工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全的創(chuàng)新需要構(gòu)建高端產(chǎn)學(xué)研用合作平臺

文/王燕平

工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全的創(chuàng)新需要構(gòu)建高端產(chǎn)學(xué)研用合作平臺

文/王燕平

劉娜

博士，北京石油化工學(xué)院自動化專業(yè)教授?，F(xiàn)為北京石油化工學(xué)院自動化專業(yè)教授。主要研究方向?yàn)榱鞒坦I(yè)自動化、離散工業(yè)自動化等領(lǐng)域，在信息化與自動化融合進(jìn)入業(yè)務(wù)深層次方面有一定的研究。

安全問題是中國乃至全球的大事，而隨著近年來發(fā)生的“震網(wǎng)”、“蜻蜓”等侵害工業(yè)控制系統(tǒng)的病毒相繼出現(xiàn)，工業(yè)控制系統(tǒng)的信息安全問題逐漸走進(jìn)公眾視野。由于其可以植入到不同工業(yè)行業(yè)的現(xiàn)場設(shè)備中，使這一問題變得更為復(fù)雜。對此，北京石油化工學(xué)院教授劉娜和我們分享了她對工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全問題的諸多看法。

記者：您能就所熟悉的石化、電力等行業(yè)關(guān)于工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全問題談一下自己的認(rèn)識嗎？

劉娜：石化、電力等行業(yè)都屬于流程工業(yè)，在信息化與自動化融合的背景下，目前采用的是基于ERP、MES和PCS三層架構(gòu)，系統(tǒng)之間互聯(lián)、互通，控制和管理網(wǎng)絡(luò)并存。MES系統(tǒng)作為企業(yè)的生產(chǎn)指揮平臺，首先從控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)提取過程控制數(shù)據(jù)，控制數(shù)據(jù)被保存在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，通過各MES系統(tǒng)中的物料平衡、公用工程、運(yùn)行管理等系統(tǒng)功能的業(yè)務(wù)化處理，以Web方式為企業(yè)生產(chǎn)管理者提供數(shù)據(jù)分析及統(tǒng)計(jì)報(bào)表。在這種方式下，使得各種來自外網(wǎng)的入侵有可能通過共享信息服務(wù)器或Web服務(wù)器攻擊控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)帶來的信息安全問題俱增；而工業(yè)控制系統(tǒng)的規(guī)模龐大和復(fù)雜，使得實(shí)施信息安全防護(hù)的難度增大。因此，工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全防護(hù)的重點(diǎn)是抵御黑客、木馬、病毒等通過各種形式對企業(yè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的惡意破壞和攻擊，特別要保護(hù)實(shí)時(shí)閉環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的安全，防止由此引起的自動控制系統(tǒng)故障。

記者：相比IT信息安全，工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全具有哪些不一樣的特點(diǎn)？基于這樣的特點(diǎn)，使得保障工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全的過程中存在哪些難度？

劉娜：工業(yè)控制系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，使用專用的控制協(xié)議，安裝特定的軟件和硬件。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)的不斷發(fā)展，加速了控制與管理一體化的進(jìn)程。使現(xiàn)在的工業(yè)控制系統(tǒng)從以前的孤島狀態(tài)，逐漸增多了與外部世界的聯(lián)系，這也就增加了信息安全漏洞和信息事故的可能性。但與IT信息安全相比，工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全具有不一樣的特點(diǎn)：

（1）可用性要求不同

工業(yè)控制系統(tǒng)對于網(wǎng)絡(luò)帶寬、信息處理量要求不高，但對系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的要求較高，不允許關(guān)鍵信息的延遲和處理延誤，生產(chǎn)過程要求一年365天不間斷工作。與此相反，IT系統(tǒng)可以忍受很大程度上的延遲和抖動，并且可以接受重新啟動。

（2）信息安全焦點(diǎn)不同

IT系統(tǒng)最關(guān)注的是數(shù)據(jù)保密性和完整性，主要的關(guān)注點(diǎn)在于保護(hù)存儲或傳輸?shù)男畔?。工業(yè)控制系統(tǒng)最關(guān)注的是可靠性和穩(wěn)定性，生產(chǎn)過程的一些客戶端（如PLC系統(tǒng)、DCS控制器、操作員站等）需要加以特別保護(hù)。

（3）系統(tǒng)維護(hù)管理不同

IT系統(tǒng)的軟件更新（包括信息安全的補(bǔ)丁）是及時(shí)自動進(jìn)行。工業(yè)控制系統(tǒng)的軟件更新通常不能及時(shí)實(shí)現(xiàn)，甚至在其生命周期內(nèi)不采取任何更改和升級措施，因?yàn)檫@些更新需要技術(shù)專家仔細(xì)評估，并進(jìn)行完全徹底的測試。

正是基于上述特點(diǎn)，使得保障工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全具有一定的難度：

（1）現(xiàn)有信息安全評估對非IT類設(shè)備缺乏漏洞庫和運(yùn)行腳本；評估工具和方法對工業(yè)控制系統(tǒng)及其相連的信息系統(tǒng)進(jìn)行在線評估可能會對工業(yè)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成沖擊，甚至有可能造成安全生產(chǎn)事故。

（2）工業(yè)控制系統(tǒng)如何有針對性地進(jìn)行防護(hù)，需要在大量行業(yè)實(shí)踐的基礎(chǔ)上才能提煉出來。

記者：您認(rèn)為應(yīng)對工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全的挑戰(zhàn)，當(dāng)前最緊迫的問題是什么？如何解決？

劉娜：（1）“雙料”人才的缺失

工業(yè)控制系統(tǒng)主要用于國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施中，這些企業(yè)有著非常嚴(yán)格的管理系統(tǒng)、規(guī)范的日常維護(hù)操作要求。由于分部門管理，嚴(yán)重存在著負(fù)責(zé)信息安全的人員了解信息安全相關(guān)知識，但不了解工業(yè)控制系統(tǒng)；而負(fù)責(zé)操作和維護(hù)工業(yè)控制系統(tǒng)的人員對信息安全知識的了解又很有限的現(xiàn)象。如果按照現(xiàn)行管理方式，由信息安全部門負(fù)責(zé)工業(yè)控制系統(tǒng)的信息安全防護(hù)，很可能出現(xiàn)害怕承擔(dān)影響生產(chǎn)的責(zé)任而使得工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全防護(hù)策略流于形式。因此，當(dāng)前最緊迫的問題之一是需要既懂工業(yè)控制系統(tǒng)又懂信息安全的“雙料”人才。

（2）加強(qiáng)具有自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的研究與開發(fā)

隨著信息化與自動化的融合，工業(yè)控制系統(tǒng)缺乏自主可控技術(shù)的問題凸顯，安全問題受制于人。依靠現(xiàn)有的信息安全技術(shù)和產(chǎn)品，采用傳統(tǒng)的信息安全解決方案已不再適用于工業(yè)控制系統(tǒng)。因此，加強(qiáng)具有自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的研究與開發(fā)，以解決軟硬件依賴進(jìn)口問題外，當(dāng)務(wù)之急在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要融入信息安全的理念，加強(qiáng)控制技術(shù)與信息安全技術(shù)融合的研究。

面對工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全的挑戰(zhàn)，最有效的辦法是：構(gòu)建高端產(chǎn)學(xué)研用合作平臺，以共同的愿望，落實(shí)協(xié)同創(chuàng)新。實(shí)行“政府推動、企業(yè)為主、科研院所支持、用戶參與，市場化運(yùn)作、產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合”的產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。合作平臺中的企業(yè)要參與到高校人才培養(yǎng)方案的制定和培養(yǎng)過程中，從而將企業(yè)和社會對大學(xué)生素質(zhì)的實(shí)際需求提前反饋給學(xué)校。要以技術(shù)創(chuàng)新需求為基礎(chǔ)，主要解決整個(gè)產(chǎn)業(yè)信息安全關(guān)鍵技術(shù)和前沿技術(shù)，而不是個(gè)別企業(yè)的技術(shù)問題。增加“用”的原因是技術(shù)創(chuàng)新根本目的是應(yīng)用，讓用戶參與技術(shù)創(chuàng)新的過程，有利于減少創(chuàng)新環(huán)節(jié)，降低創(chuàng)新成本，加快科技成果的應(yīng)用。

圖8 新建I/O

圖9 OPC服務(wù)器操作

（9）編輯WinCC畫面，加入3個(gè)I/O域，分別將slave3_IW0_1, slave3_QW0_1 , slave3_QW2_1賦值給他們。

（10）編譯保存，運(yùn)行WinCC，可見回饋的狀態(tài)字中顯示了G120的狀態(tài)，在控制字中先寫入047E，再寫入047F，G120使能回饋的狀態(tài)字也發(fā)生了變化，若在第二個(gè)控制字中寫入轉(zhuǎn)速，則電機(jī)將會以一定的速度運(yùn)轉(zhuǎn)起來，如圖10所示。

至此，已完成了WinCC與G120的OPC通訊。

圖10 運(yùn)行WinCC

5 結(jié)語

WinCC因其具有獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想而具有廣闊的應(yīng)用前景。通過OPC的方式，WinCC可以與G120變頻器之間通過OPC實(shí)現(xiàn)通信。因此，用戶可將WinCC作為系統(tǒng)擴(kuò)展的基礎(chǔ)，通過開放式接口，開發(fā)其自身需要的應(yīng)用系統(tǒng)。

[1] 李方園. 圖解變頻器維修[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2014.

[2] 李方園. 零起點(diǎn)學(xué)西門子變頻器應(yīng)用[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2012.

李方園（1973-），男，浙江舟山人，高級工程師，畢業(yè)于浙江工業(yè)大學(xué)信息學(xué)院工程碩士專業(yè)，長期從事于變頻器等現(xiàn)代工控產(chǎn)品的應(yīng)用與研究工作，現(xiàn)就職于浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院。