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一 引言

隨著工業(yè)化與信息化深度融合，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、信息物理系統(tǒng)、制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)等為特征的智能工業(yè)將引領(lǐng)我國(guó)工業(yè)邁入轉(zhuǎn)型發(fā)展的新時(shí)代，工業(yè)控制系統(tǒng)（ICS）已成為國(guó)家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的神經(jīng)中樞，其安全防護(hù)至關(guān)重要。

工業(yè)控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）、集散控制系統(tǒng)（DCS）和其它控制系統(tǒng)，如在工業(yè)部門和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施中經(jīng)常使用的可編程邏輯控制器（PLC）。工業(yè)控制系統(tǒng)通常用于諸如電力、水和污水處理、石油和天然氣、化工、交通運(yùn)輸、制藥、紙漿和造紙、食品和飲料以及離散制造（如汽車、航空航天和耐用品）等行業(yè)。

工業(yè)控制系統(tǒng)的安全包括信息安全（Security）和功能安全（Safety）。信息安全是指保證工業(yè)控制系統(tǒng)的信息可用性、完整性、保密性，防范非授權(quán)的竊取、破壞。功能安全是指保證工業(yè)控制系統(tǒng)或控制設(shè)備執(zhí)行正確的功能，當(dāng)失效或故障發(fā)生時(shí)，控制設(shè)備和工業(yè)控制系統(tǒng)仍需保持安全條件或者進(jìn)入到安全狀態(tài)。

因此，工業(yè)控制系統(tǒng)的信息安全是用于構(gòu)建工業(yè)控制系統(tǒng)多區(qū)域多邊界的防護(hù)結(jié)構(gòu)，形成工業(yè)控制系統(tǒng)的信息安全防護(hù)屏障；工業(yè)控制系統(tǒng)的功能安全是工業(yè)控制系統(tǒng)的最終防護(hù)屏障，當(dāng)工業(yè)控制系統(tǒng)外圍防護(hù)被突破后，為避免安全事故發(fā)生而采取降低傷害的概率和嚴(yán)重程度的安全手段。

《中華人民共和國(guó)網(wǎng)絡(luò)安全法》，在第二十一條規(guī)定“國(guó)家實(shí)行網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)制度”。因此，需要綜合采納信息安全和功能安全的保護(hù)思想，對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)，即通過采取必要措施，防范對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的攻擊、侵入、干擾、破壞和非法使用以及意外事故，使工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)處于穩(wěn)定可靠運(yùn)行的狀態(tài)，以及保障工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的完整性、保密性、可用性的能力。

二

2.1 工業(yè)控制系統(tǒng)的典型層次模型

工業(yè)控制系統(tǒng)主要由過程級(jí)、操作級(jí)以及各級(jí)之間和內(nèi)部的通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，對(duì)于大規(guī)模的控制系統(tǒng)，也包括管理級(jí)。過程級(jí)包括被控對(duì)象、現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和測(cè)量?jī)x表等，操作級(jí)包括工程師和操作員站、人機(jī)界面和組態(tài)軟件、控制服務(wù)器等，管理級(jí)包括生產(chǎn)管理系統(tǒng)和企業(yè)資源系統(tǒng)等，通信網(wǎng)絡(luò)包括商用以太網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線等。

依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 62443-1-1，本文給出工業(yè)控制系統(tǒng)參考模型，如圖1所示。工業(yè)控制系統(tǒng)參考模型根據(jù)工業(yè)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及工業(yè)典型層次模型架構(gòu)，給出了工業(yè)控制系統(tǒng)所涵蓋的層級(jí)范圍。

企業(yè)資源層，主要包括ERP系統(tǒng)功能單元，用于為企業(yè)決策層員工提供決策運(yùn)行手段。

生產(chǎn)管理層，包括管理生產(chǎn)所需的工作流程所涉及的主要功能和系統(tǒng)，例如調(diào)度生產(chǎn)、生產(chǎn)計(jì)劃、可靠性保障和現(xiàn)場(chǎng)控制業(yè)務(wù)優(yōu)化等功能系統(tǒng)。主要包括MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)、EMS能源管理系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)等系統(tǒng)，主要用于將決策層生產(chǎn)計(jì)劃等信息轉(zhuǎn)化成車間的生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃，并將計(jì)劃細(xì)化到作業(yè)工位。依據(jù)底層控制系統(tǒng)提供的設(shè)備、人員、物料等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、計(jì)算與處理。

過程監(jiān)控層，包括監(jiān)視和控制過程所涉及的功能和系統(tǒng)，過程監(jiān)控層系統(tǒng)為提供操作員人機(jī)界面功能、提供報(bào)警和過程歷史記錄收集等功能的系統(tǒng)。主要用于對(duì)生產(chǎn)過程中不同方面數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的監(jiān)視、控制、分析、報(bào)警等功能。

現(xiàn)場(chǎng)控制層，包括直接用于工業(yè)控制過程的安全保護(hù)系統(tǒng)和基本控制系統(tǒng)，如用以完成連續(xù)控制、順序控制、批量控制和離散控制的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。直接用于工業(yè)控制過程的基本控制系統(tǒng)包括但不限于DCS、PLC、RTU等，安全保護(hù)系統(tǒng)如SIS安全儀表系統(tǒng)等。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，包括實(shí)際參與工業(yè)生產(chǎn)和業(yè)務(wù)的工業(yè)控制物理過程，該層涉及的生產(chǎn)設(shè)施為直接連接到工藝和工業(yè)設(shè)備且受現(xiàn)場(chǎng)控制層控制系統(tǒng)控制的傳感器和執(zhí)行器等。

2.2 工業(yè)控制系統(tǒng)各層次涵蓋的典型對(duì)象

結(jié)合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 62443-1-1和工業(yè)控制系統(tǒng)各層次的典型對(duì)象類型，本文給出了GB/T 22239-2019《信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)基本要求》（以下簡(jiǎn)稱為“GB/T 22239-2019”）中工業(yè)控制系統(tǒng)各層級(jí)所覆蓋的典型生產(chǎn)控制系統(tǒng)和裝置，供工業(yè)控制系統(tǒng)安全建設(shè)時(shí)參考使用。

工業(yè)控制系統(tǒng)各層級(jí)所覆蓋的典型生產(chǎn)控制系統(tǒng)和裝置如表1所示。

構(gòu)建工業(yè)控制系統(tǒng)的綜合安全防護(hù)體系時(shí)，可以依據(jù)工業(yè)控制系統(tǒng)的層級(jí)和安全保護(hù)級(jí)別采取合適的安全保護(hù)措施。

三 工業(yè)控制系統(tǒng)的等級(jí)保護(hù)對(duì)象

工業(yè)控制系統(tǒng)是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，需要根據(jù)工業(yè)控制系統(tǒng)的規(guī)模、功能以及業(yè)務(wù)主體來劃分工業(yè)控制系統(tǒng)的等級(jí)保護(hù)對(duì)象和明確網(wǎng)絡(luò)安全責(zé)任主體。

一般來說，工業(yè)控制系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場(chǎng)采集/執(zhí)行、現(xiàn)場(chǎng)控制、過程控制和生產(chǎn)管理等特征要素。其中，現(xiàn)場(chǎng)采集/執(zhí)行、現(xiàn)場(chǎng)控制和過程控制等要素需作為一個(gè)整體對(duì)象定級(jí)，各要素不單獨(dú)定級(jí)；生產(chǎn)管理要素宜單獨(dú)定級(jí)。

對(duì)于大型工業(yè)控制系統(tǒng)，可以根據(jù)系統(tǒng)功能、責(zé)任主體、控制對(duì)象和生產(chǎn)廠商等因素劃分為多個(gè)定級(jí)對(duì)象。

3.1 工業(yè)控制系統(tǒng)等級(jí)保護(hù)對(duì)象的縱向劃分方法

在確定工業(yè)控制系統(tǒng)等級(jí)保護(hù)對(duì)象的時(shí)候，企業(yè)資源層、生產(chǎn)管理層的構(gòu)成要素可以分別作為單獨(dú)的等級(jí)保護(hù)對(duì)象，而過程監(jiān)控層、現(xiàn)場(chǎng)控制層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的構(gòu)成要素應(yīng)作為一個(gè)整體對(duì)象，各要素不單獨(dú)定級(jí)。這是從縱向（功能層次）劃分工業(yè)控制系統(tǒng)的等級(jí)保護(hù)對(duì)象，如圖2所示。

3.2 工業(yè)控制系統(tǒng)等級(jí)保護(hù)對(duì)象的橫向劃分方法

如果工業(yè)控制系統(tǒng)規(guī)模很大，并且橫向上的業(yè)務(wù)責(zé)任主體和系統(tǒng)功能也不同，可以在橫向上根據(jù)工業(yè)控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)的責(zé)任主體和工業(yè)控制系統(tǒng)的不同功能、控制對(duì)象的不同范圍等因素將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、現(xiàn)場(chǎng)控制層和過程監(jiān)控層進(jìn)一步劃分成多個(gè)等級(jí)保護(hù)對(duì)象。這是從橫向（業(yè)務(wù)責(zé)任主體+功能層次）劃分工業(yè)控制系統(tǒng)的等級(jí)保護(hù)對(duì)象，如圖3所示。

4.1 網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)的整體安全保護(hù)能力要求

工業(yè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)所遵循的標(biāo)準(zhǔn)體系包括以下國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：

（1）計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)安全保護(hù)等級(jí)劃分準(zhǔn)則（GB 17859-1999）

網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)系列標(biāo)準(zhǔn)首次明確將工業(yè)控制系統(tǒng)納入了等級(jí)保護(hù)范圍內(nèi)，并且構(gòu)成了“安全通信網(wǎng)絡(luò)”、“安全區(qū)域邊界”、“安全計(jì)算環(huán)境”和“安全管理中心”支持下的“一個(gè)中心、三重防護(hù)”體系架構(gòu)。

在網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)系列標(biāo)準(zhǔn)里，GB/T 22239-2019《信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)基本要求》是核心標(biāo)準(zhǔn)，可以依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)從技術(shù)類和管理類來構(gòu)建不同安全保護(hù)等級(jí)的工業(yè)控制系統(tǒng)綜合防護(hù)體系。技術(shù)類包括：安全物理環(huán)境、安全通信網(wǎng)絡(luò)、安全區(qū)域邊界、安全計(jì)算環(huán)境、安全管理中心；管理類包括：安全管理制度、安全管理機(jī)構(gòu)、安全管理人員、安全建設(shè)管理、安全運(yùn)維管理。

依據(jù)不同的安全保護(hù)等級(jí)，工業(yè)控制系統(tǒng)需要具有相適應(yīng)的安全保護(hù)能力，需要考慮以下總體性要求，保證工業(yè)控制系統(tǒng)的整體安全保護(hù)能力。在GB/T 22239-2019中給出了關(guān)于等級(jí)保護(hù)對(duì)象整體安全保護(hù)能力的要求，工業(yè)控制系統(tǒng)可以參考等級(jí)保護(hù)對(duì)象整體安全保護(hù)能力構(gòu)建工業(yè)控制系統(tǒng)的整體安全保護(hù)能力。

GB/T 22239-2019對(duì)等級(jí)保護(hù)對(duì)象的整體安全保護(hù)能力要求如下：

（1）構(gòu)建縱深的防御體系：從技術(shù)和管理兩個(gè)方面采取相應(yīng)的安全要求，在采取由點(diǎn)到面的各種安全措施時(shí)，在整體上還應(yīng)保證各種安全措施的組合從外到內(nèi)構(gòu)成一個(gè)縱深的安全防御體系，保證等級(jí)保護(hù)對(duì)象整體的安全保護(hù)能力。應(yīng)從通信網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)邊界、局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部、各種業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)等各個(gè)層次落實(shí)GB/T 22239-2019提到的各種安全措施，形成縱深防御體系。

（2）采取互補(bǔ)的安全措施：GB/T 22239-2019以安全控制的形式提出安全要求，在將各種安全控制落實(shí)到特定等級(jí)保護(hù)對(duì)象中時(shí)，應(yīng)考慮各個(gè)安全控制之間的互補(bǔ)性，關(guān)注各個(gè)安全控制在層面內(nèi)、層面間和功能間產(chǎn)生的連接、交互、依賴、協(xié)調(diào)、協(xié)同等相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，保證各個(gè)安全控制共同綜合作用于等級(jí)保護(hù)對(duì)象上，使得等級(jí)保護(hù)對(duì)象的整體安全保護(hù)能力得以保證。

（3）保證一致的安全強(qiáng)度：GB/T 22239-2019將安全功能要求，如身份鑒別、訪問控制、安全審計(jì)、入侵防范等內(nèi)容，分解到等級(jí)保護(hù)對(duì)象的各個(gè)層面，在實(shí)現(xiàn)各個(gè)層面安全功能時(shí)，應(yīng)保證各個(gè)層面安全功能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度的一致性。應(yīng)防止某個(gè)層面安全功能的減弱導(dǎo)致整體安全保護(hù)能力在這個(gè)安全功能上消弱。例如，要實(shí)現(xiàn)雙因子身份鑒別，則應(yīng)在各個(gè)層面的身份鑒別上均實(shí)現(xiàn)雙因子身份鑒別；要實(shí)現(xiàn)基于標(biāo)記的訪問控制，則應(yīng)保證在各個(gè)層面均實(shí)現(xiàn)基于標(biāo)記的訪問控制，并保證標(biāo)記數(shù)據(jù)在整個(gè)等級(jí)保護(hù)對(duì)象內(nèi)部流動(dòng)時(shí)標(biāo)記的唯一性等。

（4）建立統(tǒng)一的支撐平臺(tái)：GB/T 22239-2019針對(duì)較高級(jí)別的等級(jí)保護(hù)對(duì)象，提到了使用密碼技術(shù)、可信技術(shù)等，多數(shù)安全功能（如身份鑒別、訪問控制、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)保密性等）為了獲得更高的強(qiáng)度，均要基于密碼技術(shù)或可信技術(shù)，為了保證等級(jí)保護(hù)對(duì)象的整體安全防護(hù)能力，應(yīng)建立基于密碼技術(shù)的統(tǒng)一支撐平臺(tái)，支持高強(qiáng)度身份鑒別、訪問控制、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)保密性等安全功能的實(shí)現(xiàn)。

（5）進(jìn)行集中的安全管理：GB/T 22239-2019針對(duì)較高級(jí)別的等級(jí)保護(hù)對(duì)象，提到了實(shí)現(xiàn)集中的安全管理、安全監(jiān)控和安全審計(jì)等要求，為了保證分散于各個(gè)層面的安全功能在統(tǒng)一策略的指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)，各個(gè)安全控制在可控情況下發(fā)揮各自的作用，應(yīng)建立集中的管理中心，集中管理等級(jí)保護(hù)對(duì)象中的各個(gè)安全控制組件，支持統(tǒng)一安全管理。

4.2 根據(jù)工業(yè)控制系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景選取合適的安全保護(hù)措施

在GB/T 22239-2019中，明確提出了因?yàn)闃I(yè)務(wù)目標(biāo)的不同、使用技術(shù)的不同、應(yīng)用場(chǎng)景的不同等因素，不同的等級(jí)保護(hù)對(duì)象會(huì)以不同的形態(tài)出現(xiàn)，形態(tài)不同的等級(jí)保護(hù)對(duì)象面臨的威脅有所不同，安全保護(hù)需求也會(huì)有所差異。為了便于實(shí)現(xiàn)對(duì)不同級(jí)別的和不同形態(tài)的等級(jí)保護(hù)對(duì)象的共性化和個(gè)性化保護(hù)，等級(jí)保護(hù)要求分為安全通用要求和安全擴(kuò)展要求。

安全通用要求針對(duì)共性化保護(hù)需求提出，等級(jí)保護(hù)對(duì)象無(wú)論以何種形式出現(xiàn)，必須根據(jù)安全保護(hù)等級(jí)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)級(jí)別的安全通用要求；安全擴(kuò)展要求針對(duì)個(gè)性化保護(hù)需求提出，需要根據(jù)安全保護(hù)等級(jí)和使用的特定技術(shù)或特定的應(yīng)用場(chǎng)景選擇性實(shí)現(xiàn)安全擴(kuò)展要求。安全通用要求和安全擴(kuò)展要求共同構(gòu)成了對(duì)等級(jí)保護(hù)對(duì)象的安全要求。

由于工業(yè)控制系統(tǒng)通常是對(duì)可用性要求較高的等級(jí)保護(hù)對(duì)象，工業(yè)控制系統(tǒng)中的一些裝置如果實(shí)現(xiàn)特定類型的安全措施可能會(huì)終止其連續(xù)運(yùn)行，原則上安全措施不應(yīng)對(duì)高可用性的工業(yè)控制系統(tǒng)基本功能產(chǎn)生不利影響。例如用于基本功能的賬戶不應(yīng)被鎖定，甚至短暫的也不行；安全措施的部署不應(yīng)顯著增加延遲而影響系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間；對(duì)于高可用性的控制系統(tǒng)，安全措施失效不應(yīng)中斷基本功能等。

經(jīng)評(píng)估對(duì)可用性有較大影響而無(wú)法實(shí)施和落實(shí)安全等級(jí)保護(hù)要求的相關(guān)條款時(shí)，應(yīng)進(jìn)行安全聲明，分析和說明此條款實(shí)施可能產(chǎn)生的影響和后果，以及使用的補(bǔ)償措施。

五 總結(jié)

GB/T 22239-2019《信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)基本要求》是網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)的核心標(biāo)準(zhǔn)，在該標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的安全要求為：安全通用要求和工業(yè)控制系統(tǒng)安全擴(kuò)展要求。

工業(yè)控制系統(tǒng)的安全擴(kuò)展要求包括5個(gè)層面和9個(gè)控制點(diǎn)，這5個(gè)層面和9個(gè)控制點(diǎn)內(nèi)容分別為：

（1）安全物理環(huán)境：室外控制設(shè)備物理防護(hù)。

（2）安全通信網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、通信傳輸。

（3）安全區(qū)域邊界：訪問控制、撥號(hào)使用控制、無(wú)線使用控制。

（4）安全計(jì)算環(huán)境：控制設(shè)備安全。

（5）安全建設(shè)管理：產(chǎn)品采購(gòu)和使用、外包軟件開發(fā)。

工業(yè)控制系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜性，組網(wǎng)的多樣性，以及等級(jí)保護(hù)對(duì)象劃分的靈活性，給網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)基本要求的使用帶來了選擇的需求。在GB/T 22239-2019中給出了工業(yè)控制系統(tǒng)功能層次模型和標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容的映射關(guān)系。

工業(yè)控制系統(tǒng)通常是對(duì)可用性要求較高的等級(jí)保護(hù)對(duì)象，原則上安全措施不應(yīng)對(duì)高可用性的工業(yè)控制系統(tǒng)基本功能產(chǎn)生不利影響，即統(tǒng)籌考慮業(yè)務(wù)安全和網(wǎng)絡(luò)安全。工業(yè)控制系統(tǒng)的具體安全措施需要結(jié)合具體的應(yīng)用場(chǎng)景和實(shí)時(shí)性要求進(jìn)行具體分析，在保障業(yè)務(wù)安全的前提下，通過采取必要安全措施，防范對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的攻擊、侵入、干擾、破壞和非法使用以及意外事故，使工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)處于穩(wěn)定可靠運(yùn)行的狀態(tài)，以及保障工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的完整性、保密性、可用性的能力。

[1]GB17859-1999 計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)安全保護(hù)等級(jí)劃分準(zhǔn)則. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化出版社，1999.

[2]GB/T 22240-2020 信息安全技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)定級(jí)指南. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化出版社，2020.

[3]GB/T 22239-2019 信息安全技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)基本要求. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化出版社，2019.

[4]GB/T 28448-2019信息安全技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)測(cè)評(píng)要求 . 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化出版社，2019.

[5]GB/T 28449-2018信息安全技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)測(cè)評(píng)過程指南. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化出版社，2018.

[6]GB/T 25070-2019 信息安全技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)安全設(shè)計(jì)技術(shù)要求. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化出版社，2019.

作者簡(jiǎn)介：

陶源：博士，公安部第三研究所副研究員、高級(jí)測(cè)評(píng)師，全國(guó)網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)測(cè)評(píng)師授課專家（負(fù)責(zé)講解物聯(lián)網(wǎng)、工控系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)安全等課程）。

來源：工業(yè)菜園