震網(wǎng)病毒事件淺析及工控安全防護能力提升啟示

◆李 東

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震網(wǎng)病毒事件淺析及工控安全防護能力提升啟示

◆李 東

（核工業(yè)計算機應(yīng)用研究所 北京 100048）

工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，其面臨的安全風險也越來越嚴峻。震網(wǎng)病毒作為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)惡意軟件典型樣本，具有破壞性強、隱蔽性強、針對性強等特點，通過遠程控制、漏洞利用等方式，在世界范圍內(nèi)造成不同程度影響。受到攻擊的企業(yè)可能面臨設(shè)施運行異常、商業(yè)資料失竊、甚至停工停產(chǎn)等情況。本文通過淺析震網(wǎng)病毒事件，思考工業(yè)企業(yè)在工業(yè)控制系統(tǒng)防護建設(shè)時，涉及到的安全管理、安全技術(shù)等方面的防護啟示，并給出相關(guān)建議。

震網(wǎng)病毒；工控安全；防護啟示

0 背景

當前，工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)日趨復雜，工控系統(tǒng)的復雜程度也大大提高，存在的安全風險也大大增加。工業(yè)控制系統(tǒng)作為國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，已逐漸成為大國之間博弈較量的主戰(zhàn)場。不論個人，企業(yè)還是政府，都越來越重視工業(yè)控制系統(tǒng)安全防護。震網(wǎng)病毒事件爆發(fā)以來，我國政府相關(guān)部門相繼出臺工業(yè)控制系統(tǒng)安全防護方面的政策法規(guī)標準，如2011年工業(yè)和信息化部下發(fā)的《關(guān)于加強工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全管理的通知》、2016年工業(yè)和信息化部下發(fā)的《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全防護指南》等。

目前關(guān)于震網(wǎng)病毒事件的研究報告和資料比較完整，經(jīng)過將近十年的時間，其整個事件的全貌也比較清晰。震網(wǎng)病毒作為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)惡意軟件的典型樣本，其傳播感染破壞機理具有典型性。本文回顧震網(wǎng)病毒事件始末，淺析震網(wǎng)病毒的樣本行為，結(jié)合這些年出臺的標準規(guī)范，有針對性的提出工業(yè)企業(yè)提升工控安全防護能力的幾點建議。

1 震網(wǎng)病毒事件

1.1 震網(wǎng)病毒事件始末

震網(wǎng)病毒在2010年大規(guī)模爆發(fā)，是世界上首個針對工業(yè)控制系統(tǒng)編寫的破壞性蠕蟲病毒[1]。震網(wǎng)病毒通過社會工程學方法從互聯(lián)網(wǎng)側(cè)被“投放”到伊朗核設(shè)施設(shè)備供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)，后通過設(shè)備供應(yīng)商電腦或者U盤，在設(shè)備安裝維修或者工廠員工交叉使用U盤時，感染工業(yè)控制系統(tǒng)主機，進而感染整個工控網(wǎng)絡(luò)，造成工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備運行異常。

1.2 震網(wǎng)病毒事件特點

（1）政治意圖明顯

震網(wǎng)病毒在伊朗感染的計算機占全球范圍的一半以上，其感染網(wǎng)絡(luò)多為伊朗的核設(shè)施相關(guān)，且技術(shù)實現(xiàn)復雜，目標單一。能做到這些需要廣泛資源，絕非黑客所為，結(jié)合當時的國際政治環(huán)境，基本可以判斷此次事件屬于國家行為[2]。

（2）隱蔽性強

震網(wǎng)病毒采用“躲避”技術(shù)高超，很難被殺毒軟件和工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，造成其被發(fā)現(xiàn)和分析經(jīng)歷了漫長的過程。在全球頂級病毒分析師的努力下，震網(wǎng)病毒的徹底分析破解經(jīng)約10個月，其病毒版本至少更新兩次[3]。造成伊朗工廠方面應(yīng)急響應(yīng)工作開展困難，不能做出有效的針對性措施。

（3）針對性強

震網(wǎng)病毒行為表明，震網(wǎng)病毒只針對特定PLC控制器軟件版本進行攻擊，對特定繼電器進行控制。而從其惡意代碼攻擊部判斷，病毒開發(fā)者已經(jīng)掌握目標工廠建造的較詳細信息，這一點可以從惡意代碼攻擊部數(shù)組結(jié)構(gòu)和有關(guān)科學文獻內(nèi)容吻合加以印證[4]。

1.3 震網(wǎng)病毒的影響

震網(wǎng)病毒的爆發(fā)震網(wǎng)病毒造成眾多的離心機損壞。使伊朗的核計劃延遲1年多。核設(shè)施工作人員只能將工業(yè)控制系統(tǒng)中的感染電腦每臺重新格式化來清除病毒，重新安裝系統(tǒng)和工業(yè)控制軟件來盡快恢復生產(chǎn)。

震網(wǎng)病毒傳播能力極強，從震網(wǎng)病毒爆發(fā)至2010年底，共有100000臺主機感染了該病毒。至少六個國家受到了不同程度的影響。下表列出按照國家劃分的被感染計算機所占比例前六名的國家[5]。

表1 被感染計算機占比前六名的國家

2 震網(wǎng)病毒技術(shù)分析

2.1 遠程控制

互聯(lián)網(wǎng)側(cè)，震網(wǎng)病毒通過HTTP協(xié)議鏈接到指定域名，即C&C服務(wù)器，更新自身版本,使用加密技術(shù)保護通信數(shù)據(jù)；內(nèi)網(wǎng)側(cè)，通過在感染主機上創(chuàng)建RPC服務(wù)的方式，完成局域網(wǎng)內(nèi)病毒之間通信，實現(xiàn)感染主機之間的版本更新[6]。

2.2 利用漏洞情況

（1）LNK或PIF文件任意代碼執(zhí)行漏洞（CVE-2010-2568）

該漏洞利用windows系統(tǒng)在解析快捷方式文件（例如.lnk文件）時的系統(tǒng)機制缺陷，使操作系統(tǒng)加載攻擊者指定的動態(tài)鏈接庫文件。震網(wǎng)病毒利用此漏洞實現(xiàn)“擺渡”攻擊，實現(xiàn)對物理隔離網(wǎng)絡(luò)的滲透[7]。

（2）Windows server 服務(wù)RPC請求遠程代碼執(zhí)行漏洞（CVE- 2008-4250)

當有此漏洞的Windows2000、Windows XP和Windows Server 2003系統(tǒng)，收到惡意構(gòu)造的RPC請求時，會繞過認證執(zhí)行任意代碼，并獲得完整控制權(quán)限。震網(wǎng)病毒利用此漏洞進行大規(guī)模傳播。

（3）打印機后臺程序服務(wù)漏洞（CVE-2010-2729）

該漏洞是Windows打印后臺程序用戶權(quán)限設(shè)置不合理造成的。震網(wǎng)病毒利用此漏洞實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)傳播。

（4）Siemens Simatic Wincc與PCS硬編碼口令權(quán)限許可和訪問控制漏洞（CVE-2010-2772）

WinCC系統(tǒng)開發(fā)者將數(shù)據(jù)庫的默認賬戶名和密碼硬編碼到了WinCC系統(tǒng)中。震網(wǎng)病毒利用此漏洞訪問數(shù)據(jù)庫。震網(wǎng)病毒還利用Step7工程打開文件時的動態(tài)鏈接庫加載策略缺陷，實現(xiàn)查詢讀取函數(shù)的劫持，從而竊取正常生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

2.3 震網(wǎng)病毒破壞原理

震網(wǎng)病毒在感染工業(yè)控制主機后，首先會耐心地“潛伏”14天或者更長時間，在“潛伏”的這段時間里，震網(wǎng)病毒會記錄PLC向外發(fā)送的數(shù)據(jù)，等到震網(wǎng)病毒開始運行，會把之前保存的數(shù)據(jù)發(fā)送往監(jiān)控端，造成運行正常的“假象”。如果程序員發(fā)現(xiàn)PLC出現(xiàn)問題，要進行調(diào)試，震網(wǎng)病毒會攔截讀取PLC代碼段的請求，并且把惡意代碼刪除。如果殺毒軟件檢測感染系統(tǒng)，病毒會Hook操作系統(tǒng)，隱藏自身，劫持掃描指令，“躲避”殺毒軟件，使其找不到病毒。

震網(wǎng)病毒攻擊載荷運行時，會把變頻頻率提升到1410HZ，持續(xù)15分鐘，然后再回到正常的1064HZ，持續(xù)26天，然后再2HZ的頻率上持續(xù)50分鐘，然后再恢復到正常的1064HZ，持續(xù)26天。通過改變離心機頻率的方式對離心機構(gòu)成破壞[8]。

3 工控安全防護提升啟示

3.1 安全管理方面

（1）加強供應(yīng)鏈管理

伊朗的核設(shè)施地處偏遠，守衛(wèi)森嚴，直接從互聯(lián)網(wǎng)實施攻擊不滿足條件，故震網(wǎng)病毒選擇其重要設(shè)備供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)進行互聯(lián)網(wǎng)“投毒”攻擊。工業(yè)企業(yè)在選擇設(shè)備供應(yīng)商時往往對其信息安全建設(shè)運營水平考慮甚少，或者不予考慮，這就使震網(wǎng)病毒有機可乘。

建議工業(yè)企業(yè)在選擇重要設(shè)備供應(yīng)商時考慮其企業(yè)信息安全建設(shè)水平，取得相關(guān)安全認證的企業(yè)優(yōu)先考慮。在合同協(xié)議中最好明確規(guī)定設(shè)備維修升級或改造過程中不能給工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)引入額外風險。加強供應(yīng)鏈信息安全約束，保障供應(yīng)鏈安全，是企業(yè)保障工控安全的重要前提。

（2）加強敏感信息保護

震網(wǎng)病毒之所以成功的延遲了伊朗的和進程，不僅僅依靠其設(shè)計復雜，技術(shù)難度高的惡意代碼編寫技術(shù)，我們還應(yīng)該看到其技術(shù)團隊背后有強大的情報資源支持。除了隱秘的情報來源，令人驚訝的是，伊朗核設(shè)施建造結(jié)構(gòu)資料，是能夠在互聯(lián)網(wǎng)查詢到的。這是典型的敏感信息泄露。

建議工業(yè)企業(yè)建立完整的信息分類制度，對敏感的工藝數(shù)據(jù)、關(guān)鍵設(shè)備信息、關(guān)鍵人員信息等敏感信息建立信息審查制度。定期對互聯(lián)網(wǎng)涉及自身企業(yè)的信息包括招投標信息，資產(chǎn)信息、學術(shù)論文信息等做定期的梳理，防止敏感信息泄露。如果發(fā)現(xiàn)敏感信息泄露，應(yīng)采取相關(guān)措施補救。

（3）組建專業(yè)信息安全團隊

震網(wǎng)病毒爆發(fā)的2010年，大多數(shù)工業(yè)企業(yè)還沒有意識到工業(yè)控制系統(tǒng)會面臨信息安全問題。而將近10年過去了，也很少有工業(yè)企業(yè)擁有自己專門的工控安全團隊。

建議有條件的工業(yè)企業(yè)成立自己的工控安全團隊，有針對性地跟蹤工業(yè)控制系統(tǒng)漏洞并驗證、挖掘企業(yè)使用工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)備漏洞，消除已知和潛在風險；當遇到工控安全事件時，安全團隊主要分析惡意軟件，判斷惡意軟件危害，做出有效應(yīng)急響應(yīng)。當遇到技術(shù)復雜的惡意軟件時，能夠配合技術(shù)實力和情報能力更強的網(wǎng)絡(luò)安全公司進行合作，迅速研判惡意軟件行為，盡快提出并實施解決方案，減少企業(yè)損失。沒有條件的企業(yè)根據(jù)自身狀況，建議購買專業(yè)的工業(yè)控制系統(tǒng)安全服務(wù)。

（4）政治敏感時期加強監(jiān)控預(yù)警

近些年，類似震網(wǎng)病毒事件也有幾起。它們無不具有一定的政治意圖，實施破壞關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的攻擊。這就要求工業(yè)企業(yè)做好自身資產(chǎn)的政治民生方面的評估，結(jié)合特定時期的國際政治熱點，判斷工控安全事件發(fā)生的可能性。有條件的企業(yè)可以借助一些“外力”，比如威脅情報，做好工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全事件的預(yù)測預(yù)警，有針對性的提高安全防護。

（5）加強移動存儲介質(zhì)管控

由于工控系統(tǒng)直接連接互聯(lián)網(wǎng)的情況不多，尤其涉及國計民生的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施很少連接互聯(lián)網(wǎng)，所以大多數(shù)工控系統(tǒng)惡意軟件都具有移動存儲介質(zhì)傳播功能。做好移動存儲介質(zhì)管控，能夠有效控制惡意代碼和病毒的傳播。

建議企業(yè)建立移動存儲介質(zhì)臺賬，做好標識管理。禁止工業(yè)控制系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)交叉使用U盤，從而減少感染病毒幾率。明確設(shè)備提供商在設(shè)備升級維修或者改造過程中的介質(zhì)要求，避免使用U盤等移動存儲介質(zhì)。

3.2 安全技術(shù)方面

（1）加強第三方流量審計

工控網(wǎng)的流量審計目前是比較通用的防護方式。工控網(wǎng)的流量監(jiān)控和審計和工控系統(tǒng)本身的數(shù)據(jù)檢測是不同的，一個解決的是信息安全問題，一個解決的是生產(chǎn)安全問題。兩者兼顧，才能真正掌握工控網(wǎng)絡(luò)的運行情況。

建議扎實做好工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測審計，在使用工業(yè)控制設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)的同時建議配套一組第三方網(wǎng)絡(luò)流量審計系統(tǒng)，對比兩監(jiān)控數(shù)據(jù)，及時查找出安全隱患，防止類似震網(wǎng)病毒通過發(fā)送正常數(shù)據(jù)躲避檢測的伎倆得逞。

（2）做好安全域劃分

在工控網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃中，應(yīng)做好安全域的劃分；如果建設(shè)規(guī)劃初期未考慮安全域劃分，那么在改造升級過程中，建議根據(jù)實際情況，通過安全設(shè)備實現(xiàn)安全域劃分。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)要根據(jù)信息性質(zhì)、使用主體、安全策略等元素來劃分不同邏輯子網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)[9]，按照各個區(qū)域的安全需求進行防護，這樣做可以控制計算機病毒的感染傳播，為做好惡意病毒事件應(yīng)急響應(yīng)和追溯工作奠定良好基礎(chǔ)。

（3）加強邊界防護

邊界防護是保護工控系統(tǒng)安全區(qū)域內(nèi)外部網(wǎng)絡(luò)流量的有效手段。建議在進出安全域的網(wǎng)絡(luò)流量通過至少一個網(wǎng)絡(luò)連接環(huán)節(jié)，以便于監(jiān)視和控制。在網(wǎng)絡(luò)連接過程中設(shè)置至少一個安全設(shè)備進行防護[10]。 一般建議在網(wǎng)絡(luò)邊界處部署防火墻和入侵檢測系統(tǒng)，分別進行網(wǎng)絡(luò)流量過濾和深度數(shù)據(jù)包分析。再根據(jù)安全區(qū)域的安全需求，增加應(yīng)用層監(jiān)視設(shè)備等安全防護產(chǎn)品。

（4）加強工業(yè)控制系統(tǒng)主機防護

工業(yè)控制系統(tǒng)中的主機操作系統(tǒng)版本大多比較低，一些比較老舊的工業(yè)控制系統(tǒng)已經(jīng)使用了10至20年，期間沒有條件對系統(tǒng)中的主機進行升級，殺毒，打補丁等操作，這是工業(yè)控制系統(tǒng)的一個現(xiàn)狀，也是震網(wǎng)病毒等惡意軟件能在短期內(nèi)迅速傳播擴散的原因。

建議在不影響工業(yè)控制軟件工作的條件下，安裝工控主機專用的殺毒軟件，或者使用一些安全廠商針對工控主機進程防護的，基于白名單機制的主機防護產(chǎn)品。工控主機的殺毒、系統(tǒng)升級、打補丁等操作一定要經(jīng)過測試，最好在備用的工控系統(tǒng)上做測試后再到生產(chǎn)系統(tǒng)中去實施。

（5）加強控制指令流量監(jiān)控

震網(wǎng)病毒這類破壞型病毒其最終目的是通過網(wǎng)絡(luò)向PLC端發(fā)送破壞性控制指令，如果控制系統(tǒng)的控制指令能夠確定在某個區(qū)間，或者監(jiān)控數(shù)據(jù)有一個正常范圍內(nèi)的范圍，類似這樣的情況，企業(yè)可以考慮在控制端，使用控制指令流量監(jiān)控設(shè)備，對上位機或者工程師站發(fā)送出的每一條控制指令進行監(jiān)控審計，如果超出一定的范圍或某一閾值，可以進行阻斷或者報警，最大限度的保持工控系統(tǒng)安全運行。

4 結(jié)束語

震網(wǎng)病毒事件是網(wǎng)絡(luò)攻擊延申到現(xiàn)實世界的典型案例，也是工業(yè)控制系統(tǒng)安全的“元年”。網(wǎng)絡(luò)攻擊不再只發(fā)生在虛擬世界中，而是影響到了人們的衣食住行。近些年，工業(yè)控制系統(tǒng)面對的威脅更趨復雜，震網(wǎng)病毒事件后陸續(xù)有火焰病毒、毒區(qū)病毒、蜻蜓和黑暗力量病毒爆發(fā)，除了以上有信息采集、精確打擊功能的病毒威脅工業(yè)控制系統(tǒng)外，WannaCry勒索病毒的爆發(fā)也給工業(yè)企業(yè)帶來很大損失，比較典型的是臺積電病毒門事件。

工業(yè)企業(yè)做好工控系統(tǒng)信息安全防護迫在眉睫，但是不能盲目照搬，照貓畫虎。由于工業(yè)控制系統(tǒng)的實時性要求比互聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)要求高很多，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)安全防護要注重工業(yè)控制系統(tǒng)的可用性，這就要求企業(yè)在做工業(yè)控制系統(tǒng)安全防護的過程中要充分考慮實際情況，提出切合實際的工業(yè)控制系統(tǒng)防護解決方案。如果方案中技術(shù)防護方面措施尚有不足，建議用嚴格細致的管理措施作為補充，確保解決方案切實提升工控系統(tǒng)防護能力。我相信，只要工業(yè)企業(yè)做好基礎(chǔ)合規(guī)的信息安全防護，合理配置安全設(shè)備，加大監(jiān)測力度，便能夠?qū)︻愃普鹁W(wǎng)病毒事件做到防范于未然。

[1]饒躍東、熊瑜.基于“震網(wǎng)”病毒的物理隔離網(wǎng)絡(luò)風險控制分析[J].廣西科學院學報，2012.

[2]工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全指南，2016.

[3]https://www.ted.com/talks/ralph_langner_cracking_stuxnet_a_21st_century_cyberweapon#t-352700.

[4]Ralph Langner| TED2011.Cracking Stuxnet, a 21st-century cyber weapon.

[5]黑客大曝光工業(yè)控制系統(tǒng)安全，2017.

[6]Amr Thabe.Stuxnet Malware Analysis Paperw32_ stuxnet_dossier.

[7]安天實驗室.對Stuxnet蠕蟲攻擊工業(yè)控制系統(tǒng)事件的綜合報告，2015.

[8]Kim Zetter.零日漏洞：震網(wǎng)病毒全揭秘.https:// www.aqniu.com/hack-geek/11234.html.

[9]《電力行業(yè)信息系統(tǒng)安全等級保護基本要求》釋義，2015.

[10]工業(yè)SCADA系統(tǒng)信息安全技術(shù)，2018.