饶志宏中国电子科技集团公司信息安全首席专家，第三十研究所副总工程师
简介：本文从工业控制系统信息安全概念、防护目标、技术体系、发展趋势等方面进行了系统介绍。
一、工业控制系统信息安全概述
通常情况下，工业控制系统安全可以分成三个方面，即功能安全、物理安全和信息安全。
三种安全在定义和内涵上有很大的差别。
功能安全，使用安全完整性等级的概念已有近20年。功能安全规范要求通常将一个部件或系统的安全表示为单个数字，而这个数字是为了保障人员健康、生产安全和环境安全而提出的基于该部件或系统失效率的保护因子。
物理安全，保护要素主要由一系列安全生产操作规范定义。政府、企业及行业组织等一般通过完备的安全生产操作流程约束工业系统现场操作的标准性，确保事故的可追溯性，并可以明确有关人员的责任，管理和制度因素是保护物理安全的主要方式。
工业控制系统信息安全的评估方法与功能安全的评估有所不同。虽然都是保障人员健康、生产安全或环境安全，但是功能安全使用安全完整性等级是基于随机硬件失效的一个部件或系统失效的可能性计算得出的，而信息安全系统有着更为广阔的应用，以及更多可能的诱因和后果。影响信息安全的因数非常复杂，很难用一个简单的数字描述出来。然而，功能安全的全生命周期安全理念同样适用于信息安全，信息安全的管理和维护也必须是周而复始不断进行的。
二、工业控制系统信息安全与IP数据网络信息安全的区别
1.两种网络的信息安全特点对比
1）安全需求不同2）安全补丁与升级机制存在的区别3）实时性方面的差异4）安全保护优先级方面的差异5）安全防护技术适应性方面的差异2.工业控制系统信息安全面临的挑战
5）开发硬件兼容能力更强的工业SCADA系统安全防护技术：传统IT数据网络中安全防护能力较强的技术如身份认证、鉴别、加密、入侵检测和访问控制技术等普遍强调占用更多的网络带宽、处理器性能和内存资源，而这些资源在工业控制系统设备中十分有限，工业控制设备最初的设计目标是完成特定现场作业任务，它们一般是低成本、低处理器效能的设备。而且，在石油、供水等能源工业系统控制装置中仍然在使用一些很陈旧的处理器（如1978年出厂的Intel8088处理器）。因此，在这类装置中部署主流的信息安全防护技术而又不显著降低工业现场控制装置的性能具有一定难度。
6）研制兼容多种操作系统或软件平台的安全防护技术：传统IT数据网络中的信息安全技术机制，主要解决以Windows、Linux、Unix等通用型操作系统平台上的信息安全问题。而在工业SCADA系统领域，现场工业SCADA系统装置一般使用设备供应商（ABB、西门子、霍尼韦尔等）独立研发的、非公开的操作系统（有时称为固件）、专用软件平台（如GE的iFix等）完成特定的工业过程控制功能。因此，如何在非通用操作系统及软件平台上开发、部署甚至升级信息安全防护技术，是工业SCADA系统信息安全未来需要重点解决的问题。
三、工业控制系统信息安全防护技术体系
工业控制系统信息安全内涵、需求和目标特性，决定了需要一些特殊的信息安全技术、措施，在工业生产过程中的IED、PLC、RTU、控制器、通信处理机、SCADA系统和各种实际的、各种类型的可编程数字化设备中使用或配置，达到保障工业控制系统生产、控制与管理的安全功能目标。所有自动控制系统信息安全的基础技术是访问控制和用户身份认证，在此基础上发展了一些通过探针、信道加密、数据包核查和认证等手段保护通信数据报文安全的技术。为实现功能安全前提下的工业控制系统信息安全，需要构筑工业控制系统信息安全事前、事中和事后的全面管理、整体安全的防护技术体系。1）事前防御技术事前防御技术是工业控制信息安全防护技术体系中较为重要的部分，目前有很多成熟的基础技术可以利用：访问控制/工业控制专用防火墙身份认证ID设备基于生物特征的鉴别技术安全的调制解调器加密技术公共密钥基础设施（PKI）虚拟局域网（VPN）
2）事中响应技术入侵检测（IDS）技术对于识别内部的错误操作和外部攻击者尝试获得内部访问权限的攻击行为是非常有效的。它能够检测和识别出内部或外部用户破坏网络的意图。IDS有两种常见的形式：数字签名检测系统和不规则检测系统。入侵者常常通过攻击数字签名，从而获得进入系统的权限或破坏网络的完整性。数字签名检测系统通过将现在的攻击特性与已知攻击特性数据库进行比对，根据选择的灵敏程度，最终确定比对结果。然后，根据比对结果，确定攻击行为的发生，从而阻断攻击行为并且通报系统管理员当前系统正在遭受到攻击。不规则检测技术通过对比正在运行的系统行为和正常系统行为之间的差异，确定入侵行为的发生且向系统管理员报警。例如，IDS能够检测在午夜时分系统不正常的活跃性或者外部网络大量访问某I/O端口等。当不正常的活动发生时，IDS能够阻断攻击并且提醒系统管理员。
以上两种IDS系统都有其优点和缺点，但是，它们都有一个相同的问题—如何设置检测灵敏度。高灵敏度会造成错误的入侵报警，IDS会对每个入侵警报作相应的系统动作，因此，过多的错误入侵警报，不仅会破坏正常系统的某些必须的功能，而且还会对系统造成大量额外的负担。而低灵敏度会使IDS不能检测到某些入侵行为的发生，因此IDS会对一些入侵行为视而不见，从而使入侵者成功进入系统，造成不可预期的损失。
3）事后取证技术
上述讨论的是在工业控制系统信息安全中一些常用的、常规性技术，而在工业控制系统信息安全实施过程中，主要有以下一些特别的关键技术。