工控系统安全威胁与需求分析

  • 核心定义: 由控制组件、监测组件、数据处理与展示组件构成的工业生产过程管控系统，简称ICS（Industrial Control System）
  • 分类特征:
    • 离散制造类：如汽车制造（多零部件组装）
    • 过程控制类：如酿酒（发酵→蒸馏→包装的连续流程）
  • 关键子系统:
    • SCADA系统：数据采集与监视控制系统。通过RTU远程采集数据，MTU集中监控
    • DCS系统：三级架构（现场控制级→系统控制级→管理级），如多厂区生产管理
    • PCS系统：过程控制系统。实时采集被控设备状态参数进行调节。
    • PLC：可编程逻辑控制器
    • RTU远程终端设备 / MTU主终端设备：RTU远程采集，MTU主控中心
    • HMI：人机界面
    • 工业以太网：改进传统以太网，降低延迟并提高可靠性

工控系统安全威胁

  • 自然灾害威胁：洪水/雷电对室外设备影响显著（如输油管道监测设备）
  • 内部人为风险：操作失误（如参数设置错误）或内部破坏
  • 设备故障：硬件质量问题导致的磁盘/服务器故障
  • 定向恶意代码：PLC蠕虫（如伊朗震网病毒）、乌克兰电网攻击事件
  • 价值驱动攻击：工业系统高价值特性吸引APT攻击

工业控制系统安全隐患类型

  • 协议缺陷：Modbus等协议明文传输，无加密认证
  • 技术栈漏洞：涵盖PLC/SCADA硬件至嵌入式Linux系统各层面
  • 算法缺陷：控制逻辑设计缺陷
  • 供应链风险：依赖国外厂商
  • 互联网接入：电网APP缴费等场景打破物理隔离
  • 固件层风险：BIOS漏洞可导致设备级沦陷
  • 特殊攻击面：工业以太网虽改进但仍存在DDoS风险

工业控制系统安全需求分析

  • 需求优先级：可用性>完整性>保密性（与IT系统相反）
  • 等保2.0要求：
    • 技术层面：安全计算环境（如PLC固件加固）、区域边界隔离
    • 管理层面：建设运维全周期管控（特别强调供应链审计）
  • 防护要点：
    • 按业务重要性划分安全域（如核电站控制区分级）
    • 持续提升三要素防护：设备（PLC）、网络（工业协议）、数据（生产参数）

工控系统安全保护机制与技术

物理及环境安全防护

  • 核心区域防护：对工程师站、数据库、服务器等核心区域需实施访问控制、视频监控和专人值守。
  • 接口管理：必须拆除或封闭工业主机上不必要的USB、光驱、无线接口。确需使用时需通过外设安全管理平台实施严格访问控制，包括U盘病毒查杀和敏感内容检测。

安全边界保护

  • 安全域划分：需将工控系统划分为开发域、测试域和生产域，防止开发测试环境风险影响生产系统。
  • 隔离方式：
    • 物理隔离：如工业网闸
    • 逻辑隔离：如工业防火墙、单向隔离设备
  • 部署原则：根据实际业务需求在不同安全域边界部署防护设备，实现访问控制并阻断非法访问。

身份认证与访问控制

  • 认证技术：包括口令密码、USB-Key、智能卡及生物识别（人脸/指纹/虹膜）。
  • 密码管理：
    • 禁止跨系统使用相同认证信息
    • 工控设备需设置不同强度密码并定期更新
    • 严禁使用默认口令或弱口令
  • 最小特权原则：
    • 关键系统采用多因素认证
    • 按需分配权限，最小特权原则
    • 加强证书信息保护，禁止跨系统共享

远程访问安全

  • 基本原则：禁止工控系统开通HTTP/FTP/Telnet等高风险服务接入互联网。
  • 特殊需求处理：
    • 远程访问需采用单向访问控制（如单向光闸）并限制访问时段
    • 远程维护必须通过VPN加密通道
  • 日志管理：完整保留访问日志，为安全审计和事后追责提供依据。

工控系统安全加固

  • 技术措施：
    • 安全配置策略优化
    • 增强身份认证机制
    • 实施强制访问控制
    • 程序白名单控制
  • 保护对象：重点保护工程师站、SCADA服务器、实时数据库等关键组件。

工控安全审计

  • 审计内容：记录账户操作、访问时间、操作内容等完整日志信息。
  • 管理要求：
    • 定期备份审计日志
    • 通过日志分析追踪非授权访问
    • 建立完善的事后追责机制

恶意代码防范

  • 离线验证要求：工业主机安装的防病毒软件或白名单软件必须在与生产环境物理隔离的离线环境中完成充分验证测试，确保无病毒或木马后才能部署。例如汽车生产线若感染恶意代码导致整车报废，将造成重大经济损失。
  • 管理机制建立：需建立完整的防病毒和恶意软件入侵管理机制，特别针对临时接入设备（如U盘、移动终端等）实施病毒查杀、定期更新病毒库等预防措施。
  • 补丁管理流程：对重大工控安全漏洞补丁需建立"评估-测试-部署"流程，补丁安装前必须在测试环境中完成安全验证，避免直接安装导致系统不兼容等问题。

工控数据安全

  • 数据类型分类：包括研发数据（设计图纸、测试数据）、生产数据（工艺参数、系统日志）、运维数据（物流信息、售后数据）、管理数据（客户信息、供应链数据）和外部共享数据。
  • 安全四要素：重点保障数据可用性、完整性、保密性及时效性
  • 分级防护措施：
    • 加密管理：对静态存储和动态传输数据实施分级加密，重要数据需严格保密
    • 备份机制：定期备份工艺参数、设备运行数据等关键业务数据
    • 测试数据处置：安全评估数据、系统联调数据等测试数据需签订保密协议并回收，高密级单位需销毁故障硬盘

工控安全监测与应急响应

  • 监测设备部署：需在工控网络部署IDS等监测设备，重要设备前端应配置支持工业协议深度包检测的防护设备（如工控防火墙）。
  • 应急预案要点：
    • 制定符合工控场景的专项预案
    • 定期开展预案演练（至少每年1次）
    • 建立事件逐级上报机制（直至省级工信部门）
  • 冗余配置原则：对关键主机、网络设备等实施冗余配置，确保单点故障不影响生产业务连续性。

工控安全管理

  • 资产清单管理：建立包含信息资产、软件资产、硬件资产的完整清单，明确每项资产的责任人及处置规则。
  • 配置变更控制：
    • 重大变更（如安全域调整、新增安全设备）需进行影响分析
    • 变更前需在离线环境完成安全性验证
    • 定期开展配置审计（建议每季度1次）
  • 供应链安全：
    • 优先选择具备工控安全经验的服务商
    • 通过合同明确安全责任
    • 对服务商签订保密协议
  • 责任落实机制：成立信息安全协调小组，明确安全管理责任人，建立考核问责制度。

工控安全典型产品技术

  • 防护类技术：
    • 工控防火墙：对工业控制系统数据包进行深度分析，可解读工控协议内容
    • 工控加密：包括VPN、加密机、数据加密工具等
    • 身份认证：含口令认证、双因素认证及人脸/指纹/虹膜等生物认证
    • 可信计算：通过密码和硬件安全技术，保障工控主机和网络连接的可信性
    • 系统加固：采用身份增强认证、强制访问控制、应用白名单等技术弥补安全缺陷
  • 物理隔离技术：
    • 典型设备：网闸、正反向隔离装置
    • 核心功能：阻断不同安全域的非安全通信
  • 审计监测技术：
    • 工控安全审计：记录系统操作日志
    • 入侵检测系统：实时监控异常行为
  • 检查类技术：
    • 漏洞扫描：自动化检测系统弱点
    • 漏洞挖掘：深度发现潜在安全隐患
    • 基线检查：验证系统配置合规性
  • 运维管控技术：
    • 堡垒机：集中管理运维操作并审计
    • 风险管理系统：整合资产、威胁、漏洞的全生命周期管理