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編者按：隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的飛速發(fā)展，以及IT與OT技術(shù)的進(jìn)一步融合，工業(yè)制造、城市交通、電力能源、農(nóng)業(yè)等各大行業(yè)領(lǐng)域的智慧化發(fā)展已成為必然趨勢。推進(jìn)各領(lǐng)域向智慧化發(fā)展是一項(xiàng)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程，既需要單一技術(shù)與裝備的突破應(yīng)用，還需要系統(tǒng)化的集成創(chuàng)新。智慧系統(tǒng)解決方案是推廣普及智能化技術(shù)的關(guān)鍵手段，是促進(jìn)各行業(yè)智能化水平提升的核心。

為深化智慧產(chǎn)業(yè)發(fā)展，進(jìn)一步提升智慧產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域系統(tǒng)解決方案應(yīng)用水平，現(xiàn)由中國自動化學(xué)會、智能制造推進(jìn)合作創(chuàng)新聯(lián)盟、工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會主辦，《自動化博覽》雜志社&控制網(wǎng)（www.dlhxzk.com.cn）承辦的“2018智慧系統(tǒng)解決方案征集”活動已正式啟動，面向全行業(yè)公開征集智慧系統(tǒng)解決方案。本刊特開設(shè)智慧系統(tǒng)解決方案專欄，刊發(fā)其中優(yōu)秀的解決方案以饗讀者。

隨著“工業(yè)4.0”、“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計(jì)劃等戰(zhàn)略的實(shí)施，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和智能社會快速推進(jìn)，各種新業(yè)務(wù)形態(tài)大量涌現(xiàn)，中國制造業(yè)也在兩化深度融合的基礎(chǔ)上不斷進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級轉(zhuǎn)型，在給人們的生產(chǎn)生活帶來了巨大變化的同時，其開放性、隱蔽性、跨地域性等特性，也使得網(wǎng)絡(luò)空間存在巨大的安全隱患，安全問題日益突顯、迅速放大，其一旦受到網(wǎng)絡(luò)攻擊，將會造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。加強(qiáng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)不僅涉及企業(yè)自身利益，更是確保工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在各領(lǐng)域能夠落地實(shí)施的前提，也是產(chǎn)業(yè)安全和國家安全的重要基礎(chǔ)和保障。

本方案立足石油石化現(xiàn)狀，以某市油庫工控安全加固建設(shè)為例，參考企業(yè)信息化建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合新技術(shù)發(fā)展，制定具備戰(zhàn)略性、前瞻性、可落地性的工控系統(tǒng)安全防護(hù)方案。該方案可廣泛應(yīng)用于智能制造、能源、水利、醫(yī)療、電力等領(lǐng)域。本案中某市油庫通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字油庫工控系統(tǒng)構(gòu)建，最終建成了自動化、信息化、智能化的智慧能源運(yùn)營體系。通過本方案實(shí)施，最終實(shí)現(xiàn)了某市油庫工控安全防護(hù)體系的整體建設(shè)。

本設(shè)計(jì)方案包括工控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)設(shè)計(jì)、工控系統(tǒng)主機(jī)防護(hù)與預(yù)警設(shè)計(jì)、服務(wù)器終端監(jiān)測與響應(yīng)（EDR）、身份認(rèn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 工控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)設(shè)計(jì)

本方案針對某市油庫系統(tǒng)的特點(diǎn)，由內(nèi)而外設(shè)計(jì)，與工控廠商結(jié)合，著眼于茁壯性的機(jī)制，從控制系統(tǒng)“自生長”出來的保護(hù)方案，如圖1所示。具體思路如下：

圖1  全生命周期解決方案示意圖

（1）全生命周期解決方案；

（2）通過多種手段提高該系統(tǒng)的整體安全性；

（3）源自該系統(tǒng)內(nèi)部，并非外部補(bǔ)償性措施；

（4）監(jiān)測與防御相結(jié)合，產(chǎn)品與服務(wù)相補(bǔ)充。

1.1 總體防護(hù)設(shè)計(jì)

本方案某市油庫工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)提供了全方位的綜合防御與保護(hù)，并且完整覆蓋了工業(yè)控制系統(tǒng)整個生命周期。

在軟件層面上, 該平臺建立在機(jī)器智能學(xué)習(xí)引擎、深度數(shù)據(jù)包解析引擎和開放式特征匹配三大功能引擎之上，支持工控協(xié)議和工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，同時適用于PLC、DCS、SCADA等現(xiàn)場環(huán)境，不僅具備多種工控網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)的檢查、過濾、報(bào)警、阻斷功能，同時擁有基于工業(yè)漏洞庫的黑名單入侵防御功能，和基于機(jī)器智能學(xué)習(xí)引擎的白名單主動防御功能以及大規(guī)模分布式實(shí)時網(wǎng)絡(luò)部署和更新等功能，并提供高度開放的平臺開發(fā)工具包。
硬件層面上，該平臺具有全封閉、無風(fēng)扇、多電源冗余、硬件加密等特點(diǎn)，確保達(dá)到苛刻的可靠性和穩(wěn)定性要求。

智能保護(hù)系統(tǒng)能夠識別出網(wǎng)絡(luò)中由于惡意入侵、系統(tǒng)故障、人員誤操作所引起的異常控制行為和非法數(shù)據(jù)包，及時對其進(jìn)行告警和阻斷，并能為后續(xù)的安全威脅排查提供依據(jù)。

根據(jù)上述情況總體防護(hù)拓?fù)淙鐖D2所示。

圖2  總防護(hù)示意圖

1.2 區(qū)域安全隔離設(shè)計(jì)

區(qū)域隔離：智能工業(yè)防火墻可以根據(jù)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域劃分，對每個區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)，做到橫向隔離，縱向保護(hù)的安全數(shù)據(jù)過濾隔離。通過訪問控制實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)安全性，滿足實(shí)際應(yīng)用需求。支持Modbus/TCP、OPC、IEC104、DNP3、Profinet、MMS等眾多工業(yè)協(xié)議深度包檢測和智能白名單學(xué)習(xí)及規(guī)則部署。

智能工業(yè)防火墻除了支持自身安全管理外，同時支持統(tǒng)一安全管理平臺的集中管理，形成“近可分流，遠(yuǎn)可聯(lián)動”的整體工控網(wǎng)絡(luò)安全解決方案，全方位保護(hù)工控網(wǎng)絡(luò)安全，充分保障客戶安全投入的價(jià)值。

圖3 區(qū)域安全隔離部署示意圖

1.3 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測審計(jì)

監(jiān)測審計(jì)：采用監(jiān)測審計(jì)系統(tǒng)對工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)實(shí)時告警系統(tǒng)，通過特定的安全策略，快速識別出系統(tǒng)中存在的非法操作、異常事件、外部攻擊并實(shí)時告警，提高了整個系統(tǒng)的監(jiān)測預(yù)警能力有利于對每個目標(biāo)的安全防護(hù)。

圖4 監(jiān)測審計(jì)部署示意圖

1.4 控制器保護(hù)

控制器終端保護(hù)：保護(hù)系統(tǒng)為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)提供了底層及終端設(shè)備全方位的綜合防御與保護(hù)，保護(hù)系統(tǒng)能夠識別出網(wǎng)絡(luò)中由于惡意入侵、系統(tǒng)故障、人員誤操作所引起的異常控制行為和非法數(shù)據(jù)包，及時對其進(jìn)行告警和阻斷，并能為后續(xù)的安全威脅排查提供依據(jù)。

圖5 控制器智能保護(hù)部署示意圖

2 工控系統(tǒng)主機(jī)防護(hù)與預(yù)警設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)思路

工控系統(tǒng)主機(jī)防護(hù)與預(yù)警設(shè)計(jì)包括三方面的內(nèi)容：檢測與預(yù)警、控制、管理。

（1）監(jiān)測與預(yù)警

通過工控上位機(jī)攻擊行為跟蹤分析、工控異常行為審計(jì)、工控安全態(tài)勢感知及預(yù)計(jì)等功能實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)的安全檢測與預(yù)警，全天候全方位感知工控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢。掌握攻擊發(fā)起的時間、地點(diǎn)、攻擊方式、攻擊路徑和攻擊目的/目標(biāo)。

（2）控制及防御

通過主動防御系統(tǒng)ICS-PDS對已知和未知威脅進(jìn)行感知、跟蹤、識別、控制和處理（清除惡意程序），使進(jìn)入工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)上位機(jī)的惡意程序得到清除處理，守住工業(yè)控制系統(tǒng)安全防御的最后一道防線。

（3）管理

通過工業(yè)控制系統(tǒng)統(tǒng)一安全管理平臺，對工業(yè)控制系統(tǒng)所部署的安全系統(tǒng)及所產(chǎn)生安全事件進(jìn)行集中統(tǒng)一管理，建立集中統(tǒng)一安全管理策略及安全事件應(yīng)急處置機(jī)制和流程。

圖6  集中統(tǒng)一安全管理策略及安全事件應(yīng)急處置機(jī)制示意圖

2.2 功能設(shè)計(jì)

（1）主動防御系統(tǒng)由三大防御體系構(gòu)成如圖7所示。

圖7  主動防御體系構(gòu)成

（2）對建立的事前、事中、事后防御體系的安全事件及攻擊行為進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析；

（2）具有六大子防御系統(tǒng)構(gòu)成上位機(jī)防御體系；

圖8 主動防御安全保護(hù)模型

（3）部署在上位機(jī)的ICS-PDS的防御引擎具備對未知和已知攻擊進(jìn)行實(shí)時對抗的能力；

（4）主動防御系統(tǒng)具有安全檢測及安全加固功能；

（5）對惡意代碼或惡意程序的處理提供系統(tǒng)自動處理與人工干預(yù)處理（即手動處理）兩種模式。

3 服務(wù)器終端檢測與響應(yīng)（EDR）

為保證終端計(jì)算機(jī)的安全，禁用所有USB設(shè)備，只允許使用鼠標(biāo)鍵盤設(shè)備。

3.1 端安全加固

對終端計(jì)算機(jī)的安全加固，可采取的措施有：補(bǔ)丁管理、防病毒軟件監(jiān)測、主機(jī)防火墻，上述措施均增強(qiáng)了終端計(jì)算機(jī)的安全性和健壯性。

3.2 行為監(jiān)控

對用戶行為的監(jiān)控，包括用戶網(wǎng)絡(luò)資源的進(jìn)程監(jiān)控、上網(wǎng)控制。

3.3 終端配置管理

配置管理主要完成終端計(jì)算機(jī)的各種信息的收集和系統(tǒng)參數(shù)的配置。通過配置管理，IT管理人員可以準(zhǔn)確掌握每臺終端計(jì)算機(jī)的配置狀況和運(yùn)行參數(shù)，并批量地對終端計(jì)算機(jī)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程修改。

3.4 遠(yuǎn)程維護(hù)管理

遠(yuǎn)程維護(hù)就是依靠技術(shù)手段和工具，遠(yuǎn)程對終端計(jì)算機(jī)進(jìn)行故障診斷、系統(tǒng)修復(fù)和日常維護(hù)等。

3.5 軟件分發(fā)管理

軟件分發(fā)，支持分發(fā)任意類型軟件，包括：程序生成安裝包、MSI安裝包、獨(dú)立軟件安裝包、各類腳本、文檔。同時還需支持在登錄用戶是普通用戶權(quán)限（無安裝權(quán)限）情況下，進(jìn)行軟件自動分發(fā)、安裝。

3.6 資產(chǎn)管理

系統(tǒng)自動登記終端計(jì)算機(jī)的硬件配置（包括CPU類型、主頻、內(nèi)存、硬盤、顯示卡、網(wǎng)卡等），并自動將終端計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)、安裝的軟件、運(yùn)行的程序和服務(wù)、系統(tǒng)日志、共享資源以及補(bǔ)丁、端口等信息統(tǒng)計(jì)匯總，可以按設(shè)備類型、部門等方法對設(shè)備進(jìn)行分類管理，使得系統(tǒng)管理員能夠輕松自如地管理著整個網(wǎng)絡(luò)的硬件、軟件資源，及時洞察系統(tǒng)配置的變動。

3.7 網(wǎng)絡(luò)管理

系統(tǒng)自動發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（設(shè)備的IP地址），通過系統(tǒng)提供的智能學(xué)習(xí)功能，自動識別網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，生成網(wǎng)絡(luò)物理連接拓?fù)鋱D。

3.8 設(shè)備監(jiān)控管理

系統(tǒng)自動登記受控終端的硬件配置（包括CPU、內(nèi)存、硬盤、顯示卡、網(wǎng)卡等等），當(dāng)受控終端的硬件發(fā)生變動時能自動向安全管理核心系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信息。

4 身份認(rèn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)

身份管理平臺包括統(tǒng)一身份管理、統(tǒng)一應(yīng)用管理、集中賬號管理、身份庫查詢API、身份庫管理API、統(tǒng)一身份認(rèn)證、統(tǒng)一權(quán)限管理、分級管理、安全審計(jì)與用戶行為分析、分布式認(rèn)證部署、系統(tǒng)自身安全保障。

通過與統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)的集成，可以實(shí)現(xiàn)以下使用效果：

（1）提高用戶身份管理、應(yīng)用系統(tǒng)帳號的管理效率，管理員可以在統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺上對所有的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行集中的帳號管理。

（2）通過與HR信息聯(lián)動的用戶全生命周期管理，從人員入職帳號自動開通到離職時自動注銷及帳號的歸檔管理。

（3）通過與應(yīng)用系統(tǒng)的統(tǒng)一認(rèn)證集成，用戶使用手機(jī)安全令或UKey等強(qiáng)認(rèn)證方式登錄應(yīng)用系統(tǒng)，整體上提升應(yīng)用系統(tǒng)訪問的安全性，最大程度降低用戶名口令方式帶來的安全隱患。

（4）對于不同安全級別的應(yīng)用系統(tǒng)及同一應(yīng)用系統(tǒng)中的關(guān)鍵操作可以通過策略配置進(jìn)行二次認(rèn)證，保證系統(tǒng)訪問的安全。

（5）用戶在所有平臺的訪問及關(guān)鍵操作都將被審計(jì)平臺全部進(jìn)行基于自然人的審計(jì)，并形成圖形化展示報(bào)表。

（6）可以快速實(shí)現(xiàn)與其他應(yīng)用系統(tǒng)的集成，更大范圍內(nèi)保護(hù)應(yīng)用系統(tǒng)的使用安全。

統(tǒng)一身份認(rèn)證管理平臺的應(yīng)用構(gòu)架方案適用于企業(yè)多個應(yīng)用系統(tǒng)的集中管理需求，可以真正實(shí)現(xiàn)一個實(shí)名用戶永遠(yuǎn)只在企業(yè)中有一個唯一的身份及一套證明其身份的認(rèn)證方式。采用此方案，真正的將原有對賬戶資源基本的管理及認(rèn)證改變?yōu)橐宰匀蝗藶橹黧w的安全認(rèn)證管理模式。讓用戶無論是在互聯(lián)網(wǎng)訪問企業(yè)的郵件系統(tǒng)，或通過企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)訪問OA系統(tǒng)都采用相同的身份及認(rèn)證方式。

5 結(jié)論

通過對于某市油庫的工控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)設(shè)計(jì)、工控系統(tǒng)主機(jī)防護(hù)與預(yù)警設(shè)計(jì)、服務(wù)器終端監(jiān)測與響應(yīng)（EDR）、身份認(rèn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最終完成油庫工控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系和應(yīng)用系統(tǒng)綜合防御體系建設(shè)。新建立的信息安全保障體系，可以為針對信息系統(tǒng)的各種攻擊行為建立完善的防御和監(jiān)管措施。其部署實(shí)施具有重要的意義和價(jià)值：

（1）滿足安全合規(guī)要求

使企業(yè)工控系統(tǒng)符合國家安全性政策法規(guī)，滿足其工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全的剛性需求。

（2）提高油庫安全防護(hù)性

為企業(yè)工控網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了基礎(chǔ)保障，實(shí)現(xiàn)病毒、木馬等惡意程序的防護(hù)，可防范內(nèi)外部人員攻擊、軟件后門利用等多種威脅，顯著加強(qiáng)企業(yè)自身工控系統(tǒng)防范和預(yù)警感知能力，有效保障企業(yè)及國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。

（3）優(yōu)化資源配置

在滿足合規(guī)要求的同時，利用業(yè)主本身現(xiàn)有資源，在有限資源條件下最大限度地提升安全防護(hù)水平。

（4）樹立標(biāo)桿形成示范

針對工控系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)以及企業(yè)自身的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)從管理到技術(shù)的完整覆蓋，充分滿足監(jiān)管及未來業(yè)務(wù)發(fā)展需要，為能源類企業(yè)工控安全防護(hù)積累經(jīng)驗(yàn)，起到良好的示范作用。

本方案可推廣適用于SCADA、DCS、PCS、PLC等工業(yè)控制系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于石油石化、天然氣、電力、智能制造、水利、鐵路、城市軌道交通、城市供水供氣供熱等工業(yè)控制系統(tǒng)中。本方案的推廣實(shí)施，將為我國工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)能力的全面提升提供助力，為國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施防護(hù)和網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

摘自《自動化博覽》2018年11月刊