船舶交通管理系統(tǒng)中安全防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

0 引言

船舶交通管理系統(tǒng)，簡稱VTS，是用于監(jiān)控海岸、海港或內(nèi)河交通情況的系統(tǒng)，確保監(jiān)控區(qū)域內(nèi)交通流量合適，避免造成災(zāi)禍或環(huán)境污染[1]。目前我國大型海港所用系統(tǒng)多為國外公司產(chǎn)品，如Sofrelog、ATLAS、TERMB等，升級(jí)維護(hù)不便且多為10年以上的老產(chǎn)品。出于國家重大項(xiàng)目安全性的考慮[2]，使用國產(chǎn)VTS系統(tǒng)是一大趨勢(shì)，而國產(chǎn)化 VTS的安全防護(hù)功能也是考察該系統(tǒng)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

1 國產(chǎn)交通管理系統(tǒng)安全防護(hù)問題分析

1.1 系統(tǒng)介紹

國產(chǎn)化 VTS系統(tǒng)由信息接入分系統(tǒng)、控制中心分系統(tǒng)和通信分系統(tǒng)組成。信息接入分系統(tǒng)具備雷達(dá)信息接收解析、AIS信息接收解析、水文氣象信息接收解析、VHF信息接收解析、CCTV信息接收解析、信息分類流轉(zhuǎn)等功能。控制中心分系統(tǒng)具備交通組織與管理、交通顯示與控制（臺(tái)位顯示/web顯示）、記錄重放、系統(tǒng)監(jiān)控等功能，其中交通組織與管理和交通態(tài)勢(shì) Web顯示功能采用B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)、其他功能采用C/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，整個(gè)系統(tǒng)采用B/S與C/S的混合架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。通信分系統(tǒng)具備即時(shí)通信、網(wǎng)絡(luò)通控、數(shù)據(jù)支撐等功能。

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)分析

國產(chǎn)化 VTS系統(tǒng)信息交互可分為系統(tǒng)內(nèi)部信息交互的專用網(wǎng)絡(luò)、部門之間信息交互的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和對(duì)外信息交互的外部網(wǎng)絡(luò)三類。其中系統(tǒng)內(nèi)部信息交互主要通過通信分系統(tǒng)使用獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在專用網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行，如雷達(dá)接入信息、VHF接入信息、CCTV接入信息、AIS接入信息與控制中心交通顯示系統(tǒng)之間的通信；部門之間信息交互主要發(fā)生在海事部門內(nèi)部單位之間，如船舶航行計(jì)劃錄入獲取、船舶航行狀態(tài)內(nèi)部發(fā)布等等；而對(duì)外信息交互是指與外部互聯(lián)網(wǎng)之間的交互，如水文氣象信息的接入、船舶動(dòng)態(tài)信息對(duì)公眾公布等等。

如果未采取安全防護(hù)策略，就可能導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)遭受非法攻擊[3]。一旦外部攻擊進(jìn)入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，由于防護(hù)系統(tǒng)對(duì)內(nèi)防范較弱，這類攻擊往往會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果，導(dǎo)致核心數(shù)據(jù)泄露。甚至進(jìn)而侵入到核心網(wǎng)絡(luò)，對(duì)船舶交通管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行篡改或偽造，或者盜用其他用戶的 IP對(duì)船舶控制命令進(jìn)行非法操作，產(chǎn)生極大安全隱患。

VTS系統(tǒng)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)端口可以擴(kuò)容，不同處室根據(jù)需要都可接入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中存在C/S和B/S的混合架構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜度較高。在這樣的網(wǎng)絡(luò)中，單單利用網(wǎng)絡(luò)防火墻無法實(shí)現(xiàn)對(duì)各類網(wǎng)絡(luò)資源的有效保護(hù)和管理，需要對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)的連接和信息交互進(jìn)行限制，在特定的時(shí)間特定的地點(diǎn)，對(duì)特定權(quán)限開放網(wǎng)絡(luò)，完成內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)必要的信息交互。同時(shí)，要考慮到來自內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的攻擊其成功的可能性甚至要高于外部網(wǎng)絡(luò)，在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該對(duì)核心數(shù)據(jù)資源進(jìn)行集中管理，將其存儲(chǔ)在核心網(wǎng)絡(luò)中，控制內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)對(duì)其訪問，這就需要更為完善的內(nèi)部訪問控制機(jī)制。

1.3 系統(tǒng)使用過程中的安全分析

VTS系統(tǒng)的組成單元眾多，硬件、軟件構(gòu)成復(fù)雜，在運(yùn)行過程中，需要對(duì)硬件進(jìn)行可靠性分析及業(yè)務(wù)持續(xù)性規(guī)劃；同時(shí)復(fù)雜的軟硬件也對(duì)操作、維護(hù)人員提出了更高的要求。對(duì)于船舶交通管理系統(tǒng)來說，用戶的誤操作可能導(dǎo)致嚴(yán)重的事故，因此不僅需要設(shè)計(jì)權(quán)限控制體系，盡量減少和避免用戶誤操作，同時(shí)要做到對(duì)問題的跟蹤和總結(jié)，杜絕類似的操作再次發(fā)生。

2 船舶交通管理系統(tǒng)的安全防護(hù)應(yīng)用

2.1 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

國產(chǎn)化VTS系統(tǒng)采用C/S和B/S混合架構(gòu)，其中B/S架構(gòu)的船舶交通組織與管理軟件Web版和船舶態(tài)勢(shì)展示軟件Web版需要對(duì)兄弟處室或者對(duì)公眾開放，整個(gè)系統(tǒng)不僅需要運(yùn)行在專用網(wǎng)絡(luò)，而且需要運(yùn)行在海事局的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和Internet的外部網(wǎng)絡(luò)，因此系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到物理上隔離三種類型網(wǎng)絡(luò)。專網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)之間只保留設(shè)置唯一的物理網(wǎng)絡(luò)鏈接，并設(shè)置防火墻；專網(wǎng)和外網(wǎng)之間同樣也設(shè)置唯一的物理網(wǎng)絡(luò)鏈接，并設(shè)置防火墻；內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)之間物理隔絕。專網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)之間嚴(yán)格控制信息互訪端口，屏蔽所有未知端口；專網(wǎng)和外網(wǎng)之間，只保留外網(wǎng)對(duì)專網(wǎng)進(jìn)行船舶數(shù)據(jù)查詢的端口。

2.2 病毒掃描

國產(chǎn)化 VTS系統(tǒng)中，專網(wǎng)的值班臺(tái)位以及內(nèi)網(wǎng)終的用戶終端，安裝為 Windows操作系統(tǒng)，為每一臺(tái)終端安裝瑞星殺毒軟件，并按時(shí)更新，取消Guest賬號(hào)、取消不必要的服務(wù)(如遠(yuǎn)程注冊(cè)表操作)；專網(wǎng)中的服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫使用Solaris和Linux系統(tǒng)，對(duì)核心數(shù)據(jù)設(shè)定指定用戶權(quán)限，同時(shí)關(guān)閉不必要的網(wǎng)絡(luò)端口。針對(duì)專網(wǎng)-內(nèi)網(wǎng)閘和專網(wǎng)-外網(wǎng)閘，定時(shí)查看防火墻日志，評(píng)估是否存在網(wǎng)絡(luò)攻擊。另一方面，利用開源代碼為國產(chǎn)化 VTS系統(tǒng)編寫專門的網(wǎng)絡(luò)端口掃描工具，在專網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)中查找主機(jī)漏洞，及時(shí)預(yù)防潛在風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 數(shù)據(jù)備份

VTS系統(tǒng)中，需要備份的數(shù)據(jù)主要為船舶航行軌跡數(shù)據(jù)和船舶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，采用雙機(jī)備份的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。兩種數(shù)據(jù)的特點(diǎn)不同，船舶軌跡數(shù)據(jù)量較大，按照雷達(dá)每三秒上報(bào)一點(diǎn)，港口平均被監(jiān)控船舶為1000艘計(jì)算，一個(gè)月會(huì)累積864,000,000個(gè)航跡點(diǎn)需要存儲(chǔ)，但是數(shù)據(jù)的重要性相對(duì)較低，因此國產(chǎn)化 VTS系統(tǒng)采用定時(shí)備份的方式，每隔一個(gè)小時(shí)就將數(shù)據(jù)從主機(jī)備份到從機(jī)。而船舶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量相對(duì)較小，但是重要程度較高，系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)直接存到兩個(gè)不同數(shù)據(jù)庫中，一臺(tái)供業(yè)務(wù)系統(tǒng)讀取使用，一臺(tái)作為備份，兩者每天進(jìn)行比較同步一次。

2.4 安全分析和控制

對(duì)用戶授予不同權(quán)限，用戶按接入網(wǎng)絡(luò)類型分為外網(wǎng)用戶、內(nèi)網(wǎng)用戶和專網(wǎng)用戶。由于內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)不直接連通，外網(wǎng)用戶不可以訪問內(nèi)網(wǎng)；專網(wǎng)的船舶數(shù)據(jù)由指定端口定時(shí)同步到外網(wǎng)服務(wù)器，外網(wǎng)用戶只可以查詢外網(wǎng)服務(wù)器數(shù)據(jù)，禁止訪問專網(wǎng)。內(nèi)網(wǎng)用戶同樣不可以直接訪問專網(wǎng)，只能通過專用進(jìn)程調(diào)用被防火墻允許的端口查詢數(shù)據(jù)或傳遞資料。專網(wǎng)用戶則依據(jù)工作內(nèi)容不同設(shè)置不同權(quán)限，分為普通值班員、值班長和系統(tǒng)管理員三類。普通值班員根據(jù)負(fù)責(zé)的轄區(qū)不同，賦予不同轄區(qū)的系統(tǒng)操作權(quán)限，進(jìn)行日常值班工作；值班長擁有高級(jí)權(quán)限，可以制定告警規(guī)則、助航設(shè)施設(shè)置、航道單/雙向切換等規(guī)則定義權(quán)限；管理員擁有最高級(jí)權(quán)限，可以修改系統(tǒng)配置、操作系統(tǒng)設(shè)置、底層路由設(shè)置等，同時(shí)具有審查系統(tǒng)日志和操作記錄的權(quán)限。

系統(tǒng)日志記錄了系統(tǒng)各個(gè)組成單元，包括軟硬件，的運(yùn)行日志，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)維護(hù)人員通過查看系統(tǒng)日志可以迅速定位錯(cuò)誤的原因，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，排除故障。操作記錄主要是記錄專網(wǎng)用戶的操作行為，包括命令操作、通話錄音、軟件截圖等，該數(shù)據(jù)既可以作為后期的操作追溯和安全分析的資料，也可以作為優(yōu)化界面提升用戶體驗(yàn)依據(jù)，并且為以后建立數(shù)據(jù)倉庫提供了數(shù)據(jù)積累。

3 結(jié)束語

船舶交通管理系統(tǒng)隨著規(guī)模不斷擴(kuò)大、功能不斷豐富，面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)也越來越大，其安全問題也日益成為用戶關(guān)注的重點(diǎn)。國產(chǎn)化船舶交通管理系統(tǒng)從優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、病毒掃描、數(shù)據(jù)備份、安全分析和控制等多個(gè)方面進(jìn)行了安全防護(hù)，并在實(shí)際運(yùn)行中取得了良好的效果。