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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(tǒng)安可以分成三個(gè)方面，即功能安、物理安和信息安。

功能安是為了達(dá)到設(shè)備和工廠安功能，受保護(hù)的、和控制設(shè)備的安相關(guān)部分須正確執(zhí)行其功能，而且當(dāng)失效或故障發(fā)生時(shí)，設(shè)備或系統(tǒng)須仍能保持安條件或進(jìn)入到安狀態(tài)。

物理安是減少由于電擊、火災(zāi)、輻射、機(jī)械危險(xiǎn)、化學(xué)危險(xiǎn)等因素造成的危害。

在IEC62443中針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)信息安的定義是：“保護(hù)系統(tǒng)所采取的措施;由建立和維護(hù)保護(hù)系統(tǒng)的措施所得到的系統(tǒng)狀態(tài);能夠免于對(duì)系統(tǒng)資源的非授權(quán)訪問和非授權(quán)或意外的變、破壞或者損失;基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的能力，能夠保證非授權(quán)人員和系統(tǒng)既無法修改軟件及其數(shù)據(jù)，也無法訪問系統(tǒng)功能，卻保證授權(quán)人員和系統(tǒng)不被阻止;防止對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的非法或有害入侵，或者干擾其正確和計(jì)劃的操作。"

三種安在定義和內(nèi)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(gè)部件或系統(tǒng)的安表示為單個(gè)數(shù)字，而這個(gè)數(shù)字是為了保障人員健康、生產(chǎn)安和環(huán)境安而提出的基于該部件或系統(tǒng)失效率的保護(hù)因子。

物理安，保護(hù)要素主要由系列安生產(chǎn)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(chǎn)操作流程約束工業(yè)系統(tǒng)現(xiàn)場操作的標(biāo)準(zhǔn)性，確保事故的可追溯性，并可以明確有關(guān)人員的責(zé)任，管理和制度因素是保護(hù)物理安的主要方式。

工業(yè)控制系統(tǒng)信息安的評(píng)估方法與功能安的評(píng)估有所不同。雖然都是保障人員健康、生產(chǎn)安或環(huán)境安，但是功能安使用安完整性等是基于隨機(jī)硬件失效的個(gè)部件或系統(tǒng)失效的可能性計(jì)算得出的，而信息安系統(tǒng)有著為廣闊的應(yīng)用，以及多可能的誘因和后果。影響信息安的因數(shù)非常復(fù)雜，很難用個(gè)簡單的數(shù)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(hù)也須是周而復(fù)始不斷進(jìn)行的。

工控安與網(wǎng)絡(luò)信息安有別

工業(yè)控制系統(tǒng)信息安與傳統(tǒng)的IP信息網(wǎng)絡(luò)安的區(qū)別在于：1.安需求不同，2.安補(bǔ)丁與升機(jī)制存在的區(qū)別，3.實(shí)時(shí)性方面的差異，4.安保護(hù)優(yōu)先方面的差異，5.安防護(hù)技術(shù)適應(yīng)性方面的差異。

總體來說，傳統(tǒng)IP信息網(wǎng)絡(luò)安已經(jīng)發(fā)展到較為成熟的技術(shù)和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(認(rèn)證、訪問控制、信息完整性、特權(quán)分離等)，這些能夠幫助我們阻止和響應(yīng)針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的攻擊。然而，傳統(tǒng)意義講，計(jì)算機(jī)信息安研究關(guān)注于信息的保護(hù)，研究人員是不會(huì)考慮攻擊如何影響評(píng)估和控制算法以及終攻擊是如何影響物理世界的。

當(dāng)前已有的各種信息安工具，能夠?qū)刂葡到y(tǒng)安給予要機(jī)制，這些單獨(dú)的機(jī)制對(duì)于深度防護(hù)控制并不夠，通過深入理解控制系統(tǒng)與真實(shí)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授權(quán)訪問些控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備后將造成的危害。

2.設(shè)計(jì)的攻擊檢測算法：通過理解物理過程應(yīng)有的控制行為，并基于過程控制命令和傳感器測量，能夠識(shí)別攻擊者是否試圖干擾控制或傳感器的數(shù)據(jù)。

3.設(shè)計(jì)的抗攻擊彈性算法和架構(gòu)：檢測到個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)攻擊行為，能夠適時(shí)改變控制命令，用于增加控制系統(tǒng)的彈性，減少損失。

4.設(shè)計(jì)適合工業(yè)SCADA系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備的身份認(rèn)證與密碼技術(shù)：目前些成熟的、復(fù)雜的、健壯的密碼技術(shù)通常不能在工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備中完成訪問控制功能，主要原因在于過于復(fù)雜的密碼機(jī)制可能存在著在緊急情況下妨礙應(yīng)急處理程序快速響應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。工業(yè)自動(dòng)控制域的專家般認(rèn)為相對(duì)較弱的密碼機(jī)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(jìn)行猜測、傳送等，進(jìn)而不會(huì)對(duì)應(yīng)急處理程序本身產(chǎn)生額外影響。

5.開發(fā)硬件兼容能力強(qiáng)的工業(yè)SCADA系統(tǒng)安防護(hù)技術(shù)：傳統(tǒng)IT數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中安防護(hù)能力較強(qiáng)的技術(shù)如身份認(rèn)證、鑒別、加密、入侵檢測和訪問控制技術(shù)等普遍強(qiáng)調(diào)占用多的網(wǎng)絡(luò)帶寬、處理器性能和內(nèi)存資源，而這些資源在工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)備中十分有限，工業(yè)控制設(shè)備初的設(shè)計(jì)目標(biāo)是完成特定現(xiàn)場作業(yè)任務(wù)，它們般是低成本、低處理器效能的設(shè)備。而且，在石油、供水等能源工業(yè)系統(tǒng)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(hù)技術(shù)而又不顯著降低工業(yè)現(xiàn)場控制裝置的性能具有定難度。

6.研制兼容多種操作系統(tǒng)或軟件平臺(tái)的安防護(hù)技術(shù)：傳統(tǒng)IT數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的信息安技術(shù)機(jī)制，主要解決Windows、Linux、Unix等通用型操作系統(tǒng)平臺(tái)的信息安問題。而在工業(yè)SCADA系統(tǒng)域，現(xiàn)場工業(yè)SCADA系統(tǒng)裝置般使用設(shè)備供應(yīng)商(ABB、西門子、霍尼韋爾等)獨(dú)立研發(fā)的、非公開的操作系統(tǒng)(有時(shí)稱為固件)、軟件平臺(tái)(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(tǒng)及軟件平臺(tái)開發(fā)、部署甚至升信息安防護(hù)技術(shù)，是工業(yè)SCADA系統(tǒng)信息安未來需要重點(diǎn)解決的問題。建立事前事中事后防護(hù)系統(tǒng)

工業(yè)控制系統(tǒng)信息安內(nèi)涵、需求和目標(biāo)特性，決定了需要些特殊的信息安技術(shù)、措施，在工業(yè)生產(chǎn)過程中的IED、PLC、RTU、控制器、通信處理機(jī)、SCADA系統(tǒng)和各種實(shí)際的、各種類型的可編程數(shù)字化設(shè)備中使用或配置，達(dá)到保障工業(yè)控制系統(tǒng)生產(chǎn)、控制與管理的安功能目標(biāo)。所有自動(dòng)控制系統(tǒng)信息安的基礎(chǔ)技術(shù)是訪問控制和用戶身份認(rèn)證，在此基礎(chǔ)發(fā)展了些通過探針、信道加密、數(shù)據(jù)包核查和認(rèn)證等手段保護(hù)通信數(shù)據(jù)報(bào)文安的技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)功能安前提下的工業(yè)控制系統(tǒng)信息安，需要構(gòu)筑工業(yè)控制系統(tǒng)信息安事前、事中和事后的面管理、整體安的防護(hù)技術(shù)體系。

1.事前防御技術(shù)

事前防御技術(shù)是工業(yè)控制信息安防護(hù)技術(shù)體系中較為重要的部分，目前有很多成熟的基礎(chǔ)技術(shù)可以利用：訪問控制/工業(yè)控制防火墻、身份認(rèn)證、ID設(shè)備、基于生物特征的鑒別技術(shù)、安的調(diào)制解調(diào)器、加密技術(shù)、公共密鑰基礎(chǔ)設(shè)施(PKI)、虛擬局域網(wǎng)(VPN)。

2.事中響應(yīng)技術(shù)

入侵檢測(IDS)技術(shù)對(duì)于識(shí)別內(nèi)部的錯(cuò)誤操作和外部攻擊者嘗試獲得內(nèi)部訪問權(quán)限的攻擊行為是非常有效的。它能夠檢測和識(shí)別出內(nèi)部或外部用戶破壞網(wǎng)絡(luò)的意圖。IDS有兩種常見的形式：數(shù)字簽名檢測系統(tǒng)和不規(guī)則檢測系統(tǒng)。入侵者常常通過攻擊數(shù)字簽名，從而獲得進(jìn)入系統(tǒng)的權(quán)限或破壞網(wǎng)絡(luò)的完整性。數(shù)字簽名檢測系統(tǒng)通過將現(xiàn)在的攻擊特性與已知攻擊特性數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)選擇的靈敏程度，終確定比對(duì)結(jié)果。然后，根據(jù)比對(duì)結(jié)果，確定攻擊行為的發(fā)生，從而阻斷攻擊行為并且通報(bào)系統(tǒng)管理員當(dāng)前系統(tǒng)正在遭受攻擊。不規(guī)則檢測技術(shù)通過對(duì)比正在運(yùn)行的系統(tǒng)行為和正常系統(tǒng)行為之間的差異，確定入侵行為的發(fā)生且向系統(tǒng)管理員報(bào)警。例如，IDS能夠檢測在午夜時(shí)分系統(tǒng)不正常的活躍性或者外部網(wǎng)絡(luò)量訪問某I/O口等。當(dāng)不正常的活動(dòng)發(fā)生時(shí)，IDS能夠阻斷攻擊并且提醒系統(tǒng)管理員。

以兩種IDS系統(tǒng)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，但是，它們都有個(gè)相同的問題——如何設(shè)置檢測靈敏度。靈敏度會(huì)造成錯(cuò)誤的入侵報(bào)警，IDS會(huì)對(duì)每個(gè)入侵警報(bào)作相應(yīng)的系統(tǒng)動(dòng)作，因此，過多的錯(cuò)誤入侵警報(bào)，不僅會(huì)破壞正常系統(tǒng)的某些須的功能，而且還會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成量額外的負(fù)擔(dān)。而低靈敏度會(huì)使IDS不能檢測到某些入侵行為的發(fā)生，因此IDS會(huì)對(duì)些入侵行為視而不見，從而使入侵者成功進(jìn)入系統(tǒng)，造成不可預(yù)期的損失。

3.事后取證技術(shù)

審計(jì)日志機(jī)制是對(duì)合法的和非合法的用戶的認(rèn)證信息和其他特征信息進(jìn)行記錄的文件，是工業(yè)控制系統(tǒng)信息安主要的事后取證技術(shù)之。因此，每個(gè)對(duì)系統(tǒng)的訪問及其相關(guān)操作均需要記錄在案。當(dāng)診斷和審核網(wǎng)絡(luò)電子入侵是否發(fā)生時(shí)，審計(jì)日記是不可少的判斷標(biāo)準(zhǔn)之。此外，系統(tǒng)行為記錄也是工業(yè)SCADA系統(tǒng)信息安的常用技術(shù)。

這些是在工業(yè)控制系統(tǒng)信息安中些常用的、常規(guī)性技術(shù)，而在工業(yè)控制系統(tǒng)信息安實(shí)施過程中，還有些特別的關(guān)鍵技術(shù)。目前，機(jī)器設(shè)備的安與自動(dòng)化是緊密聯(lián)系且密不可分的，同時(shí)，機(jī)器設(shè)備現(xiàn)場總線技術(shù)如Profinet運(yùn)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(tǒng)應(yīng)對(duì)這樣的變化。

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

Euchner公司研制的多功能箱門(MGB)是個(gè)將安開關(guān)、關(guān)閉裝置和調(diào)節(jié)裝置集于身的安系統(tǒng)，其中心結(jié)構(gòu)件是評(píng)估模塊(圖1)。結(jié)合個(gè)處理模塊和個(gè)可選逃生解鎖，該MGB系統(tǒng)幾乎適用于所有安門。評(píng)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(fù)位操作按鍵和指示燈，這樣安門的操作控制盤小。

圖1評(píng)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(píng)估模塊的功能是關(guān)閉和鎖止安門，這就意味著在機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)安門關(guān)閉，或在開啟安門時(shí)機(jī)器設(shè)備處于安狀態(tài)，這樣安門便處于停止在開啟狀態(tài)。評(píng)估模塊的外殼由質(zhì)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(guān)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(gè)閉鎖且可翻轉(zhuǎn)的鎖緊件，當(dāng)安門在開啟狀態(tài)時(shí)，不能再鎖門。兩個(gè)鎖閉件可用多個(gè)鎖鎖起來。這樣當(dāng)操作人員需要進(jìn)入機(jī)器設(shè)備時(shí)，便可防止其他人員鎖門或開動(dòng)機(jī)器設(shè)備。

通常在設(shè)計(jì)臺(tái)機(jī)器設(shè)備時(shí)，人們還考慮不到將來安門向左或向右打開，而這對(duì)于MGB安系統(tǒng)而言并非問題。處理模塊可簡便快速地調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)方向，而評(píng)估模塊也可簡便進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。

處理模塊里裝有多個(gè)應(yīng)答器是種安技術(shù)方案，該術(shù)方案在Euchner公司的CES結(jié)構(gòu)系列的安門中得到了成功驗(yàn)證。該技術(shù)方案可在MGB系統(tǒng)中使用，在符合乃至PLe標(biāo)準(zhǔn)的其他系列的安門的使用也不會(huì)受限制。

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Euchner公司研制的安門技術(shù)可簡單易行地滿足EN ISO 13849-1標(biāo)準(zhǔn)要求，也可滿足EN 1088標(biāo)準(zhǔn)要求。EN1088標(biāo)準(zhǔn)要求不能簡單回避繞行安技術(shù)設(shè)備。而Euchner公司研制的處理模塊編碼使得非真實(shí)消息無法通過該安技術(shù)設(shè)備。根據(jù)機(jī)器設(shè)備技術(shù)指南的規(guī)定，對(duì)于人員可巡視的機(jī)器設(shè)備，如果有人誤進(jìn)入機(jī)器設(shè)備并被鎖在里面，須能夠自救。Euchner公司研制的安門技術(shù)提供了可選擇打開逃逸鎖(緊

急安)幫助工作人員進(jìn)行自救。而在MGB系統(tǒng)關(guān)閉接通時(shí)，工作人員可使用內(nèi)設(shè)在手動(dòng)翻轉(zhuǎn)裝置里的模塊進(jìn)行自救。當(dāng)機(jī)器設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，當(dāng)然在人們使用把手進(jìn)行自救時(shí)，會(huì)立即關(guān)閉機(jī)器設(shè)備。MGB系統(tǒng)的個(gè)操作模塊進(jìn)步補(bǔ)充了MGB系統(tǒng)的功能，Euchner公司可根據(jù)客戶需求，在操作模塊里設(shè)置如允許使用者使用按鍵、鑰匙開關(guān)、選擇開關(guān)或指示裝置來操作安系統(tǒng)的系列輔助功能。這些輔助功能能夠簡便靈活的集成進(jìn)MGB系統(tǒng)中。