核電廠儀控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)策略研究及應(yīng)用

賀騰飛

核電廠作為重要的能源供應(yīng)設(shè)施，其儀控系統(tǒng)安全防護(hù)至關(guān)重要。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)化程度的提升，核電廠儀控系統(tǒng)面臨著越來(lái)越復(fù)雜的安全挑戰(zhàn)和威脅。一旦儀控系統(tǒng)受到攻擊或遭遇故障，可能對(duì)核電廠的安全運(yùn)行和人員生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。因此，研究核電廠儀控系統(tǒng)安全防護(hù)策略具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。通過深入研究核電廠儀控系統(tǒng)的安全問題，探討安全防護(hù)策略的制定和應(yīng)用，能夠提高核電廠儀控系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，保障核電廠的正常運(yùn)行。這不僅關(guān)乎核電工業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)，也關(guān)乎國(guó)家的能源安全和國(guó)民生活的穩(wěn)定。

一、核電行業(yè)儀表控制系統(tǒng)信息安全的威脅

（一）硬件和軟件方面的安全隱患

核電廠儀表控制系統(tǒng)信息安全受到硬件和軟件方面的威脅。硬件方面可能存在不安全設(shè)備使用風(fēng)險(xiǎn)，如未認(rèn)證的傳感器或控制器，易受供應(yīng)鏈攻擊。軟件方面存在漏洞和不安全代碼風(fēng)險(xiǎn)，可能遭受惡意軟件或病毒攻擊，導(dǎo)致系統(tǒng)故障或數(shù)據(jù)泄露。此外，必須關(guān)注軟件更新、權(quán)限管理和未經(jīng)授權(quán)訪問問題，以免系統(tǒng)受到內(nèi)部或外部攻擊威脅。

（二）網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)

核電廠儀表控制系統(tǒng)存在網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)連接方式使得儀控系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡(luò)相連，為潛在的攻擊者提供了入侵機(jī)會(huì)。黑客可能利用網(wǎng)絡(luò)漏洞或弱密碼入侵系統(tǒng)，并進(jìn)行惡意操作，例如改變?cè)O(shè)備參數(shù)、干擾控制信號(hào)等，嚴(yán)重影響核電廠的安全運(yùn)營(yíng)。此外，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的攻擊如DDoS或中間人攻擊（Man-in-the-Middle），也需要引起警覺，以避免通信中斷、數(shù)據(jù)竊取或篡改等后果。

（三）社會(huì)工程學(xué)攻擊

社會(huì)工程學(xué)攻擊也是儀表控制系統(tǒng)面臨的威脅之一。攻擊者可能通過釣魚郵件、冒充員工或供應(yīng)商等手段，獲取訪問儀表控制系統(tǒng)的權(quán)限，并進(jìn)行未經(jīng)授權(quán)的操作。這種攻擊方式可能會(huì)導(dǎo)致儀表控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)泄露、設(shè)備損壞或惡意篡改。

二、核電廠儀控系統(tǒng)安全防護(hù)策略

（一）軟件修改防護(hù)

軟件修改防護(hù)是核電廠儀控系統(tǒng)安全的重要策略之一。為確保系統(tǒng)的安全性和可靠性，核電廠需要建立嚴(yán)格的軟件管理機(jī)制。這包括標(biāo)準(zhǔn)化管理軟件程序、限制軟件修改權(quán)限，并建立軟件變更記錄等措施。此外，可使用技術(shù)手段如數(shù)字簽名技術(shù)進(jìn)行軟件驗(yàn)證、加密技術(shù)保護(hù)存儲(chǔ)和傳輸安全，以及定期漏洞掃描維護(hù)軟件的安全性。還需實(shí)施強(qiáng)有力的訪問控制措施，僅授權(quán)人員可進(jìn)行軟件修改和更新操作，并建立定期審計(jì)機(jī)制，監(jiān)控并應(yīng)對(duì)異常行為，確保核電廠儀控系統(tǒng)的安全。（如圖1所示）

圖1??核電儀控系統(tǒng)信息安全防護(hù)體系

（二）優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)

優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)是核電廠儀控系統(tǒng)安全防護(hù)的重要策略之一。合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、加強(qiáng)數(shù)據(jù)加密和認(rèn)證機(jī)制，以及定期更新維護(hù)設(shè)備與軟件是關(guān)鍵措施。建立安全的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化訪問控制和監(jiān)控機(jī)制可減少攻擊面，加強(qiáng)數(shù)據(jù)保護(hù)。使用強(qiáng)加密算法保障傳輸數(shù)據(jù)安全，建立身份認(rèn)證機(jī)制限制非授權(quán)用戶訪問。定期檢查更新設(shè)備軟件補(bǔ)丁、建立異常檢測(cè)機(jī)制以確保網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行。

（三）黑白名單技術(shù)對(duì)比

黑白名單技術(shù)是一種用于過濾訪問權(quán)限的方法，可以提高儀控系統(tǒng)的安全性。白名單技術(shù)則允許信任設(shè)備訪問，限制系統(tǒng)與之交互，降低被攻擊風(fēng)險(xiǎn)。黑白名單技術(shù)相比較而言，黑名單技術(shù)更適合防御未知的安全威脅，因?yàn)榭梢愿鶕?jù)已知的安全威脅列表進(jìn)行禁止訪問的操作。然而，黑名單技術(shù)存在的一個(gè)問題是漏洞的零時(shí)性，即對(duì)于新的安全威脅或惡意軟件，系統(tǒng)可能無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)并添加至黑名單中。白名單技術(shù)則更注重信任設(shè)備和程序的訪問，只有經(jīng)過授權(quán)的設(shè)備和程序才能夠與系統(tǒng)進(jìn)行通信和交互，從而極大地降低了潛在的被攻擊風(fēng)險(xiǎn)。然而，白名單技術(shù)需要管理員不斷更新信任列表，確保系統(tǒng)能夠與新的設(shè)備和程序進(jìn)行正確的通信。

（四）TTCAN協(xié)議防護(hù)技術(shù)

TTCAN協(xié)議防護(hù)技術(shù)是核電廠儀控系統(tǒng)安全的重要策略之一。TTCAN（Time-Triggered?Controller?Area?Network）是一種基于時(shí)間觸發(fā)的控制器局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，常用于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，包括核電廠儀控系統(tǒng)。采用TTCAN協(xié)議防護(hù)技術(shù)可以有效保障核電廠儀控系統(tǒng)的通信安全和穩(wěn)定性。通過建立嚴(yán)格的通信規(guī)則和安全策略，確保TTCAN通信數(shù)據(jù)的完整性和保密性。加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的加密和認(rèn)證機(jī)制，采用加密算法保障數(shù)據(jù)傳輸安全，并建立有效的身份認(rèn)證機(jī)制。定期檢查和維護(hù)設(shè)備固件和軟件，及時(shí)修復(fù)漏洞，確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。同時(shí)，建立網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)制，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決異常情況，保障TTCAN通信的穩(wěn)定性。

（五）安全培訓(xùn)與意識(shí)培養(yǎng)

安全培訓(xùn)與意識(shí)培養(yǎng)是防范信息安全威脅的重要環(huán)節(jié)。通過培訓(xùn)活動(dòng)，提高員工對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知水平，加強(qiáng)安全意識(shí)，培養(yǎng)正確的安全行為習(xí)慣。培訓(xùn)內(nèi)容包括安全知識(shí)和技能，幫助員工掌握安全工作方法，提高應(yīng)對(duì)安全事件的能力。意識(shí)培養(yǎng)通過案例分析、模擬演練等形式，引導(dǎo)員工認(rèn)識(shí)到安全對(duì)于核電廠運(yùn)營(yíng)的重要性，并激發(fā)他們主動(dòng)關(guān)注安全風(fēng)險(xiǎn)、自覺遵守安全規(guī)定的主動(dòng)性。同時(shí)，建立安全文化，倡導(dǎo)“安全第一”的理念，使安全意識(shí)融入每個(gè)工作環(huán)節(jié)中，確保安全工作成為全員共同的責(zé)任和習(xí)慣。根據(jù)崗位需求制定培訓(xùn)計(jì)劃和內(nèi)容，提升員工的專業(yè)素養(yǎng)和安全意識(shí)，增強(qiáng)核電廠儀控系統(tǒng)的安全防護(hù)水平。

三、核電廠儀控系統(tǒng)安全防護(hù)具體實(shí)施措施

白名單防護(hù)策略的實(shí)施一般分為以下步驟。

（一）規(guī)劃與計(jì)劃

在規(guī)劃和計(jì)劃階段，需要對(duì)涉及的業(yè)務(wù)、區(qū)域和主機(jī)進(jìn)行詳細(xì)的排查和定義，明確選擇適用的白名單技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，并且充分考慮系統(tǒng)的整體安全和可用性。在白名單防護(hù)策略的實(shí)施過程中，需要明確核電廠儀控系統(tǒng)中涉及的具體業(yè)務(wù)功能、區(qū)域范圍以及相關(guān)主機(jī)設(shè)備。針對(duì)每個(gè)主機(jī)設(shè)備，需要詳細(xì)確定所采用的白名單技術(shù)。這可能涉及操作系統(tǒng)級(jí)別的白名單控制、應(yīng)用程序級(jí)別的白名單管理以及設(shè)備間通信的白名單規(guī)劃，并根據(jù)具體的技術(shù)特點(diǎn)和業(yè)務(wù)需求進(jìn)行合理地選擇。在制定白名單計(jì)劃時(shí)，也需要考慮網(wǎng)絡(luò)層面的白名單管理，包括對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的控制、流量過濾、端口訪問等方面的規(guī)劃，確保網(wǎng)絡(luò)通信符合設(shè)定的白名單策略。在進(jìn)行規(guī)劃和計(jì)劃時(shí)，需要充分考慮業(yè)務(wù)需求、安全風(fēng)險(xiǎn)和系統(tǒng)可用性之間的平衡。白名單安全策略的實(shí)施不應(yīng)影響核電廠儀控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此規(guī)劃階段需要進(jìn)行充分的綜合考慮和權(quán)衡。

（二）設(shè)計(jì)選型

根據(jù)之前的規(guī)劃和計(jì)劃，結(jié)合核電廠儀控系統(tǒng)的特點(diǎn)和需求，設(shè)計(jì)合理的網(wǎng)絡(luò)白名單方案。這包括確定哪些網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)被允許，哪些應(yīng)被阻止，如何管理和更新白名單列表等內(nèi)容。對(duì)于核電廠儀控系統(tǒng)中的各個(gè)主機(jī)設(shè)備，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的主機(jī)白名單方案。在設(shè)計(jì)白名單方案時(shí)，需要全面考慮核電廠儀控系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)際的業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的白名單策略，保證白名單部署能夠有效地支持核電廠的正常運(yùn)行。在設(shè)計(jì)階段需要評(píng)估市場(chǎng)上的不同白名單產(chǎn)品，并選擇符合核電廠需求的合適產(chǎn)品?？紤]產(chǎn)品的功能完備性、易用性、穩(wěn)定性以及服務(wù)支持等因素，在設(shè)計(jì)選型階段做出合理的選擇。

（三）驗(yàn)證原型

在設(shè)計(jì)完成之后，根據(jù)設(shè)計(jì)方案制定白名單防護(hù)的原型。將設(shè)計(jì)好的白名單防護(hù)原型移至核實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行驗(yàn)證。在受控的測(cè)試環(huán)境中，進(jìn)行一系列測(cè)試，包括模擬攻擊、訪問控制、白名單策略實(shí)施等，以驗(yàn)證白名單產(chǎn)品的功能是否齊全，以及確保防護(hù)措施的有效性。檢查白名單產(chǎn)品是否能夠準(zhǔn)確識(shí)別并允許合法流量通過，同時(shí)阻止非法或惡意訪問。根據(jù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和反饋，對(duì)白名單防護(hù)策略的原型進(jìn)行必要的調(diào)整和改進(jìn)。不斷優(yōu)化策略，直到確保白名單防護(hù)方案能夠滿足核電廠儀控系統(tǒng)的安全需求。

（四）實(shí)施

在驗(yàn)證通過后，通過白名單的程序進(jìn)入實(shí)施階段之前，就必須確保主機(jī)沒有感染惡意軟件。白名單產(chǎn)品通常需要經(jīng)過學(xué)習(xí)階段才能生效，這個(gè)過程被稱為白名單過程。白名單過程非常關(guān)鍵，因?yàn)槿绻麑阂廛浖e(cuò)誤地添加到白名單中，那么白名單方案就無(wú)法保證主機(jī)的安全性。特別是對(duì)于工業(yè)控制行為，白名單策略需要長(zhǎng)期地研究和細(xì)致地考量。實(shí)施階段通常分為兩個(gè)步驟。①學(xué)習(xí)階段，在這個(gè)階段內(nèi)，系統(tǒng)會(huì)收集當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)流量、過程和計(jì)算環(huán)境的信息，并將其列入白名單。在這個(gè)階段，白名單不會(huì)強(qiáng)制攔截任何內(nèi)容，而只會(huì)生成警報(bào)并等待管理員的確認(rèn)。②白名單正式生效階段，此時(shí)白名單會(huì)開始攔截不符合白名單要求的工業(yè)控制程序、消息和操作，以確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

（五）維護(hù)

實(shí)施白名單后，需要定期維護(hù)。維護(hù)內(nèi)容主要包括：檢查相關(guān)日志和產(chǎn)品告警信息，以驗(yàn)證系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，在安裝或更新軟件時(shí)需要進(jìn)行白名單更新。

四、結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)核電廠儀控系統(tǒng)安全防護(hù)策略的研究和應(yīng)用，總結(jié)出了幾項(xiàng)有效的措施，包括優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)、TTCAN協(xié)議防護(hù)技術(shù)以及安全培訓(xùn)與意識(shí)培養(yǎng)。這些策略在實(shí)踐中得到了驗(yàn)證，能夠有效提升核電廠儀控系統(tǒng)的安全性和可靠性。然而，由于信息安全領(lǐng)域的不斷發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，仍然需要不斷研究和改進(jìn)安全防護(hù)策略，以適應(yīng)新形勢(shì)下的安全威脅。只有保持高度警惕并不斷加強(qiáng)核電廠儀控系統(tǒng)的安全防護(hù)，才能確保核電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（作者單位：華能山東石島灣核電有限公司）