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工業(yè)背景

對于我國而言，工業(yè)控制系統(tǒng)安全所面臨的重要問題是自主可控的問題，我國在工控領域?qū)庠O備和技術(shù)的依賴程度強。據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息研究網(wǎng)調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果顯示，全國5000多個重要的工業(yè)控制系統(tǒng)中，95%以上的工控系統(tǒng)操作系統(tǒng)均采用國外產(chǎn)品;在我國的工控系統(tǒng)產(chǎn)品上，國外產(chǎn)品已經(jīng)占領了大部分市場，如PLC國內(nèi)產(chǎn)品的市場占有率不到1%，工業(yè)中用到的邏輯控制器95%是來自施耐德(法國)、西門子(德國)、發(fā)那科(日本)等的國外品牌。

以揚州市為例，自2014年1月起，在全市范圍內(nèi)啟動重點行業(yè)重要工業(yè)控制系統(tǒng)基本情況調(diào)查，統(tǒng)計顯示，全市24個企業(yè)共計1213個重點工業(yè)控制系統(tǒng)，主要分屬化工、電力行業(yè)和城市公用事業(yè)服務領域。德國西門子公司生產(chǎn)的可編程控制器(PLC)和我國浙江浙大中控公司生產(chǎn)的分布式控制系統(tǒng)(DCS)在揚州市工業(yè)企業(yè)應用廣泛，其中德國西門子公司生產(chǎn)的可編程控制器占全部調(diào)查企業(yè)工業(yè)控制系統(tǒng)總數(shù)的87%，占全部調(diào)查企業(yè)可編程控制器應用總數(shù)的95%以上。

工業(yè)控制系統(tǒng)(以下簡稱工控系統(tǒng))是國家基礎設施的重要組成部分，也是工業(yè)基礎設施的核心，被廣泛用于煉油、化工、電力、電網(wǎng)、水廠、交通、水利等領域，其可用性和實時性要求高，系統(tǒng)生命周期長，是信息戰(zhàn)的重點攻擊目標。目前，我國在工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡安全技術(shù)研究以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展等相關領域處于快速發(fā)展階段，防護能力和應急處置能力相對較低，特別是關鍵部位工控系統(tǒng)大量使用國外產(chǎn)品，關鍵系統(tǒng)的安全性受制于人，重要基礎設施的工控系統(tǒng)成為外界滲透攻擊的目標。

法律層面

目前我國已經(jīng)將關鍵基礎設施的信息網(wǎng)絡安全納入了《中華人民共和國網(wǎng)絡安全法》。

其中第二十一條國家實行網(wǎng)絡安全等級保護制度。網(wǎng)絡運營者應當按照網(wǎng)絡安全等級保護制度的要求，履行下列安全保護義務，保障網(wǎng)絡免受干擾、破壞或者未經(jīng)授權(quán)的訪問，防止網(wǎng)絡數(shù)據(jù)泄露或者被竊取、篡改：

(一)制定內(nèi)部安全管理制度和操作規(guī)程，確定網(wǎng)絡安全負責人，落實網(wǎng)絡安全保護責任;

(二)采取防范計算機病毒和網(wǎng)絡攻擊、網(wǎng)絡侵入等危害網(wǎng)絡安全行為的技術(shù)措施;

(三)采取監(jiān)測、記錄網(wǎng)絡運行狀態(tài)、網(wǎng)絡安全事件的技術(shù)措施，并按照規(guī)定留存相關的網(wǎng)絡日志不少于六個月;

(四)采取數(shù)據(jù)分類、重要數(shù)據(jù)備份和加密等措施;

(五)法律、行政法規(guī)規(guī)定的其他義務。

其中第三十一條 國家對公共通信和信息服務、能源、交通、水利、金融、公共服務、電子政務等重要行業(yè)和領域，以及其他一旦遭到破壞、喪失功能或者數(shù)據(jù)泄露，可能嚴重危害國家安全、國計民生、公共利益的關鍵信息基礎設施，在網(wǎng)絡安全等級保護制度的基礎上，實行重點保護。關鍵信息基礎設施的具體范圍和安全保護辦法由國務院制定。

工控網(wǎng)絡安全特點

首先，工控網(wǎng)絡安全是關鍵基礎設施的一部分，而且是關鍵部分。關鍵基礎設施包含公共通信和信息服務、能源、交通、水利、金融、公共服務、電子政務等重要行業(yè)和領域。其中能源、交通、水利等行業(yè)都有工業(yè)控制系統(tǒng)，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、“中國制造2025”等國家政策的發(fā)布，工業(yè)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的IT網(wǎng)絡、與互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通已經(jīng)勢不可擋，這其中的網(wǎng)絡安全問題尤其突出。

工控網(wǎng)絡包含多種多樣的工藝場景，目前流行的智能制造、智慧工廠、智慧城市、智慧水利、智慧電廠等新型技術(shù)都屬于工控網(wǎng)絡安全范疇。新技術(shù)、新網(wǎng)絡、新方向都將帶動這些行業(yè)發(fā)展，但這其中的網(wǎng)絡、信息、數(shù)據(jù)的安全就成為了新的研究方向。

其次，工控網(wǎng)絡安全觸及到生活的每個角落，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)的到來，各行各業(yè)的數(shù)據(jù)都將被采集、處理、匯總。一旦發(fā)生網(wǎng)絡安全事件，將是牽一發(fā)而動全身的效果。有過黑客或者滲透經(jīng)驗的人就會知道，暴露出來的網(wǎng)絡安全事件都只是冰山一角，當網(wǎng)絡安全事件被揭露的時候，伴隨著的是內(nèi)部的數(shù)據(jù)都已經(jīng)被偷窺一空了。

最后，工控網(wǎng)絡安全是一個多學科，多技術(shù)，多領域的交叉門類。本身工控行業(yè)的基礎專業(yè)是自動化專業(yè)，自動化專業(yè)就是一個多學科的交叉專業(yè)，它涉及計算機專業(yè)，電氣電子專業(yè)、儀表專業(yè)、通信專業(yè)和信息專業(yè)等內(nèi)容。工控網(wǎng)絡涉及多個行業(yè)，如能源、交通、水利等。多技術(shù)包含控制技術(shù)、工藝技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、通信技術(shù)、存儲技術(shù)等等。

工控網(wǎng)絡安全概述

“工控”即“工業(yè)控制”，工業(yè)控制系統(tǒng)(ICS，Industrial Control System)是一類用于工業(yè)生產(chǎn)的控制系統(tǒng)的統(tǒng)稱，它包含PLC控制系統(tǒng)(PLC，Programmable Logic Controller)、分布式控制系統(tǒng)(DCS，Distributed Control System)、監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集(SCADA，Supervised Control And Data Acquisition)系統(tǒng)等。PLC控制系統(tǒng)是單用PLC互相連接構(gòu)成的控制系統(tǒng)，PLC與PLC之間采用松散的連接方式，難以做出協(xié)調(diào)的高精度控制，主要應用于小型生產(chǎn)過程，如灌裝流水線、郵件分發(fā)流水線等。分布式控制系統(tǒng)(DCS)也被稱為集散控制系統(tǒng)，用于大規(guī)模的連續(xù)過程控制，適用于測控點數(shù)多、精度高且反應速度快的工業(yè)現(xiàn)場，如發(fā)電、煉油廠、污水處理、化工等。數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)，國內(nèi)也稱之為組態(tài)監(jiān)控軟件，主要實現(xiàn)廣域環(huán)境的生產(chǎn)過程和事物管理，其大部分具體控制工作還需要依賴現(xiàn)場環(huán)境的控制設備，主要應用于電力系統(tǒng)、輸油管道和軌道交通等。

工業(yè)控制系統(tǒng)可簡單劃分為過程控制網(wǎng)絡和現(xiàn)場控制網(wǎng)絡兩部分。過程控制網(wǎng)絡中部署多種關鍵工業(yè)控制組件，通過SCADA服務器(MTU)與遠程終端單元(RTU)組成遠程傳輸鏈路。

過程控制網(wǎng)絡向下與現(xiàn)場控制網(wǎng)絡相連接?，F(xiàn)場總線的控制和采集設備(PLC或RTU)一方面將現(xiàn)場設備狀態(tài)傳送到過程控制網(wǎng)絡，另一方面還可以自行處理一些簡單的邏輯程序，完成現(xiàn)場控制網(wǎng)絡的大部分控制邏輯功能，如控制流量和溫度、讀取傳感器數(shù)據(jù)等。

過程控制網(wǎng)絡向上與企業(yè)信息網(wǎng)絡相連接。在企業(yè)信息網(wǎng)絡中，企業(yè)資源計劃(ERP)服務器和制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)服務器與工業(yè)控制系統(tǒng)緊密相連。

在企業(yè)信息網(wǎng)絡中，郵件、Web、ERP等業(yè)務都需要與互聯(lián)網(wǎng)相連接，而MES需要與工業(yè)控制系統(tǒng)相連接，以獲得生產(chǎn)過程的各種數(shù)據(jù)，并下達生產(chǎn)任務。各種病毒和木馬就是利用這個通道進入企業(yè)信息系統(tǒng)，進而進入到工業(yè)控制系統(tǒng)中，這已經(jīng)成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主要安全威脅來源。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)中的無線連接、移動存儲介質(zhì)(U盤)、遠程維護和升級等新興技術(shù)和應用的廣泛使用，為工業(yè)控制系統(tǒng)引入了更多的安全風險。

工控網(wǎng)絡安全學習內(nèi)容

1. 行業(yè)特性

傳統(tǒng)信息系統(tǒng)旨在利用計算機、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與信息共享，而工業(yè)控制系統(tǒng)旨在利用計算機、互聯(lián)網(wǎng)、微電子以及電氣等技術(shù)，使工廠的生產(chǎn)和制造過程更加自動化、效率化、精確化，并具有可控性及可視性，它強調(diào)的是工業(yè)自動化過程及相關設備的智能控制、監(jiān)測與管理。

2. 工業(yè)控制設備

傳統(tǒng)信息系統(tǒng)是通過互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議組成的計算機網(wǎng)絡;而工業(yè)控制系統(tǒng)是PLC、RTU、DCS、SCADA等工業(yè)控制設備及系統(tǒng)組成的多層次網(wǎng)絡。

3. 工業(yè)控制操作系統(tǒng)

傳統(tǒng)信息系統(tǒng)通用使用的操作系統(tǒng)，如Windows、UNIX、Linux等，防護功能相對強大;而工業(yè)控制系統(tǒng)廣泛使用嵌入式操作系統(tǒng)，如VxWorks、uCLinux、WinCE等，并有可能根據(jù)需要進行功能裁減或定制。

4. 網(wǎng)絡協(xié)議

傳統(tǒng)信息系統(tǒng)主要使用TCP/IP棧(應用層協(xié)議HTTP、FTP、SMTP等);而工業(yè)控制系統(tǒng)一般直接使用專用的通信協(xié)議或規(guī)約(OPC、Modbus、DNP3等)，或者將其作為TCP/IP的應用層使用。

5. 工業(yè)實時通信

傳統(tǒng)信息系統(tǒng)要求相對較低，信息傳輸允許延遲，多數(shù)系統(tǒng)能容忍短暫的、有計劃的系統(tǒng)維護;而工業(yè)控制系統(tǒng)要求較高，不能輕易停機和重啟恢復。

6. 工控安全事件

信息系統(tǒng)中不可預料的中斷可能會造成任務損失，但已逐漸有較為成熟的故障響應方案;而工業(yè)控制系統(tǒng)中不可預料的中斷會造成經(jīng)濟損失或環(huán)境災難，故障的應急響應方案還很不成熟。

7. 工控安全維護

信息系統(tǒng)采用通用系統(tǒng)，兼容性較好，軟硬件升級較容易，軟件系統(tǒng)升級也較為頻繁;而工業(yè)控制系統(tǒng)使用專有系統(tǒng)，兼容性差，軟硬件升級較困難，一般很少進行系統(tǒng)升級。

工控網(wǎng)絡安全學習路線

上面提到的工控網(wǎng)絡安全是一個多學科、多技術(shù)、多領域的交叉內(nèi)容。當作為初學者想開始學習，逐漸學習及深入學習時，工控網(wǎng)絡安全是一個深深的陷阱。里面包含的內(nèi)容實在是太多了，這里僅僅展示工控網(wǎng)絡安全的冰山一角，還希望大家一起學習，一起交流，一起探討，一起進步。

首先，作為安全從業(yè)者必須要掌握的基本技能：編程語言。建議從匯編、C/C++到Python的學習路線。

其次，要學習《計算機網(wǎng)絡原理》，掌握基本的網(wǎng)絡通信技術(shù)。

自動化方面，要學習《可編程邏輯控制器(PLC)》，掌握基礎的自動化設備原理。

最后體系化的學習，是在前三個基礎之上，對于工控網(wǎng)絡安全的基礎內(nèi)容的學習。推薦的學習路線為-自動化軟件-協(xié)議解析-固件分析-漏洞挖掘。

（1）自動化軟件：自動化軟件分為編程軟件、組態(tài)軟件(SCADA軟件)、實時數(shù)據(jù)庫等自動化方面的軟件?？砂凑招袠I(yè)、廠家進行分類，深入了解后，在進行跨廠家，跨行業(yè)的進行深度學習。

（2）協(xié)議解析：協(xié)議解析分為基礎協(xié)議和私有協(xié)議兩大類。協(xié)議又可分為控制協(xié)議和通信協(xié)議兩個層面。通常所要將的協(xié)議包含控制內(nèi)容及通信兩部分。協(xié)議分析還可以按照鏈路層協(xié)議和應用層協(xié)議進行學習。應用層的協(xié)議較為通用性強一些。

（3）固件分析：與傳統(tǒng)的固件分析較為相似，但工業(yè)控制系統(tǒng)廣泛使用嵌入式操作系統(tǒng)，所以協(xié)議內(nèi)容更多的傾向嵌入式操作系統(tǒng)的固件進行分析。

（4）漏洞挖掘：最為高階的學習內(nèi)容，通過前面學習的基礎基本就可進入此階段了，綜合利用上述內(nèi)容對工業(yè)控制系統(tǒng)中的設備，軟件，網(wǎng)絡等內(nèi)容進行滲透測試。