网络信息安全之工业控制系统信息安全技术

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关键技术及难点
基于复制和模拟结合的测试床方案:采用真实设 备构建典型的生产控制环境,使用了实时数字仿 真器模拟生产控制过程,此类测试床综合考虑了 成本、研究目的和内容之间的均衡,是当前工业 控制系统模拟仿真测试床 以仿真为主的测试床方案:在信息空间和物理空 间均使用仿真技术,包括物理过程仿真器、网络 仿真器和攻击仿真等,为工业控制系统及攻击测 试建模提供了一种低成本的方法,由于缺乏与实 际设备交互的真实性,此方法多用于学术研究
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关键技术及难点
工业控制系统信息安全防护和测评体系
对信息系统安全实行等级保护是国家信息安全政 策,并颁布了系列国家标准,包括定级、设计、 实施、测评等环节的基本要求和指南 工业控制系统信息安全也应实行等级保护政策, 基于行业/系统重要性不同来分级 现行的等级保护标准并不适合,需要制定针对工 业控制系统信息安全的等级保护标准 通过实施等级保护政策和标准,建立规范化的工 业控制系统信息安全防护和测评体系 30
美 国 能 源 部 发 布 “ 国 家 SCADA 测 试 床 计 划ห้องสมุดไป่ตู้
(NSTB)”
美国国土安全部发布“控制系统安全计划
(CSSP)”
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国内外技术现状
与美国相比,欧洲各国在关键基础设施保护 和工业控制系统信息安全工作起步较晚,但 已开展了一系列的大型专项计划:
2004年至2010年欧共体委员会发布一系列关于关 键基础设施保护的报告 2011年12月欧洲网络和信息安全局发布“保护工
移动U盘和光盘使用进行有效的管理,导致移动介
质的滥用而引发的安全事件时有发生 在工业控制系统维护时,通常需要接入笔记本电 脑。由于对接入的笔记本电脑缺乏有效的安全监 管,给工业控制系统带来很大的安全风险
由于对工业控制系统的操作行为缺乏有效的安全
监管和审计,异常操作行为会给工业控制系统带
来很大的安全风险
业控制系统”系列报告,全面总结当前工业控制
系统信息安全现状
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国内外技术现状
美国、英国、法国、德国、荷兰、瑞典等国 家非常重视工业控制系统信息安全标准化工 作,在标准法规方面已出台了从国家法规标 准到行业规范指南等一系列规范性文件 国际电工委员会(IEC)等国际组织也制定了 工业控制系统信息安全相关的国际标准 石油天然气、电力及核设施等行业的国际行 业协会及组织在工业控制系统信息安全方面 开展了大量的工作
主要考虑对企业、社会公众及国家安 全造成的影响
不仅考虑对企业、社会公众及国家安全造成的 影响,还要考虑对健康、安全或环境的影响
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研究热点问题
工业控制系统信息安全风险评估
威胁标识、漏洞管理、影响评估 、风险控制
工业控制系统信息安全保障体系
安全隔离、边界防护、入侵检测、安全审计
工业控制系统信息安全测评方法
以及通用的操作系统、数据库系统等 这种开放性结构很容易遭到来自企业管理信息网 或互联网的病毒、木马、黑客的攻击
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工业控制系统三层架构
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国内外技术现状
美国早在20年前就开始在政策层面上关注工 业控制系统信息安全问题 近几年美国政府发布了一系列关于关键基础 设施保护和工业控制系统信息安全方面的国 家法规战略以及国家级专项计划:
1. 工业控制系统无防护带来的风险
出于工业控制软件与操作系统补丁兼容性考虑,
工控系统开机后一般不会对Windows操作系统打
补丁,导致系统带着漏洞运行 出于工业控制软件与杀毒软件兼容性考虑,工控 系统通常不安装杀毒软件,给病毒与恶意代码的 传播和攻击留下了可乘之机
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安全风险分析
工业控制系统中的管理终端一般没有采取措施对
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安全风险分析
工业控制系统是一个国家重要基础设施,涉 及核设施、钢铁、有色、化工、石油石化、 电力、天然气、先进制造、水利枢纽、环境 保护、铁路、城市轨道交通、民航及城市供 水供气供热等诸多国计民生领域 随着计算机和网络技术的发展,特别是信息 化与工业化深度融合及物联网的快速发展, 工业控制系统正在面临病毒、木马攻击的威 胁,信息安全问题日益突出
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国内外技术现状
总体上,我国工业控制系统信息安全工作起 步晚,普遍存在安全意识薄弱、管理制定不 健全、标准规范不完善、技术储备不足、安 全产品缺乏、防护措施不到位等问题 由于工业控制系统的特殊性,现有的信息安 全技术及产品并不能直接用于工业控制系统 中,必须针对工业控制系统的特点,研制适 用的信息安全技术及产品
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安全风险分析
2. “两化融合”给工业控制系统带来的风险
最初的工业控制网络与企业管理信息网络是物理 隔离的。随着工业化和信息化深度融合,越来越 多的工业控制网络通过逻辑隔离方式,实现与企 业管理信息网络的互联互通 企业为了实现管理与控制的一体化,提高企业信 息化和综合自动化水平 ,引入了制造执行系统 (MES),实现两个网络之间的数据交换 导致来自互联网的外部攻击可能通过企业管理网 络渗透到工业控制网络,形成很大的安全威胁 15
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安全风险分析
工业控制系统主要由各种自动化控制组件 和实时数据采集、监测的过程控制组件共 同构成,主要的组件有:
数据采集与监控系统(SCADA) 分布式控制系统(DCS) 可编程逻辑控制器(PLC) 远程终端(RTU) 智能电子设备(IED) 确保各组件通信的接口技术等
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安全风险分析
工业控制系统主要存在三类安全风险 :
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震网病毒特点
基于“摆渡”的渗透攻击技术
在一般情况下,工业控制所在的内部网是与互联 网物理/逻辑隔离的,为了能够渗透到内部网, 震网病毒设计了一套比较完善的传播策略和攻击 流程,可通过U盘“摆渡”到内部网进行传播
震网病毒“摆渡”到内部网并激活后,利用某些
版本工业控制系统软件漏洞,实施对特定PLC设 备进行攻击,其最终攻击目标是PLC,这也是震 网病毒区别于其它传统病毒的主要特点
产品认证、 系统测评、测评方法、适用标准
工业控制系统信息安全监管技术
行为监管、 事件监管、资产监管、应急响应
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关键技术及难点
工业控制系统模拟仿真测试床
工业控制系统是生产运行系统,采用漏洞扫描、 渗透测试等传统的安全测试方法会对系统运行产 生影响。因此,工业控制系统安全测试必须在复 制或备份系统上开展,建设工业控制系统模拟仿 真测试床是必要的,主要测试床方案有: 基于复制方式的测试床方案:采用与现实世界完 全相同的设备来构建大型测试床,投资巨大,是 国家级工业控制系统信息安全综合研究的大型靶 场,如美国能源部的国家SCADA测试床计划
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工控信息安全内涵
基本特征 信息系统及其安全 工控系统及其安全 信息物理融合系统 工业领域的生产运行系统
系统特征 人机交互信息系统
系统用途 信息化领域的管理/服务运行系统
系统目的 以人使用信息进行管理为中心的系统
安全目标 保障信息保密性、完整性和可用性 Security 信息系统安全主要防范因病毒、黑客 等人为攻击对企业、社会公众及国家 与 Safety 安全造成的影响,即Security 威胁来源 漏洞管理 影响评估 主要考虑病毒、黑客等人为攻击带来 的威胁 主要考虑系统中的软件、硬件等技术 漏洞和管理漏洞
工业控制系统信息安全技术 —信息安全新挑战、新方向
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震网病毒事件
2010年9月24日,伊朗布什尔核电站的工业 控制系统遭到震网(Stuxnet)病毒攻击,导 致其核设施不能正常运行 据媒体报道,可能是负责建设布什尔核电 站的俄罗斯工程技术人员所使用的U盘感染 了震网病毒,通过“摆渡”方式,把震网 病毒传播到工业控制网络,使工业控制网 络遭受到恶意攻击
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国内外技术现状
目前我国工业控制系统中使用的高端工控产 品90%以上是国外公司产品,如西门子、施 耐德电气、霍尼韦尔、ABB等公司的产品 对于工业控制系统信息安全产品,如果继续 让国外产品垄断,一旦发生不期望事件,其 后果是非常严重的 信息安全产品的国产化是国家长期坚持的信 息安全政策,在工业控制领域也不例外
安全风险分析
3. 工控系统采用通用软硬件带来的风险
工业控制系统越来越多地采用开放的工业标准来 实现工业控制系统的集成,包括工业以太网、基 于 TCP/IP 协 议 的 OPC (Object Linking and Embedding for Process Control) 技术等
在系统中大量使用了通用的PC服务器.终端产品
以生产过程进行控制为中心的系统
保障信息可用性、完整性和保密性 传统工控系统安全主要防范因随机硬件故障或 失效对健康、安全或环境的影响,即Safety 工控系统信息安全=Safety+Security 不仅考虑人为攻击带来的威胁,还有考虑随机 硬件故障对健康、安全或考虑环境的威胁 不仅考虑技术漏洞和管理漏洞,还要考虑随机 硬件故障等失效性
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4
震网病毒特点
病毒攻击具有很强的目的性和指向性
震网病毒虽然能够像传统蠕虫病毒一样在互联网 上进行传播,但并不是以获取用户数据或牟利为 目的,其最终攻击目标是重要工业基础设施-工 业控制系统
通过修改系统的数据采集、监测、调度等命令逻
辑,造成系统的采集数据错误,命令调度混乱, 甚至完全操纵控制系统的指控逻辑,按攻击者的 意图对工业生产实施直接破坏
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国内外技术现状
我国工业控制系统信息安全工作处于起步阶
段,过去只强调系统可靠性而忽视安全性,
震网病毒及危害性引起了国家的高度重视
2011年9月工信部发布“关于加强工业控制
系统信息安全管理的通知”
2012年6月国务院发布“关于大力推进信息
化发展和切实保障信息安全的若干意见”
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国内外技术现状
全国工业过程测量和控制标准化技术委员会 联合全国信息安全标准化技术委员会,组织 起草了“工业控制系统信息安全”系列国家 标准草案,提交标准化技术委员会征求意见 电力行业的工业控制系统信息安全工作起步 较早,在防护方案、行业标准、测评体系以 及管理制度等方面做了大量工作 石油石化等能源行业开始启动工业控制系统 信息安全工作,而其它行业则未见报道
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震网病毒特点
漏洞利用多样化和攻击技术复杂化
震网病毒从感染、传播到攻击,综合利用了7个 不同层次的系统漏洞,涉及Windows等通用系统 和工控专用系统的开发技术和漏洞利用技术,需 要精通和掌握多种编程语言和高级编程技巧
为了抗查杀,震网病毒还利用安全证书仿冒、
Rootkit等技术精心设计了一套自保护机制 国外信息安全专家称,震网病毒具备相当的高端 性,其背后有强大的技术支撑和财政支持
使其供水泵遭到破坏
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震网病毒警示
震网病毒给工业控制系统安全带来严重的 危害,同时也敲响了警钟,引起了世界主 要工业国家的高度重视 我国工业和信息化部于2011年9月发布了《 关于加强工业控制系统信息安全管理的通 知》(工信部协[2011]451号),要求各级政 府和国有大型企业切实加强工业控制系统 信息安全防护和管理
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震网病毒警示
近年来针对工业控制系统入侵事件有:
2007年攻击者入侵加拿大一个水利控制系统,破 坏了用于取水调度的控制计算机
2008年攻击者入侵波兰某城市地铁系统,通过电
视遥控器改变轨道扳道器,导致四节车厢脱轨
2010年震网病毒入侵伊朗布什尔核电站的ICS 系
统,严重威胁到核反应堆的安全运营 2011年黑客入侵美国伊利诺伊州城市供水系统,
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震网病毒事件
与传统病毒相比,震网病毒是一种直接破 坏工业基础设施的恶意代码,被认为是全 球首个投入实战的网络战武器 信息安全界将震网病毒攻击伊朗核设施事 件列为2010年十大IT事件之一 2011年出现的毒区(Duqu)病毒和2012年出 现的火焰(Flame)病毒等都是专门攻击工业 控制系统(ICS)的计算机病毒
2002年美国国家研究理事会将“控制系统攻击” 作为需要“紧急关注”的事项 2004年美国政府问责署发布“防护控制系统的挑 战和工作”报告
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国内外技术现状
2006年发布“能源行业防护控制系统路线图”
2009年发布“国家基础设施保护计划(NIPP)”
2011年发布“实现能源供应系统信息安全路线图”
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震网病毒警示
震网病毒给工业控制系统信息安全敲响了 警钟,网络攻击正在从开放的互联网向封 闭的工业控制网蔓延 据权威工业安全事件信息库(RISI)统计,截 止到2011年10月,全球已发生了200余起针 对工业控制系统的攻击事件 2001年后,随着通用开发标准与互联网技 术的广泛使用,针对工业控制系统的攻击 行为也出现大幅度增长
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