工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡安全剖析論文

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　　摘要：在智慧水務建設過程中，保障網(wǎng)絡空間安全問題尤為重要，其安全領域可分為工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡安全和傳統(tǒng)網(wǎng)絡信息安全兩大類。其中，工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡安全主要包括物理感知數(shù)據(jù)采集和設備自動控制兩部分，直接和人民生命財產(chǎn)安全相關。通過分析智慧水務建設中的工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡安全問題，探討了問題根源，并提出合理的解決途徑，為實際智慧水務建設提供了借鑒參考。

工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡安全剖析論文

　　關鍵詞：智慧水務；網(wǎng)絡空間；工業(yè)控制；信息安全

　　0引言

　　根據(jù)馬太效應，隨著人類社會的飛速發(fā)展，未來城市發(fā)展將日趨巨大，人口日趨密集。目前，我國城市涉及民生公共服務等相關問題日趨嚴重。自IBM2008年提出智慧地球的概念后，利用智慧手段管理城市成為熱門話題之一。為解決城市發(fā)展難題，實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展，智慧城市的理念應運而生。所謂智慧城市就是充分運用工業(yè)自動控制、城域網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析技術、云計算、移動支付等信息化和通信技術手段，以數(shù)字化、智能分析、整合城市運營的各項關鍵信息，從而實現(xiàn)智能化管理和運營各類城市公共服務、民生生活和各類工商業(yè)活動，滿足人民日益增長的美好生活需求。在智慧城市的大框架下，智慧水務應運而生。智慧水務是利用現(xiàn)代化技術將傳統(tǒng)水務的水源管理、供水、排水、水質(zhì)監(jiān)測、污水處理及回收利用等所有涉水業(yè)務流程數(shù)字化管理[1]，以達到優(yōu)化資源配置、增強水資源利用效率、滿足不同用戶的用水需求、保障城市用水安全的目的。然而隨著現(xiàn)代化技術的廣泛應用，也帶來了新一輪的安全問題，即網(wǎng)絡空間安全問題�！皼]有網(wǎng)絡安全，就沒有國家安全”，網(wǎng)絡空間已成為繼陸�？仗熘蟮牡谖蹇臻g，網(wǎng)絡空間安全已經(jīng)上升到國家安全的高度[2]。我國在中央和各省市大力推進智慧城市建設的過程中，城市的網(wǎng)絡空間安全問題研究顯得尤為重要。正如前文所說，智慧水務就是利用現(xiàn)代化技術將傳統(tǒng)水務的水源管理、供水、排水、水質(zhì)監(jiān)測、污水處理及回收利用等所有涉水業(yè)務流程的數(shù)字化管理，這里的現(xiàn)代化技術包括工業(yè)自動控制、大數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)絡支付等。本文主要從工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡安全的角度來探討智慧水務建設過程的網(wǎng)絡空間安全問題。

　　1工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡安全

　　工業(yè)控制實際上是利用計算機設備控制工業(yè)過程，達到降低人力成本，提高工作效率或是用以替代人類在惡劣環(huán)境工作。傳統(tǒng)的`工業(yè)控制系統(tǒng)是封閉系統(tǒng)，即使出現(xiàn)安全問題影響范圍也十分有限，例如一臺傳統(tǒng)的數(shù)控加工機床，即使數(shù)控模塊出現(xiàn)了病毒，影響范圍也僅局限于這臺機床加工出來的產(chǎn)品，后續(xù)的質(zhì)量檢測可以很快發(fā)現(xiàn)問題。然而隨著網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)已成為物聯(lián)網(wǎng)的主要組成部分，大多和國計民生相關的關鍵基礎設施依靠工業(yè)控制系統(tǒng)來實現(xiàn)自動化作業(yè)，包括基礎設施、民生智慧城市、先進制造業(yè)和軍隊軍工等。當前以工業(yè)控制系統(tǒng)為基礎的工業(yè)網(wǎng)絡安全面臨著巨大威脅，直接威脅到國家安全。從早期澳大利亞昆士蘭的馬盧奇污水處理廠事件（2000年3月）、美國俄亥俄州Davis-Besse核電站SQLSlammer蠕蟲病毒攻擊事件（2003年1月的）到最近的“超級電廠”病毒事件（2014年）、烏克蘭的年“BlackEnergy”病毒事件（2015）、烏克蘭機場受攻擊事件（2016年）[3-4]都表明：工業(yè)控制系統(tǒng)不再安全，工業(yè)控制系統(tǒng)安全事件造成的社會影響也越來越大，大量證據(jù)表明工業(yè)安全事件背后有著巨大的經(jīng)濟利益和國家政治利益。

　　2智慧水務

　　智慧水務是智慧城市的重要組成之一，智慧水務的建設過程中，業(yè)務流程和工業(yè)控制息息相關，例如利用傳感器獲取水源水質(zhì)信息或管網(wǎng)網(wǎng)水壓流量信息，通過自動控制管網(wǎng)水量調(diào)節(jié)均衡不同區(qū)域用水，利用自動控制排水開關提高排水效率，通過自動控制污水處理流程來降低污水處理能耗和廢水再利用等。智慧水務建設中的工業(yè)控制網(wǎng)絡安全主要包括物理感知和數(shù)據(jù)采集安全、設備自動控制安全和安全管理安全等。

　　2.1物理感知和數(shù)據(jù)采集安全

　　物理感知和數(shù)據(jù)采集安全主要面向智慧水務基礎設施，包括水源水質(zhì)監(jiān)測、管網(wǎng)水壓監(jiān)測、排水流量監(jiān)測等，利用各類傳感設備將所需各類監(jiān)測信息采集并做基礎分析后傳回水務中心的過程。智慧水務中的感知監(jiān)測設備大多由成本低、體積小、能耗低和計算機資源有限的傳感器節(jié)點組成，監(jiān)測環(huán)境大多也比較惡劣，主要安全問題包括感知節(jié)點易被破壞、通信易受干擾、傳輸通道不穩(wěn)定不可靠、數(shù)據(jù)信息容易污染等[5]。物理感知和數(shù)據(jù)采集帶來的安全問題大多是基礎數(shù)據(jù)源問題，會直接影響智慧水務的大數(shù)據(jù)分析結果及管理層的水務管理決策，嚴重的還可對民生產(chǎn)生重大影響，可實現(xiàn)例如水源監(jiān)測點傳來水源污染錯誤信息，很可能導致水務中心水源報警，甚至關閉供水，由此造成的損失將不可估量。物理感知和數(shù)據(jù)采集的安全問題可從以下兩方面入手：（1）傳感感知節(jié)點采用信號防干擾技術，根據(jù)不同需要和環(huán)境可采用防水防雷防腐蝕等措施，條件允許的情況下采用冗余部署。（2）信號傳輸采用多種可靠傳輸方式，同時要采用信息加密防纂改和雙因子認證，保證傳輸信息的來源合法和信息本身的完整性和安全性。

　　2.2設備自動控制安全

　　智慧水務中的工業(yè)控制系統(tǒng)通過信號指令以弱電控制強電的方式來管控機械設備的運作，從網(wǎng)絡空間安全的角度來看，設備自動控制的安全主要有以下幾方面：（1）控制信號安全，控制信號的來源分為兩種：一種直接從設備本身產(chǎn)生或設備上配套的感知原件產(chǎn)生，無需經(jīng)智慧水務管控中心處理；另一種是從智慧水務管控中心傳遞過來的控制信號。第一種控制信號的安全性和設備直接相關，需要保障信號可靠性，防止人為物理破壞。第二類控制信號需要從傳統(tǒng)網(wǎng)絡安全方面保障傳輸過程的可靠性和安全性，同時需要在控制終端驗證信號是否被纂改等。（2）弱電控制強電過程的安全性。和水務業(yè)務相關的大型機械設備的啟停運作，一般都是通過弱電信號來控制設備運作動力，改變設備運行方式等。弱電控制強電過程中，存在的安全問題主要有兩方面：一是控制裝置本身的安全性，是否具有電磁隔離能力，是否具備防雷措施，控制裝置本身的可靠性主要采用冗余來保障；二是強電能源動力的安全性，是否具有良好的接地、觸電防護措施等，強電本身的安全性需符合國家相關安全標準。（3）機械設備運作的安全性。設備自動控制的最終表現(xiàn)在于設備是否可以正常運行，設備的正常運行主要通過設備定期或不定期維檢來保障，智慧水務建設也體現(xiàn)在設備運行狀態(tài)的自動采集和預警上，主要可通過設備的狀態(tài)傳感器實時傳遞設備狀態(tài)信息及時發(fā)現(xiàn)設備故障。

　　2.3安全管理

　　智慧水務建設過程中的工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡建設相較傳統(tǒng)網(wǎng)絡體系而言，更多傾向于設備部署，易使人們忽視安全管理。實際上工業(yè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全問題更大程度是人為因素：一是基層工作人員相對素質(zhì)較低，在水務設備的安裝和巡檢過程中，麻痹大意，忽視安全問題；二是工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡缺少日志自動化管理，需要人工建立臺賬。智慧水務建設過程需要提高安全管理意識，建立獨立的安全管理制度：一是加強日志管理和審計管理，盡可能利用信息化手段管理日志，可設立專崗專管。二是加大安全培訓力度，提高基層工作人員的安全意識，發(fā)現(xiàn)問題及時報告。

　　3結語

　　"智慧水務"是現(xiàn)代化城市建設的必然趨勢，智慧水務和國家網(wǎng)絡空間安全息息相關。在建設初期，提高安全意識，建立安全管理制度，加強每個環(huán)節(jié)的安全建設，尤其是工業(yè)自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡安全建設，至關重要。本文主要分析了智慧水務建設過程的工業(yè)自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡安全問題，并給出了相應的解決辦法，對生產(chǎn)實踐具有一定的參考借鑒意義。

　　參考文獻

　　[1]卜云飛,閆健卓.基于大數(shù)據(jù)的智慧水務架構研究[C]//中國自動化大會（CAC2017），濟南：2017.

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　　[3]谷神星網(wǎng)絡科技有限公司.工業(yè)控制網(wǎng)絡安全系列之四典型的工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡安全事件[J].微型機與應用，2015，34（5）：1，5.

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　　[5]旭日.無線傳感器網(wǎng)絡安全技術及運用實踐微探[J].數(shù)碼世界，2017（1）：126-127.

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　　[7]王小山,楊安.工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全新趨勢[J].信息網(wǎng)絡安全，2015（1）：6-11.

　　[8]工業(yè)和信息化部.工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全事件應急管理工作指南[S].2007.

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