智能制造下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)淺議

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摘要：在當(dāng)今工業(yè)4.0時(shí)代背景下，智能制造將傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境打破，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)將生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)與互聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)連接起來，實(shí)現(xiàn)資源整合共享、生產(chǎn)智能化自動(dòng)化，隨著工業(yè)控制系統(tǒng)的智能化發(fā)展帶來便利的同時(shí)也增加了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)攻擊的風(fēng)險(xiǎn)性。對(duì)在智能制造下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)問題，本文主要提出了安全體系結(jié)構(gòu)、工控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從控制、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用和數(shù)據(jù)等幾個(gè)方面分析工業(yè)控制安全風(fēng)險(xiǎn)問題及如何應(yīng)對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全威脅，讓更多的工業(yè)領(lǐng)域認(rèn)識(shí)到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全的重要性以及提高在工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)過程中安全防護(hù)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；工業(yè)控制；安全體系結(jié)構(gòu)；智能制造

康一樣，在沒有生病的時(shí)候都是健康的，就工業(yè)企業(yè)來說，沒有安全問題就是安全的，這就使得安全風(fēng)險(xiǎn)大大增加了。在整個(gè)智能制造的背景下，物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)越來越多地被用于生產(chǎn)制造銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)就已然成為網(wǎng)絡(luò)攻擊的目標(biāo)。當(dāng)工業(yè)信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化程度不斷提高，IT和OT結(jié)合得越來越密切，例如網(wǎng)絡(luò)IP化、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜化、無線化等使得工業(yè)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)更加難以應(yīng)對(duì)，要確保數(shù)據(jù)在IT和OT之間的安全傳輸是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要的安全風(fēng)險(xiǎn)問題。工控系統(tǒng)是關(guān)鍵基礎(chǔ)信息設(shè)施的中樞系統(tǒng)，成熟的互聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)不能直接用到工業(yè)系統(tǒng)控制領(lǐng)域，所以在新的環(huán)境下要加速建立工控系統(tǒng)安全防御體系，不斷提升工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)水平，保護(hù)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全就是保護(hù)國(guó)家安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定要。

1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基本層次架構(gòu)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)、安全是主要的三大功能體系，其中工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心?；緦哟渭軜?gòu)如圖1所示。邊緣層在最底層，通過各種通信接入工業(yè)設(shè)備利用工業(yè)傳感器、邊緣計(jì)算設(shè)備、工業(yè)解析協(xié)議等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)由底層向云平臺(tái)的集成。平臺(tái)層PaaS是開放式的操作系統(tǒng)，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)最重要的部分，包括開發(fā)工具和微服務(wù)框架，機(jī)理建模和可視化，還有設(shè)備管理、資源管理、故障恢復(fù)等一系列的資源部署和管理。工業(yè)平臺(tái)層就是為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)提供安全的環(huán)境，目前應(yīng)用較多的安全措施就是身份認(rèn)證、安全路由和審計(jì)等機(jī)制，取得很好的應(yīng)用效果。應(yīng)用層就是滿足業(yè)務(wù)運(yùn)行和應(yīng)用創(chuàng)新，對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)資源部署和管理。從本文的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基本層次架構(gòu)中可以看出是在云平臺(tái)的基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)化、智能化應(yīng)用需求，融合智能制造、物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)和人工智能的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形成“數(shù)據(jù)+模型=應(yīng)用”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全體系結(jié)構(gòu)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全它不僅是我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的重要保證，還是國(guó)家安全不可缺少的重要一環(huán)，根據(jù)我國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)實(shí)情況從防護(hù)目標(biāo)、安全特征和管理運(yùn)營(yíng)三個(gè)應(yīng)對(duì)方向建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全體系架構(gòu)。通過安全體系結(jié)構(gòu)分析應(yīng)對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)面對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全體系結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要分析以下五種安全風(fēng)險(xiǎn)。1）控制安全風(fēng)險(xiǎn)工業(yè)控制大多為了保證本身的實(shí)時(shí)性和高可靠性缺少了在身份認(rèn)證、加密傳輸、訪問權(quán)限等安全方面認(rèn)識(shí)。工控網(wǎng)絡(luò)安全它包括了智能制造、智慧工廠等新的工業(yè)技術(shù)，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展和革新，各行各業(yè)的數(shù)據(jù)將會(huì)被采集、處理、集中，這些數(shù)據(jù)就會(huì)被黑客滲透利用，從而造成極大的損失。比如，2015年烏克蘭電力系統(tǒng)惡意軟件攻擊造成國(guó)內(nèi)大面積停電；2018年臺(tái)積電遭遇病毒入侵，使工廠大范圍停工。因此控制安全是工業(yè)安全生產(chǎn)中最重要的一環(huán)，也是工業(yè)升級(jí)換代首先考慮的問題，應(yīng)加強(qiáng)工控系統(tǒng)安全性，建立完善的安全防護(hù)體系。2）數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)工業(yè)數(shù)據(jù)就像人的血液一樣，是無比重要的，但是現(xiàn)在工業(yè)數(shù)據(jù)接口類型、數(shù)據(jù)的格式標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，主要特征是體量大、種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致在進(jìn)行工業(yè)數(shù)據(jù)通信中存在安全風(fēng)險(xiǎn)。工業(yè)生產(chǎn)、銷售、服務(wù)的數(shù)據(jù)上傳到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，最后到用戶的手中這個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)是極為容易泄露的，用戶的隱私數(shù)據(jù)、企業(yè)的機(jī)密數(shù)據(jù)都在這個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中，使得這些數(shù)據(jù)保護(hù)難度增大。3）網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)包括內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、外部網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)邊界等，隨著越來越多的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)接入到互聯(lián)網(wǎng)中，使得互聯(lián)網(wǎng)本身存在的一些網(wǎng)絡(luò)攻擊有了新的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)安全的風(fēng)險(xiǎn)比之前面臨更大的威脅。工業(yè)生產(chǎn)中為了生產(chǎn)需要和降低成本，無線通信得到了廣泛應(yīng)用，這種簡(jiǎn)單的安全防護(hù)機(jī)制很容易使攻擊者通過無線網(wǎng)絡(luò)入侵，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)攻擊，使工業(yè)生產(chǎn)遭受重大損失。網(wǎng)絡(luò)融合帶來便利的同時(shí)，也使得工業(yè)網(wǎng)絡(luò)越來越復(fù)雜多樣，一成不變的傳統(tǒng)防護(hù)機(jī)制面臨攻擊手段動(dòng)態(tài)化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。4）設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)在當(dāng)今工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展及智能制造的影響下，越來越多的工業(yè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化升級(jí)改造，但安全防護(hù)的速度還大步落后于信息化數(shù)字化建設(shè)的速度，導(dǎo)致越來越多的工業(yè)設(shè)備處在互聯(lián)網(wǎng)的安全漏洞下。同時(shí)，傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備多注重生產(chǎn)、效能等一些業(yè)務(wù)需求，每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的意識(shí)不足，所以不僅要提高傳統(tǒng)設(shè)備的安全防護(hù)，還要注重智能設(shè)備帶來的風(fēng)險(xiǎn)。5）應(yīng)用安全風(fēng)險(xiǎn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來了新的商業(yè)模式和新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，隨之相關(guān)應(yīng)用也會(huì)融入生態(tài)中，工業(yè)應(yīng)用種類不斷增多，應(yīng)用程序更加復(fù)雜化，面臨網(wǎng)絡(luò)蠕蟲木馬和拒絕服務(wù)攻擊的威脅，隨時(shí)都有可能遭受網(wǎng)絡(luò)黑客的攻擊。

3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全應(yīng)對(duì)策略

為了針對(duì)以上工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)，常用的幾種防護(hù)技術(shù)分別是訪問控制、身份認(rèn)證、入侵檢測(cè)、安全審計(jì)、態(tài)勢(shì)感知等。

3.1工控安全防護(hù)

工業(yè)控制系統(tǒng)是工業(yè)控制工業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的信息系統(tǒng)，在智能化發(fā)展環(huán)境下，工控系統(tǒng)會(huì)受到來自其他網(wǎng)絡(luò)的攻擊威脅。新環(huán)境下工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展下，工控系統(tǒng)面向更多的數(shù)據(jù)流，通過對(duì)數(shù)據(jù)的收集、整理和對(duì)比，提取工控系統(tǒng)行為特征，來對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行比較識(shí)別，來發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的入侵行為。工控系統(tǒng)連接到互聯(lián)網(wǎng)中使之被訪問的路徑擴(kuò)大，惡意和偽造身份的訪問行為風(fēng)險(xiǎn)增大，所以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的訪問控制技術(shù)是重要的一環(huán)，應(yīng)該制定數(shù)據(jù)信息的訪問控制策略、建立訪問控制模型。最后通過安全態(tài)勢(shì)感知對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量、日志和第三方數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)的分析網(wǎng)絡(luò)和用戶行為，保證工控系統(tǒng)安全運(yùn)行。

3.2數(shù)據(jù)安全防護(hù)

工業(yè)數(shù)據(jù)的安全工業(yè)的生產(chǎn)息息相關(guān)，數(shù)據(jù)丟失、篡改都會(huì)影響生產(chǎn)效率，對(duì)數(shù)據(jù)的安全保密方面，不僅要在IT上做保護(hù)，OT面也是非常重要的。要對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)進(jìn)行加密，對(duì)數(shù)據(jù)的操作行為要進(jìn)行安全審計(jì)，最后對(duì)用戶的賬戶信息、系統(tǒng)信息和身份認(rèn)證加強(qiáng)管理，保護(hù)個(gè)人信息。

3.3網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)

在網(wǎng)絡(luò)方第一面要注重網(wǎng)絡(luò)邊界安全，保障外網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院捅Ｃ苄?，建立完整的?nèi)網(wǎng)校驗(yàn)機(jī)制，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。限制非法用戶通過無線網(wǎng)、局域網(wǎng)等進(jìn)行的非法訪問，記錄對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的訪問日志。設(shè)置網(wǎng)絡(luò)報(bào)警機(jī)制，主要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的通信數(shù)據(jù)、非正常操作、非管理員權(quán)限登錄等異常行為進(jìn)行報(bào)警。

3.4智能設(shè)備安全防護(hù)

在智能制造的背景下，越來越多的智能設(shè)備應(yīng)用于工業(yè)，工業(yè)機(jī)器人、智能儀表和傳感器，對(duì)這些設(shè)備要做好鑒權(quán)和控制防護(hù)。第一，對(duì)就接入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備進(jìn)行身份鑒別，確保來源安全。第二，關(guān)閉設(shè)備中不必要的系統(tǒng)服務(wù)和端口。第三，對(duì)設(shè)備的操作系統(tǒng)和漏洞進(jìn)行補(bǔ)丁升級(jí)，保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

3.5應(yīng)用安全防護(hù)檢測(cè)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用安全主要從兩個(gè)方面防護(hù)。首先是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)本身，采取訪問授權(quán)、身份鑒別和抗拒絕服務(wù)攻擊的安全措施。其次是工業(yè)應(yīng)用程序，定期對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行安全檢測(cè)、漏洞檢測(cè)等安全和功能測(cè)試，保證人機(jī)接口和通信接口的正常設(shè)定。

4結(jié)束語

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)是其發(fā)展的必然要求，在了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全框架的基本需求后，確立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的防護(hù)對(duì)象和建設(shè)目標(biāo)，對(duì)控制、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備和應(yīng)用的五大對(duì)象采取有效的防護(hù)措施，建立動(dòng)態(tài)的防護(hù)機(jī)制，加強(qiáng)應(yīng)急響應(yīng)能力，構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全評(píng)測(cè)體系，積極推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的安全建設(shè)，最重要的是將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)技術(shù)與科學(xué)管理相結(jié)合，及時(shí)應(yīng)對(duì)內(nèi)部和外部的各種安全威脅以及安全風(fēng)險(xiǎn)，才能真正實(shí)現(xiàn)新時(shí)代、新環(huán)境下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的安全防護(hù)目標(biāo)。

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作者:王榮壯 單位:沈陽化工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院