xiàn)就職于浙江中控技術(shù)股份有限公司，研究方向是工業(yè)通訊及工控安全。

陳銀桃（1984-），女，浙江溫州人，工程師，碩士，現(xiàn)就職于浙江中控技術(shù)股份有限公司，研究方向是工業(yè)通訊。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年2月刊