電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)方案的研究與設(shè)計(jì)

國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司信息通信公司 余明陽(yáng) 査志勇 詹 偉 梁航函 吳 耿

近年來(lái)，隨著網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題的不斷涌現(xiàn)，國(guó)家對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全越來(lái)越重視。水電廠電力監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題也越來(lái)越多。本文從多個(gè)角度研究了水電廠電力監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題，提出相關(guān)設(shè)計(jì)思路和解決方案，并進(jìn)行系統(tǒng)的描述。

電力行業(yè)是我國(guó)重要的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，關(guān)乎國(guó)計(jì)民生，其中發(fā)電廠電力監(jiān)控系統(tǒng)是最核心和重要的系統(tǒng)之一。在滿足“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”基本原則的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)家信息安全等級(jí)保護(hù)工作的相關(guān)要求，對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)的綜合安全防護(hù)建設(shè)工作仍需持續(xù)加強(qiáng)。

近年來(lái)，電力監(jiān)控系統(tǒng)的外部環(huán)境發(fā)生了變化，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不再獨(dú)立封閉，更多的系統(tǒng)互聯(lián)。外部攻擊源從單點(diǎn)個(gè)體變化為規(guī)?；瘓F(tuán)體攻擊，攻擊從個(gè)體行為向團(tuán)隊(duì)協(xié)作過(guò)渡，甚至國(guó)家級(jí)力量開(kāi)始介入。攻擊技術(shù)在軟件即服務(wù)等新技術(shù)的加持下，惡意代碼獲得便捷、多元、快速，攻擊行為全天候，產(chǎn)生惡意代碼變種的速度空前加快。攻擊手段趨于定制化、個(gè)性化、復(fù)雜化，APT技術(shù)運(yùn)用越來(lái)越多。工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)一步發(fā)展，智慧電廠、泛在互聯(lián)如火如荼，廣泛的互聯(lián)互操作使生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)趨向復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)增多。

1 設(shè)計(jì)思路

水電廠電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)方案的主要設(shè)計(jì)思路：強(qiáng)化安全區(qū)域邊界訪問(wèn)控制能力；提高網(wǎng)絡(luò)內(nèi)、外入侵和惡意代碼防御能力；提高違規(guī)內(nèi)聯(lián)、外聯(lián)檢測(cè)能力；提高系統(tǒng)內(nèi)主機(jī)病毒防范能力；提高主機(jī)身份認(rèn)證能力，采用雙因子認(rèn)證機(jī)制；一鍵式安全加固，提高主機(jī)安全基線；關(guān)閉不必要的服務(wù)端口，提高入侵防范能力；利用訪問(wèn)控制策略，保證業(yè)務(wù)配置文件不被篡改；提高日志審計(jì)能力，審計(jì)日志至少保存12個(gè)月；加強(qiáng)運(yùn)維人員行為管理；建立統(tǒng)一安全管理中心，強(qiáng)化集中管控能力；技術(shù)手段輔助業(yè)主完成定期自檢。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析是對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各資產(chǎn)進(jìn)行安全管理的先決條件，其目的在于識(shí)別和評(píng)估不同用戶所面臨的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)和網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)。工控系統(tǒng)資產(chǎn)梳理，分析價(jià)值；識(shí)別已有的安全防護(hù)措施；資產(chǎn)脆弱性及面臨的威脅分析；安全風(fēng)險(xiǎn)綜合分析。

2 方案介紹

2.1 強(qiáng)化安全區(qū)域邊界訪問(wèn)控制能力

ACL+應(yīng)用級(jí)白名單：配置ACL訪問(wèn)控制規(guī)則，僅允許業(yè)務(wù)相關(guān)IP通過(guò)。工控協(xié)議深度解析，形成協(xié)議白名單，保證只有可信任的協(xié)議、指令才可以通過(guò)。針對(duì)具體指令的具體值域范圍進(jìn)行保護(hù)。驗(yàn)證工控協(xié)議的合規(guī)性，控制邏輯的合理性，控制協(xié)議功能碼、點(diǎn)值。

2.2 提高網(wǎng)絡(luò)內(nèi)、外入侵和惡意代碼防御能力

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)基于白名單的工業(yè)流量、關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)基于流量的威脅以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)威脅感知系統(tǒng)APT攻擊。

網(wǎng)絡(luò)威脅感知系統(tǒng)（APT）內(nèi)置威脅情報(bào)檢測(cè)，APT情報(bào)檢測(cè)能力，內(nèi)置IOC數(shù)據(jù)庫(kù)覆蓋主流的APT家族，覆蓋家族數(shù)量≥240個(gè)。采用基因圖譜模糊比對(duì)技術(shù)對(duì)流量中的文件進(jìn)行靜態(tài)檢測(cè)通過(guò)結(jié)合圖像文理分析技術(shù)與惡意代碼變種檢測(cè)技術(shù)將可疑文件的二進(jìn)制代碼映射為無(wú)法壓縮的灰階圖片，與已有的惡意代碼基因庫(kù)圖片進(jìn)行相似度匹配，根據(jù)相似度判斷是否為威脅變種。

2.3 提高違規(guī)內(nèi)聯(lián)、外聯(lián)檢測(cè)能力

交換機(jī)關(guān)閉不必要端口；進(jìn)行IP/MAC綁定；工控主機(jī)衛(wèi)士開(kāi)啟非法外聯(lián)策略。

2.4 提高系統(tǒng)內(nèi)主機(jī)病毒防范能力

傳統(tǒng)安全解決方案難以及時(shí)更新、打補(bǔ)丁；緩沖區(qū)溢出、0day漏洞利用等攻擊方式，傳統(tǒng)殺毒軟件存在短板；殺毒軟件或?qū)I(yè)務(wù)軟件誤識(shí)為病毒而刪除。

切斷惡意代碼/病毒通過(guò)U盤(pán)擺渡到系統(tǒng)內(nèi)部的途徑；啟動(dòng)文件級(jí)白名單策略，防止惡意代碼/病毒/非法軟件執(zhí)行。保證只有經(jīng)過(guò)授權(quán)的可執(zhí)行程序才可以執(zhí)行，保證只有經(jīng)過(guò)授權(quán)的U盤(pán)才允許使用。

2.5 提高主機(jī)身份認(rèn)證能力，采用雙因子認(rèn)證機(jī)制

采用靜態(tài)密碼+UKEY，關(guān)鍵服務(wù)器采用雙因子認(rèn)證。

2.6 一鍵式安全加固，提高主機(jī)安全基線

內(nèi)置42條安全基線規(guī)則，一鍵式配置，降低手動(dòng)加固成。根據(jù)不同加固等級(jí)，一鍵加固。

2.7 關(guān)閉不必要的服務(wù)端口，提高入侵防范能力

內(nèi)置防火墻功能，關(guān)閉不必要端口；一鍵式配置，降低手動(dòng)加固成本。

2.8 利用訪問(wèn)控制策略，保證業(yè)務(wù)配置文件不被篡改

自主訪問(wèn)控制，基于標(biāo)記的強(qiáng)制訪問(wèn)控制。

2.9 提高日志審計(jì)能力，審計(jì)日志至少保存12個(gè)月

范式化多種類設(shè)備（主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、安全）日志，快速準(zhǔn)確的識(shí)別安全事件，發(fā)現(xiàn)違規(guī)行為。

2.10 加強(qiáng)運(yùn)維人員行為管理

運(yùn)維人員身份授權(quán)、運(yùn)維人員操作授權(quán)、運(yùn)維人員行為審計(jì)。安全運(yùn)維管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一賬戶管理。

2.11 建立統(tǒng)一安全管理中心，強(qiáng)化集中管控能力

安全產(chǎn)品統(tǒng)一管理，安全管理加密傳輸，高度可視化，雙機(jī)熱備，高度可靠。

2.12 技術(shù)手段輔助業(yè)主完成定期自檢

先進(jìn)行漏洞掃描并生成相關(guān)報(bào)告，給出指導(dǎo)意見(jiàn)。

3 主要特點(diǎn)

3.1 廠級(jí)統(tǒng)一安全運(yùn)營(yíng)中心

資產(chǎn)可視，自動(dòng)識(shí)別工控網(wǎng)的設(shè)備類型、設(shè)備廠商、設(shè)備型號(hào)，自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，提供全方位的資產(chǎn)可視化體驗(yàn)。

威脅可視，智能分析海量安全設(shè)備日志，通過(guò)人工智能的知識(shí)圖譜技術(shù)，將資產(chǎn)配置弱點(diǎn)、漏洞、威脅事件關(guān)聯(lián)分析，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)攻擊路徑。

合規(guī)評(píng)估，結(jié)合等級(jí)保護(hù)合規(guī)自評(píng)和自動(dòng)化的合規(guī)評(píng)估技術(shù)，將合規(guī)評(píng)估量化分析，提供企業(yè)集團(tuán)量化的健康指數(shù)。

3.2 安全管理制度完善

完善生產(chǎn)網(wǎng)安全制度與標(biāo)準(zhǔn)體系，滿足等級(jí)保護(hù)的基本要求、測(cè)評(píng)要求，規(guī)范網(wǎng)絡(luò)安全管理，保障網(wǎng)絡(luò)安全工作的順利開(kāi)展；建立企業(yè)自身的工控網(wǎng)絡(luò)安全制度與標(biāo)準(zhǔn)，需要企業(yè)業(yè)務(wù)主管部門(mén)、安全管理部門(mén)與我司共同配合完成，在滿足國(guó)家等級(jí)保護(hù)相關(guān)要求基礎(chǔ)上，能夠與企業(yè)自身生產(chǎn)特點(diǎn)相融合。

一級(jí)文件：電力監(jiān)控系統(tǒng)的工控網(wǎng)絡(luò)安全管理方針，能夠反映最高管理者對(duì)工控網(wǎng)絡(luò)安全管理下達(dá)的工作意圖等，能為所有下級(jí)文件的編寫(xiě)提供方向。二級(jí)文件：各類屬于電力監(jiān)控系統(tǒng)工控網(wǎng)絡(luò)安全管理的規(guī)范性制度、標(biāo)準(zhǔn)、辦法、策略文件、配置規(guī)范等。三級(jí)文件：各種體系運(yùn)行所需的規(guī)范文檔模板。

內(nèi)置豐富的攻擊特征庫(kù)，結(jié)合硬件加速信息包捕捉技術(shù)來(lái)探測(cè)包括PLC等控制設(shè)備的拒絕服務(wù)攻擊漏洞、緩沖區(qū)溢出攻擊漏洞等典型工控漏洞的攻擊行為，并及時(shí)告警。采用TCP/IP數(shù)據(jù)重組、目標(biāo)和應(yīng)用程序識(shí)別、完整的應(yīng)用層有限狀態(tài)追蹤、應(yīng)用層協(xié)議分析、先進(jìn)的事件關(guān)聯(lián)分析技術(shù)以及多項(xiàng)反IDS逃避技術(shù)，提供業(yè)界超低的誤報(bào)率和漏報(bào)率。能夠?yàn)橛脩籼峁┴S富的動(dòng)態(tài)圖形報(bào)表，以及數(shù)十種分析報(bào)表模版和向?qū)降挠脩糇远x報(bào)表功能。采用旁路部署方式，不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成任何影響。

安全區(qū)域邊界：在生產(chǎn)控制大區(qū)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)地上環(huán)網(wǎng)與地下環(huán)網(wǎng)各就地控制單元（LCU）之間部署工業(yè)防火墻，實(shí)現(xiàn)區(qū)域間的邏輯隔離和網(wǎng)絡(luò)威脅防護(hù)，保證電力監(jiān)控系統(tǒng)區(qū)域邊界安全。

安全通信網(wǎng)絡(luò)：在生產(chǎn)控制大區(qū)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部署工控安全監(jiān)控與審計(jì)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)威脅感知系統(tǒng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)攻擊、異常操作等行為，特別是新型網(wǎng)絡(luò)攻擊行為，并告警通知安全管理員。

安全計(jì)算環(huán)境：在電力監(jiān)控系統(tǒng)中工程師站、操作員站、服務(wù)器和接口機(jī)上安裝工控主機(jī)衛(wèi)士軟件，開(kāi)啟程序白名單、外設(shè)管控、安全基線及訪問(wèn)控制等功能，實(shí)現(xiàn)阻攔病毒、木馬等惡意程序的運(yùn)行、主機(jī)安全加固和移動(dòng)介質(zhì)管控等安全需求。

安全管理中心：在在生產(chǎn)控制大區(qū)部署統(tǒng)一安全管理平臺(tái)和安全運(yùn)維管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)安全設(shè)備進(jìn)行集中管控，并對(duì)日志數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)等進(jìn)行集中分析，同時(shí)對(duì)不同權(quán)限賬戶進(jìn)行身份鑒別及權(quán)限管理，保證電力監(jiān)控系統(tǒng)管理安全；同時(shí)配置工控漏洞掃描系統(tǒng)，定期對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行漏掃掃描，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力監(jiān)控系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)安全漏洞。

結(jié)論：本文研究了水電廠電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)的相關(guān)內(nèi)容，并制定了對(duì)應(yīng)的方案。該水電廠電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)方案提高了工控主機(jī)病毒和惡意代碼防范能力，增強(qiáng)工控主機(jī)安全性；有效檢測(cè)工控網(wǎng)絡(luò)中的異常操作行為并加以阻止，避免造成重大安全生產(chǎn)事故、人員傷亡和社會(huì)影響。實(shí)時(shí)檢測(cè)工控網(wǎng)絡(luò)中的惡意攻擊、誤操作、違規(guī)行為、非法設(shè)備接入以及蠕蟲(chóng)、病毒等惡意軟件的傳播，幫助客戶及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，避免發(fā)生安全事故；詳實(shí)記錄網(wǎng)絡(luò)通信流量，為安全事故調(diào)查取證提供技術(shù)支撐。