聯(lián)盟旨在搭建政府,、產(chǎn),、學(xué),、研、用之間的交流平臺(tái),，推進(jìn)我國(guó)工業(yè)安全產(chǎn)業(yè)發(fā)展,，保障關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施安全穩(wěn)定運(yùn)行，支撐中國(guó)工業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展,。此賬號(hào)用于發(fā)布聯(lián)盟成果,、專家視點(diǎn)及工業(yè)安全前沿動(dòng)態(tài)等內(nèi)容。

　　隨著信息化與工業(yè)自動(dòng)化的深度融合,，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展,，工業(yè)自動(dòng)化與控制網(wǎng)絡(luò)也向著分布式、智能化的方向迅速發(fā)展,，越來(lái)越多基于TCP/IP的通信協(xié)議和接口被采用,，從而實(shí)現(xiàn)了自管理信息層延伸至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的一致性識(shí)別、通訊和控制,。然而,，在工控系統(tǒng)越來(lái)越開放的同時(shí)，也同步削弱了控制系統(tǒng)與外界的隔離和安全保護(hù)。因此,，行業(yè)/企業(yè)在享受網(wǎng)絡(luò)互連帶來(lái)的種種好處的同時(shí)也面臨著各種來(lái)源的信息安全威脅,，包括病毒、木馬向控制網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)散等,，國(guó)內(nèi)工控系統(tǒng)（ICS）的安全隱患問題日益嚴(yán)峻,，應(yīng)給予足夠的重視。

　　軌道交通中的自動(dòng)化系統(tǒng)一般分為：與列車運(yùn)行控制直接相關(guān)的系統(tǒng)（如信號(hào)系統(tǒng)與電力SCADA系統(tǒng)等）,、為列車運(yùn)行提供輔助,、支撐的系統(tǒng)（如綜合監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等）以及輔助于安全管理的系統(tǒng)（如門禁系統(tǒng)等）,。這些系統(tǒng)存在著共同的特點(diǎn)：一般系統(tǒng)分為信息管理層、控制執(zhí)行層和現(xiàn)場(chǎng)操作層三層架構(gòu),；系統(tǒng)以采集與執(zhí)行控制器（如PLC）和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)為核心開展工作,；工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)要求有更好的實(shí)時(shí)性、更高的傳輸速率以及可靠性,。

　　工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)場(chǎng)總線由于技術(shù)的局限性已經(jīng)不能滿足快速發(fā)展的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的需求,，當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的是工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　?。?1 ） 幾乎所有的編程語(yǔ)言都支持以太網(wǎng),；

　　（ 2 ） 軟硬件資源豐富,，成本低廉（可降低系統(tǒng)的整體成本）,；

　　（ 3 ） 通信速率高（ 百兆設(shè)備已被廣泛使用,，千兆,、萬(wàn)兆逐漸成為工業(yè)骨干網(wǎng)的主流）；

　?。?4 ） 由于基于TCP/IP開放式標(biāo)準(zhǔn),，不同設(shè)備很容易互聯(lián)，具有很好的發(fā)展?jié)摿Γ?/p>

　?。?5 ） 易于實(shí)現(xiàn)一體化的管理與控制,；

　　（ 6 ） 工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì),，提供其它自動(dòng)化組件相同的MTBF（平均故障間隔時(shí)間）值,，通常是10年以上（相比之下，典型商用產(chǎn)品在建造時(shí),，最多實(shí)現(xiàn)5年平均壽命）,；

　?。?7 ） 方便安裝：通常采用DIN-Rail導(dǎo)軌安裝，或者直接用螺栓連接到機(jī)器上,；

　?。?8 ） 無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)散熱,；

　　（ 9 ） 冗余電源,，冗余鏈路,，支持采取冗余設(shè)備以保證全天候正常運(yùn)行時(shí)間；

　?。?10 ） 符合特定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[包括軌道交通行業(yè)普遍認(rèn)可EN50121-4認(rèn)證（軌旁應(yīng)用）以及EN50155認(rèn)證（車載應(yīng)用）],，以保證能在極端的現(xiàn)場(chǎng)條件下正常運(yùn)作，如濕度,、防塵,、防腐蝕、溫度,、振動(dòng),、沖擊和電磁干擾。但無(wú)法掩蓋一個(gè)事實(shí),，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)是工控系統(tǒng)安全隱患中的主要因素,。

　　工控系統(tǒng)信息安全現(xiàn)狀以及對(duì)軌交安全的影響

　　現(xiàn)實(shí)情況的調(diào)研說(shuō)明了工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全問題日趨嚴(yán)重。

　　近兩年,，在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息安全領(lǐng)域有幾個(gè)影響較大的實(shí)例：

　?。?1 ） 2010年7月首次檢測(cè)出以某公司的ICS/SCADA為攻擊目標(biāo)的Stuxnet震網(wǎng)病毒；三個(gè)月后,，全球已有十萬(wàn)臺(tái)主機(jī)計(jì)算機(jī)受到感染,。這是世界上首個(gè)專門針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)編寫的破壞性病毒，由此引發(fā)了工業(yè)界對(duì)信息安全的特別關(guān)注,。

　?。?2 ） 2012年8月，BBC技術(shù)版報(bào)道,，在西門子旗下的羅杰康平臺(tái)交換機(jī)中發(fā)現(xiàn)了后門,，這個(gè)程序讓黑客可以容易的侵入網(wǎng)絡(luò)，竊取信息,。該設(shè)備主要應(yīng)用在美國(guó)的國(guó)家發(fā)電廠中,，得到美國(guó)國(guó)土安全局的高度重視。

　?。?3 ） 2013年底,，“棱鏡門”事件的主角斯諾登曝光了一份材料,，顯示美國(guó)在2008年研制了48種間諜工具，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)與互聯(lián)網(wǎng)隔離的計(jì)算機(jī)的隔空打擊,。這一情況對(duì)人們存在將工業(yè)控制系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)隔離,、ICS不存在信息安全問題的想法構(gòu)成顛覆性沖擊。

　　根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,，在工業(yè)最為發(fā)達(dá)的美國(guó),，2010年工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全事件數(shù)量統(tǒng)計(jì)僅為39條，到了2013年,，這一數(shù)據(jù)增至256條,。其中在2013年，工業(yè)控制系統(tǒng)的安全事件在能源,、關(guān)鍵制造,、供水、交通,、核工業(yè)等直接關(guān)系到國(guó)民生計(jì)以及人身安全的行業(yè)都有涉及,。其中交通行業(yè)工業(yè)控制系統(tǒng)安全事件的比例達(dá)到5%。

　　中國(guó)的工業(yè)發(fā)展暫落后于美國(guó),。因此,，可以預(yù)見到未來(lái)中國(guó)的工業(yè)控制系統(tǒng)安全事件也將呈現(xiàn)覆蓋范圍廣、增長(zhǎng)速度快的趨勢(shì),。交通行業(yè),，尤其是軌道交通行業(yè)，工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施中的關(guān)鍵ICS系統(tǒng)的安全事件可能造成的影響包括：

　?。?1 ） 軌道交通子系統(tǒng)性能的下降,，影響系統(tǒng)的可用性；

　?。?2 ） 關(guān)鍵控制數(shù)據(jù)被篡改或者喪失,；

　　（ 3 ） 失去控制（2008年一少年攻擊了波蘭的Lodz的城鐵系統(tǒng),，用一個(gè)遙控器改變軌道扳道器,，導(dǎo)致4節(jié)列車出軌）；

　?。?4 ） 嚴(yán)重甚至導(dǎo)致人員傷亡,；

　　（ 5 ） 軌道運(yùn)輸單位聲譽(yù)受損,，信任度降低,；

　　（ 6 ） 基礎(chǔ)設(shè)施破壞,；

　?。?7 ） 嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失等,。

　　工業(yè)以太網(wǎng)信息安全威脅的主要原因

　　從業(yè)者一般認(rèn)為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議相對(duì)私有，與更廣范圍的網(wǎng)絡(luò)存在隔離的特性,，加上設(shè)備自身的優(yōu)勢(shì),，使得他們對(duì)于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的安全性很有信心。但在如今不斷變化,、更廣互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)世界中,，許多工業(yè)運(yùn)營(yíng)商甚至都沒有意識(shí)到他們的系統(tǒng)已經(jīng)被暴露在互聯(lián)網(wǎng)上，必須要進(jìn)行一些特別的安全漏洞處理,。在近期的一則報(bào)道中反映,，美國(guó)國(guó)土安全部顧問InfraCritical僅僅通過(guò)監(jiān)控引擎就發(fā)現(xiàn)了50萬(wàn)個(gè)暴露在網(wǎng)絡(luò)中的SCADA設(shè)備，其中7200個(gè)設(shè)備控制著關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施,，比如說(shuō)水利、能源以及其它領(lǐng)域的設(shè)備,。因此,，安全研究人員描述工業(yè)控制系統(tǒng)的狀態(tài)“很安全”，就聽起來(lái)很可笑了,。

　　現(xiàn)有的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中漏洞存在主要體現(xiàn)在以下三方面：

　　（ 1 ） 工業(yè)基礎(chǔ)協(xié)議Modbus TCP/IP 協(xié)議數(shù)據(jù)包存在安全隱患

　　Modbus TCP/IP 協(xié)議被廣泛應(yīng)用于工業(yè)通信中,，但由于缺乏內(nèi)置的安全處置，使得協(xié)議應(yīng)用時(shí)相對(duì)脆弱,。具體地說(shuō),，即使當(dāng)傳送一個(gè)檢測(cè)過(guò)源IP地址的TCP/IP的數(shù)據(jù)包時(shí)，看起來(lái)似乎是合法的,，但由于它可能包涵有惡意的Modbus TCP 通信數(shù)據(jù)包,，讓整個(gè)通信過(guò)程存在疑慮。假設(shè)讓系統(tǒng)對(duì)Modbus的源設(shè)備ID,、功能碼或者命令類型進(jìn)行檢測(cè)時(shí),，這種惡意的數(shù)據(jù)包將無(wú)處遁形。同時(shí)由于工業(yè)設(shè)備幾乎沒有應(yīng)用層的安全防護(hù)方式,，因此這樣的關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用的安全保護(hù)將落地在網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備,，如硬件防火墻等，而傳統(tǒng)防火墻的解決方案中很少有掃描Modbus TCP等工業(yè)協(xié)議的機(jī)制,。

　　（ 2 ） 自動(dòng)化控制中對(duì)時(shí)序的要求很嚴(yán)格,，存在傳輸延遲的安全隱患

　　SCADA和自動(dòng)化控制對(duì)受控對(duì)象的直接操作是具有高度時(shí)效性的，比如說(shuō)變電站運(yùn)作對(duì)時(shí)間非常敏感,，觸發(fā)電路開關(guān)的延遲可以導(dǎo)致功率波動(dòng)甚至停電,。操作的高時(shí)效性要求工業(yè)網(wǎng)絡(luò)不能存在重大的延遲問題。然而,，惡意攻擊者使用一個(gè)常見請(qǐng)求程序去攻擊一個(gè)網(wǎng)絡(luò),，即便防火墻可以阻止一個(gè)未經(jīng)授權(quán)的請(qǐng)求,，也會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)延遲。同時(shí)防火墻在處理數(shù)據(jù)時(shí)也存在能力不足,、帶寬不夠的情況,，同樣也會(huì)在關(guān)鍵時(shí)刻導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的延遲，無(wú)法滿足實(shí)時(shí)性傳輸要求,。

　　另外,，隨著需求的不斷增長(zhǎng)，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)將集成更多的系統(tǒng),，如視頻,、語(yǔ)音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要更大的帶寬和吞吐量來(lái)支持更高級(jí)的應(yīng)用程序,，并不影響網(wǎng)絡(luò)安全,，也不會(huì)造成其它工業(yè)操作的延遲。

　　（ 3 ） 嚴(yán)苛的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境促使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備被動(dòng)適應(yīng),，存在適應(yīng)性安全隱患

　　軌交現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電機(jī)械和工業(yè)控制設(shè)備都部署在較為嚴(yán)苛的環(huán)境中,。采用傳統(tǒng)的IT網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備很難在這些嚴(yán)苛的環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行并保障工業(yè)網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)的信息安全。這些嚴(yán)苛的環(huán)境條件包括如極端的溫度,、EMC,、EMI等，對(duì)傳統(tǒng)IT網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備造成的損壞也許比黑客刻意程序工具的攻擊更加嚴(yán)重,。因此,，確保工業(yè)網(wǎng)絡(luò)免受黑客的攻擊，保障信息安全,，首要任務(wù)是確保這些設(shè)備能夠在這些嚴(yán)苛工業(yè)環(huán)境下持續(xù),、穩(wěn)定地運(yùn)行。

　　消除以上漏洞的思路,，第一步是確認(rèn)漏洞,、關(guān)閉漏洞；第二步至關(guān)重要,，必須將安全漏洞完全處理掉,。

　　工控網(wǎng)信息安全解決方案探討

　　3.1　軌交行業(yè)信息安全的總體考慮

　　軌交業(yè)務(wù)總體可以分為自動(dòng)化控制和管理信息兩大類。劃分為三個(gè)安全域：生產(chǎn)網(wǎng)域,、管理網(wǎng)域和互聯(lián)網(wǎng)域,。上海在處置信息安全時(shí)，一般有以下做法：

　?。?1 ） 同區(qū)域訪問,、各不同區(qū)域之間實(shí)行受控訪問或禁止訪問。安全域之間的訪問控制策略見表1,。

　　表1 訪問控制策略表

　?。?2 ） 自動(dòng)化控制系統(tǒng)按照既有的建設(shè)安全體系進(jìn)行防護(hù)的同時(shí),，與列車運(yùn)行控制直接相關(guān)的系統(tǒng)（如信號(hào)系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)）級(jí)別應(yīng)定為非常重要，對(duì)應(yīng)安全等級(jí)保護(hù)體系的第三級(jí),；為列車運(yùn)行提供輔助,、支撐的系統(tǒng)級(jí)別應(yīng)定為重要，對(duì)應(yīng)安全等級(jí)保護(hù)體系的第二級(jí),；

　?。?3 ） 僅供軌交行業(yè)內(nèi)部使用的管理、決策,、辦公類系統(tǒng)級(jí)別應(yīng)定為一般,，對(duì)應(yīng)安全等級(jí)保護(hù)體系的第一級(jí)。

　　3.2　工控網(wǎng)信息安全的考慮

　　針對(duì)以上的分析,，建議從硬件以及軟件兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)的信息安全,。

　　（ 1 ） 硬件實(shí)現(xiàn)多層次網(wǎng)絡(luò)信息安全防護(hù)

　　針對(duì)軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成特征,，將現(xiàn)場(chǎng)級(jí)系統(tǒng)分解成多層結(jié)構(gòu)（如圖1所示）,，在各層網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)不同情況（如連接設(shè)備數(shù)目、帶寬以及性能要求等）,，設(shè)置合適的工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品。以Moxa公司的EDR-810系列為例,，隨著集成技術(shù)發(fā)展,，在市場(chǎng)上推出了一體化的防火墻交換機(jī)，主要面對(duì)最底層需連接多個(gè)終端設(shè)備,，必須放置一臺(tái)交換機(jī)的情況,；該集成設(shè)備集合了二層網(wǎng)管交換功能以及防火墻/NAT/VPN的功能，具有千兆上聯(lián)口以及多個(gè)快速以太網(wǎng)口,，在滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接入的同時(shí),，還可利用網(wǎng)管的功能，有效防止由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障導(dǎo)致的廣播風(fēng)暴對(duì)于其它關(guān)鍵設(shè)備的影響,；對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)不被使用的端口,，在物理封存的同時(shí)系統(tǒng)可以將其關(guān)閉，從而防止利用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接入交換機(jī)進(jìn)行的惡意篡改以及非法入侵,。另外,，該設(shè)備的防火墻策略控制不同信任區(qū)域之間的網(wǎng)絡(luò)流量以及網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）防御內(nèi)部局域網(wǎng)免受未經(jīng)授權(quán)從外部主機(jī)傳來(lái)的活動(dòng)，能夠執(zhí)行深度的Modbus TCP數(shù)據(jù)包檢測(cè),，從而有效地防止對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)PLC等關(guān)鍵設(shè)備的非法控制,，確保關(guān)鍵設(shè)備的可靠性。

　　在最上層對(duì)接辦公網(wǎng)絡(luò)時(shí),，宜選擇設(shè)置工業(yè)級(jí)千兆防火墻/VPN安全路由器設(shè)備,，同時(shí)應(yīng)考慮滿足帶寬需求高,、對(duì)外連線需要有備份鏈路的要求。以Moxa公司的EDR-G903系列為例,，其具備冗余的WAN接口,，千兆的寬帶性能，吞吐量能夠達(dá)到500Mbps,，能夠建立的Firewall/NAT規(guī)則數(shù)為512/256以上,，從而確保企業(yè)信息網(wǎng)與自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)之間的安全通信；同時(shí),，支持VPN三層隧道協(xié)議IPSec可達(dá)100條,，能夠滿足遠(yuǎn)端的多通道安全通訊。

　?。?2 ） 在網(wǎng)管軟件中設(shè)置信息安全的選項(xiàng)

　　工業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理套件可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易配置,、智能可視化管理、簡(jiǎn)便的備份管理以及快速故障排除,，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生命周期都結(jié)合到了一個(gè)工具包內(nèi),。為了回應(yīng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于信息安全的重視，須基于ISA與IEC共同制定的針對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)分隔的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)和控制信息系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)IEC 62443標(biāo)準(zhǔn),，分別在安裝,、運(yùn)行和診斷三個(gè)階段來(lái)確保網(wǎng)絡(luò)安全。

　　在安裝階段,，要從軟件上可以批量部署設(shè)備的安全功能,，可選擇不同的設(shè)備安全級(jí)別，規(guī)范不同的安全條款,，以滿足不同的應(yīng)用需要,。

　　在運(yùn)行階段，軟件可在可視化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,，用不同顏色來(lái)標(biāo)注設(shè)備的不同安全等級(jí),，方便進(jìn)行設(shè)備管理。在偵測(cè)到安全異常情況后,，有相應(yīng)的界面輸出警告,，通知操作人員，進(jìn)行及時(shí)處理,。

　　案例與結(jié)語(yǔ)

　　案例：美國(guó)亨利科縣交通控制系統(tǒng)的安全處置

　　弗吉尼亞州亨利科縣交通部門按NEMA TS2交通控制規(guī)范升級(jí)現(xiàn)有的公路交通信號(hào)控制系統(tǒng),，使其成為先進(jìn)交通管理系統(tǒng)（ATMS）。亨利科縣現(xiàn)有的交通控制系統(tǒng)是由140個(gè)信號(hào)控制的十字路口組成,，但只有25個(gè)十字路口是相互連接的,，其余115個(gè)十字路口的信號(hào)控制電路隔離。該系統(tǒng)將采用一個(gè)集中的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，使得中央指揮中心可以與每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)交通信號(hào)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信?，F(xiàn)場(chǎng)的交通控制器也可以調(diào)整和安排每天不同時(shí)間段的交通信號(hào)配時(shí)參數(shù),，以此來(lái)提高交通車流量。從中央指揮中心,，運(yùn)營(yíng)商將能夠訪問交通信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和應(yīng)急響應(yīng)遠(yuǎn)程流量控制的位置,。這種先進(jìn)的交通控制網(wǎng)絡(luò)將通過(guò)公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行部署，不只需要一個(gè)高度可靠的連接,，同時(shí)也保護(hù)了網(wǎng)絡(luò)安全,，禁止未經(jīng)授權(quán)的訪問。

　　圖1 現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的多層結(jié)構(gòu)圖

　　為了使交通控制器能夠?qū)?shù)據(jù)傳送到交通指揮中心,，系統(tǒng)集成商需要利用現(xiàn)有的ISP公共網(wǎng)絡(luò),。然而，在公共網(wǎng)絡(luò)中存在可能的安全性問題,，會(huì)直接威脅到交通控制網(wǎng)絡(luò)的通信,。所以，采用VPN和現(xiàn)場(chǎng)及核心防火墻來(lái)保證數(shù)據(jù)通信的安全就顯得至關(guān)重要,。

　　2011年,，工業(yè)和信息化部頒發(fā)了451號(hào)文《關(guān)于加強(qiáng)工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全管理的通知》，從國(guó)家層面強(qiáng)調(diào)了加強(qiáng)工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全工作的重要性和緊迫性,，而軌道交通的核心生產(chǎn)系統(tǒng)正屬于此通知范圍內(nèi),。因此希望通過(guò)上述討論，提請(qǐng)相關(guān)人士重視對(duì)軌道交通現(xiàn)有的,、各個(gè)層次系統(tǒng)部署狀況,、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及主要安全問題的分析，形成一套有效的信息安全架構(gòu)方案,，推動(dòng)軌道交通信息安全基礎(chǔ)建設(shè)，完善軌道交通信息安全技術(shù)防護(hù)體系,、信息安全管理體系,，提升軌交行業(yè)的信息安全預(yù)警能力、信息安全保障能力,、信息安全檢測(cè)能力,、信息安全應(yīng)急能力和信息安全恢復(fù)能力。