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工控安兼顧功能、物理和信息安

通常情況下,，工業(yè)控制系統安可以分成三個方面,，即功能安、物理安和信息安,。

功能安是為了達到設備和工廠安功能,，受保護的、和控制設備的安相關部分須正確執(zhí)行其功能,，而且當失效或故障發(fā)生時，設備或系統須仍能保持安條件或進入到安狀態(tài),。

物理安是減少由于電擊,、火災、輻射,、機械危險,、化學危險等因素造成的危害。

在IEC62443中針對工業(yè)控制系統信息安的定義是：“保護系統所采取的措施;由建立和維護保護系統的措施所得到的系統狀態(tài);能夠免于對系統資源的非*訪問和非*或意外的變,、破壞或者損失;基于計算機系統的能力,，能夠保證非*人員和系統既無法修改軟件及其數據，也無法訪問系統功能,，卻保證*人員和系統不被阻止;防止對工業(yè)控制系統的非法或有害入侵,，或者干擾其正確和計劃的操作。"

三種安在定義和內涵有很的差別,。

功能安,，使用安完整性等的概念已有近20年。功能安規(guī)范要求通常將個部件或系統的安表示為單個數字,，而這個數字是為了保障人員健康,、生產安和環(huán)境安而提出的基于該部件或系統失效率的保護因子。

物理安,，保護要素主要由系列安生產操作規(guī)范定義,。政府,、企業(yè)及行業(yè)組織等般通過完備的安生產操作流程約束工業(yè)系統現場操作的標準性，確保事故的可追溯性,，并可以明確有關人員的責任,，管理和制度因素是保護物理安的主要方式。

工業(yè)控制系統信息安的評估方法與功能安的評估有所不同,。雖然都是保障人員健康,、生產安或環(huán)境安，但是功能安使用安完整性等是基于隨機硬件失效的個部件或系統失效的可能性計算得出的,，而信息安系統有著為廣闊的應用,，以及多可能的誘因和后果。影響信息安的因數非常復雜,，很難用個簡單的數字描述出來,。然而，功能安的生命周期安理念同樣適用于信息安,，信息安的管理和維護也須是周而復始不斷進行的,。

工控安與網絡信息安有別

工業(yè)控制系統信息安與傳統的IP信息網絡安的區(qū)別在于：1.安需求不同，2.安補丁與升機制存在的區(qū)別,，3.實時性方面的差異,，4.安保護優(yōu)先方面的差異，5.安防護技術適應性方面的差異,。

總體來說,，傳統IP信息網絡安已經發(fā)展到較為成熟的技術和設計準則(認證、訪問控制,、信息完整性,、特權分離等)，這些能夠幫助我們阻止和響應針對工業(yè)控制系統的攻擊,。然而,，傳統意義講，計算機信息安研究關注于信息的保護,，研究人員是不會考慮攻擊如何影響評估和控制算法以及終攻擊是如何影響物理世界的,。

當前已有的各種信息安工具，能夠對控制系統安給予要機制,，這些單獨的機制對于深度防護控制并不夠,，通過深入理解控制系統與真實物理世界的交互過程，研究人員在未來需要開展的工作可能是：

1.好地理解攻擊的后果：到目前為止,，還沒有深入研究攻擊者獲得非*訪問些控制網絡設備后將造成的危害,。

2.設計的攻擊檢測算法：通過理解物理過程應有的控制行為，并基于過程控制命令和傳感器測量，能夠識別攻擊者是否試圖干擾控制或傳感器的數據,。

3.設計的抗攻擊彈性算法和架構：檢測到個工業(yè)控制系統攻擊行為,，能夠適時改變控制命令，用于增加控制系統的彈性,，減少損失,。

4.設計適合工業(yè)SCADA系統現場設備的身份認證與密碼技術：目前些成熟的、復雜的,、健壯的密碼技術通常不能在工業(yè)控制系統的現場設備中完成訪問控制功能,，主要原因在于過于復雜的密碼機制可能存在著在緊急情況下妨礙應急處理程序快速響應的風險。工業(yè)自動控制域的專家般認為相對較弱的密碼機制(如缺省密碼,、固定密碼,，甚至空口令等)，比較容易在緊急情況下進行猜測,、傳送等,，進而不會對應急處理程序本身產生額外影響。

5.開發(fā)硬件兼容能力強的工業(yè)SCADA系統安防護技術：傳統IT數據網絡中安防護能力較強的技術如身份認證,、鑒別,、加密、入侵檢測和訪問控制技術等普遍強調占用多的網絡帶寬,、處理器性能和內存資源,，而這些資源在工業(yè)控制系統設備中十分有限，工業(yè)控制設備初的設計目標是完成特定現場作業(yè)任務,，它們般是低成本,、低處理器效能的設備。而且,，在石油,、供水等能源工業(yè)系統控制裝置中仍然在使用些很陳舊的處理器(如1978年出廠的Intel8088處理器),。因此,，在這類裝置中部署主流的信息安防護技術而又不顯著降低工業(yè)現場控制裝置的性能具有定難度,。

6.研制兼容多種操作系統或軟件平臺的安防護技術：傳統IT數據網絡中的信息安技術機制,，主要解決Windows,、Linux,、Unix等通用型操作系統平臺的信息安問題。而在工業(yè)SCADA系統域,，現場工業(yè)SCADA系統裝置般使用設備供應商(ABB、西門子,、霍尼韋爾等)獨立研發(fā)的,、非公開的操作系統(有時稱為固件),、軟件平臺(如GE的iFix等)完成特定的工業(yè)過程控制功能。因此,，如何在非通用操作系統及軟件平臺開發(fā),、部署甚至升信息安防護技術,，是工業(yè)SCADA系統信息安未來需要重點解決的問題,。建立事前事中事后防護系統

工業(yè)控制系統信息安內涵,、需求和目標特性,，決定了需要些特殊的信息安技術,、措施，在工業(yè)生產過程中的IED,、PLC,、RTU、控制器,、通信處理機、SCADA系統和各種實際的、各種類型的可編程數字化設備中使用或配置，達到保障工業(yè)控制系統生產,、控制與管理的安功能目標,。所有自動控制系統信息安的基礎技術是訪問控制和用戶身份認證，在此基礎發(fā)展了些通過探針、信道加密,、數據包核查和認證等手段保護通信數據報文安的技術。為實現功能安前提下的工業(yè)控制系統信息安,，需要構筑工業(yè)控制系統信息安事前、事中和事后的面管理,、整體安的防護技術體系,。

1.事前防御技術

事前防御技術是工業(yè)控制信息安防護技術體系中較為重要的部分,，目前有很多成熟的基礎技術可以利用：訪問控制/工業(yè)控制防火墻、身份認證,、ID設備,、基于生物特征的鑒別技術、安的調制解調器,、加密技術,、公共密鑰基礎設施(PKI)、虛擬局域網(VPN),。

2.事中響應技術

入侵檢測(IDS)技術對于識別內部的錯誤操作和外部攻擊者嘗試獲得內部訪問權限的攻擊行為是非常有效的,。它能夠檢測和識別出內部或外部用戶破壞網絡的意圖。IDS有兩種常見的形式：數字簽名檢測系統和不規(guī)則檢測系統,。入侵者常常通過攻擊數字簽名,，從而獲得進入系統的權限或破壞網絡的完整性。數字簽名檢測系統通過將現在的攻擊特性與已知攻擊特性數據庫進行比對,，根據選擇的靈敏程度,，終確定比對結果。然后,，根據比對結果,，確定攻擊行為的發(fā)生，從而阻斷攻擊行為并且通報系統管理員當前系統正在遭受攻擊,。不規(guī)則檢測技術通過對比正在運行的系統行為和正常系統行為之間的差異,，確定入侵行為的發(fā)生且向系統管理員報警。例如,，IDS能夠檢測在午夜時分系統不正常的活躍性或者外部網絡量訪問某I/O口等,。當不正常的活動發(fā)生時，IDS能夠阻斷攻擊并且提醒系統管理員。

以兩種IDS系統都有其優(yōu)點和缺點，但是，它們都有個相同的問題——如何設置檢測靈敏度,。靈敏度會造成錯誤的入侵報警,，IDS會對每個入侵警報作相應的系統動作,，因此,，過多的錯誤入侵警報,，不僅會破壞正常系統的某些須的功能,，而且還會對系統造成量額外的負擔。而低靈敏度會使IDS不能檢測到某些入侵行為的發(fā)生,，因此IDS會對些入侵行為視而不見,，從而使入侵者成功進入系統,，造成不可預期的損失,。

3.事后取證技術

審計日志機制是對合法的和非合法的用戶的認證信息和其他特征信息進行記錄的文件,，是工業(yè)控制系統信息安主要的事后取證技術之,。因此，每個對系統的訪問及其相關操作均需要記錄在案。當診斷和審核網絡電子入侵是否發(fā)生時,，審計日記是不可少的判斷標準之,。此外,，系統行為記錄也是工業(yè)SCADA系統信息安的常用技術,。

這些是在工業(yè)控制系統信息安中些常用的,、常規(guī)性技術，而在工業(yè)控制系統信息安實施過程中,，還有些特別的關鍵技術,。目前，機器設備的安與自動化是緊密聯系且密不可分的,，同時,，機器設備現場總線技術如Profinet運行的速度也在不斷加快。安組件專家Euchner公司借助于自身研制的模塊化系統應對這樣的變化,。

近年來,，市場有各種各樣的Profibus終設備，人們幾乎可在市場買到每個任務適用的設備,。長時間以來,，Euchner公司已將公司研制的用于Profinet的MGB-PN安系統投放市場，該系統可用于帶有集成化Profinet和Profisafe的安門,。此外,，MGB-PN系統還能夠完成所有涉及到安門的其他任務。

Euchner公司研制的多功能箱門(MGB)是個將安開關,、關閉裝置和調節(jié)裝置集于身的安系統,，其中心結構件是評估模塊(圖1)。結合個處理模塊和個可選逃生解鎖,，該MGB系統幾乎適用于所有安門,。評估模塊裝有集成化的若干操作按鍵和指示燈，如有要求安門停止開啟和復位操作按鍵和指示燈,，這樣安門的操作控制盤小,。

圖1評估模塊有接通和鎖閉功能;適合的處理模塊有安門要的功能

評估模塊的功能是關閉和鎖止安門，這就意味著在機器設備運轉時安門關閉,，或在開啟安門時機器設備處于安狀態(tài),，這樣安門便處于停止在開啟狀態(tài)。評估模塊的外殼由質量人工合成材料制成,，所有零件為金屬零件,，因此能夠承受較的力。即使是使勁關門,，這些特別穩(wěn)定的模塊也能承受,。

選用合適的處理模塊，安門可具備要的功能,，該處理模塊除了是安門的把手外,，還裝入了個閉鎖且可翻轉的鎖緊件，當安門在開啟狀態(tài)時，不能再鎖門,。兩個鎖閉件可用多個鎖鎖起來,。這樣當操作人員需要進入機器設備時，便可防止其他人員鎖門或開動機器設備,。

通常在設計臺機器設備時,，人們還考慮不到將來安門向左或向右打開，而這對于MGB安系統而言并非問題,。處理模塊可簡便快速地調整轉動方向,，而評估模塊也可簡便進行翻轉。

處理模塊里裝有多個應答器是種安技術方案,，該術方案在Euchner公司的CES結構系列的安門中得到了成功驗證,。該技術方案可在MGB系統中使用，在符合乃至PLe標準的其他系列的安門的使用也不會受限制,。

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Euchner公司研制的安門技術可簡單易行地滿足EN ISO 13849-1標準要求，也可滿足EN 1088標準要求,。EN1088標準要求不能簡單回避繞行安技術設備,。而Euchner公司研制的處理模塊編碼使得非真實消息無法通過該安技術設備。根據機器設備技術指南的規(guī)定,，對于人員可巡視的機器設備,，如果有人誤進入機器設備并被鎖在里面，須能夠自救,。Euchner公司研制的安門技術提供了可選擇打開逃逸鎖(緊

急安)幫助工作人員進行自救,。而在MGB系統關閉接通時，工作人員可使用內設在手動翻轉裝置里的模塊進行自救,。當機器設備處于運行狀態(tài)時,，當然在人們使用把手進行自救時，會立即關閉機器設備,。MGB系統的個操作模塊進步補充了MGB系統的功能,，Euchner公司可根據客戶需求，在操作模塊里設置如允許使用者使用按鍵,、鑰匙開關,、選擇開關或指示裝置來操作安系統的系列輔助功能。這些輔助功能能夠簡便靈活的集成進MGB系統中,。