石化工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)安全分析與防護(hù)

引言：

近幾年，因網(wǎng)絡(luò)病毒引起的工業(yè)事件層出不窮，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題已經(jīng)日益嚴(yán)峻，針對(duì)目前我國(guó)工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全面臨的嚴(yán)峻形勢(shì)，2011年10月27日，工信部下發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全管理的通知》，強(qiáng)調(diào)了加強(qiáng)工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全管理的重要性和緊迫性，并明確了重點(diǎn)領(lǐng)域如：石油石化、電力、鋼鐵、化工等行業(yè)工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全管理要求。石化工業(yè)是國(guó)家的基礎(chǔ)性能源支柱產(chǎn)業(yè)，信息安全在任何時(shí)期、任何國(guó)家地區(qū)都備受關(guān)注。能源系統(tǒng)的信息安全問(wèn)題直接威脅到其它行業(yè)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行，影響著系統(tǒng)信息化的實(shí)現(xiàn)進(jìn)程。維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全，確保生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠、防止來(lái)自?xún)?nèi)部或外部攻擊，采取高安全性的防護(hù)措施都是石化信息系統(tǒng)安全不可忽視的組成部分。

隨著我國(guó)工業(yè)信息化建設(shè)的不斷深入，信息化已經(jīng)成為企業(yè)發(fā)展的重要推動(dòng)力量，國(guó)外石化企業(yè)信息化建設(shè)和應(yīng)用已經(jīng)走在我們前面。經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展以及WTO的加入，更對(duì)石化企業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)，就石化企業(yè)而言，信息化是生存和發(fā)展的必由之路。

信息化是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，信息化安全也是信息化建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。特別是隨著互聯(lián)網(wǎng)日新月異的發(fā)展和企業(yè)集團(tuán)信息化整合的加強(qiáng)，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的范圍在不斷擴(kuò)大，如通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)獲取信息、展現(xiàn)企業(yè)形象、開(kāi)展電子商務(wù)等，通過(guò)廣域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)集團(tuán)內(nèi)部資源共享、統(tǒng)一集團(tuán)管理等，企業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)不再是單純意義上的Intranet，而更多的則是基于Internet的網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用。但網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放的同時(shí)，帶來(lái)的安全問(wèn)題就更加嚴(yán)峻了，各種安全問(wèn)題如病毒、攻擊和入侵等已經(jīng)引起了人們的高度重視。

石化企業(yè)信息化與其它行業(yè)相比有一個(gè)突出特點(diǎn)，就是以管控一體化為重點(diǎn)。這是由石化行業(yè)自身的特點(diǎn)決定的，并具有一定的時(shí)代特點(diǎn)。

石化企業(yè)是典型的資金和技術(shù)密集型企業(yè)，生產(chǎn)的連續(xù)性很強(qiáng)，裝置和重要設(shè)備的意外停產(chǎn)都會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此生產(chǎn)過(guò)程控制大多采用DCS等先進(jìn)的控制系統(tǒng)，生產(chǎn)管理上也更注重安全和平穩(wěn)運(yùn)行。通過(guò)加強(qiáng)生產(chǎn)管理，可以實(shí)現(xiàn)管理與生產(chǎn)過(guò)程控制的融合，通過(guò)優(yōu)化調(diào)度、先進(jìn)控制和優(yōu)化控制等手段，在保證生產(chǎn)平穩(wěn)的基礎(chǔ)上獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益，因此，石化企業(yè)信息化的重點(diǎn)是管控一體化。當(dāng)今的石化企業(yè)普遍采用基于ERP/SCM、MES和PCS三層架構(gòu)的的管控一體化信息模型，MES處于企業(yè)信息系統(tǒng)ERP/SCM和過(guò)程控制系統(tǒng)的中間位置。MES系統(tǒng)在整個(gè)信息系統(tǒng)中主要擔(dān)當(dāng)了兩個(gè)方面的重要作用：一是數(shù)據(jù)雙向通道的作用。即通過(guò)MES系統(tǒng)的實(shí)施，可以有效彌補(bǔ)企業(yè)PCS層及ERP/SCM層之間的數(shù)據(jù)間隙，由下至上，通過(guò)對(duì)底層PCS層數(shù)據(jù)的搜集、存儲(chǔ)及校正，建立過(guò)程控制數(shù)據(jù)層次上的數(shù)字化工廠，結(jié)合生產(chǎn)調(diào)度層次上的調(diào)度事件信息數(shù)據(jù)等，為上層ERP/SCM計(jì)劃管理層提供準(zhǔn)確統(tǒng)一的生產(chǎn)數(shù)據(jù)；由上至下，通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的總結(jié)，上層ERP/SCM層可以根據(jù)未來(lái)訂單及現(xiàn)階段生產(chǎn)狀況調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，下發(fā)MES層進(jìn)行計(jì)劃的分解及產(chǎn)生調(diào)度指令，有效指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)。因此，MES系統(tǒng)在數(shù)據(jù)層面上，起到了溝通PCS層和ERP/SCM層的橋梁作用，并保證了生產(chǎn)數(shù)據(jù)、調(diào)度事件等信息的一致性及準(zhǔn)確性。另一方面，生產(chǎn)活動(dòng)的復(fù)雜性產(chǎn)生了很多實(shí)際的用戶(hù)需求，為了滿足這些用戶(hù)需求，MES系統(tǒng)也可以視為一個(gè)功能模塊的集合。

由DCS、PLC和SCADA等控制系統(tǒng)構(gòu)成的控制網(wǎng)絡(luò)，在過(guò)去幾十年的發(fā)展中呈現(xiàn)出整體開(kāi)放的趨勢(shì)。以石化主流控制系統(tǒng)DCS為例，在信息技術(shù)發(fā)展的影響下，DCS已經(jīng)進(jìn)入了第四代，新一代DCS呈現(xiàn)的一個(gè)突出特點(diǎn)就是開(kāi)放性的提高。過(guò)去的DCS廠商基本上是以自主開(kāi)發(fā)為主，提供的系統(tǒng)也是自己的系統(tǒng)。當(dāng)今的DCS廠商更強(qiáng)調(diào)開(kāi)放系統(tǒng)集成性。各DCS廠商不再把開(kāi)發(fā)組態(tài)軟件或制造各種硬件單元視為核心技術(shù)，而是紛紛把DCS的各個(gè)組成部分采用第三方集成方式或OEM方式。例如，多數(shù)DCS廠商自己不再開(kāi)發(fā)組態(tài)軟件平臺(tái)，而轉(zhuǎn)入采用其它專(zhuān)業(yè)公司的通用組態(tài)軟件平臺(tái)，或其它公司提供的軟件平臺(tái)。這一思路的轉(zhuǎn)變使得現(xiàn)代DCS的操作站完全呈現(xiàn)PC化與Windows化的趨勢(shì)。在新一代DCS的操作站中，幾乎清一色采用PC+Windows的技術(shù)架構(gòu)，使用戶(hù)的投資及維護(hù)成本大幅降低。

同時(shí)，DCS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也呈現(xiàn)出開(kāi)放的特征。過(guò)去，由于通信技術(shù)相對(duì)落后，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)放性是困擾用戶(hù)的一個(gè)重要問(wèn)題。而當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)的發(fā)展為開(kāi)放系統(tǒng)提供了可能。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)放性體現(xiàn)在DCS可以從多個(gè)層面與第三方系統(tǒng)互聯(lián)，同時(shí)支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。目前在與企業(yè)管理層信息平臺(tái)互聯(lián)時(shí)，大多采用基于TCP(UDP)/IP協(xié)議的以太網(wǎng)通信技術(shù)，使用OPC等開(kāi)放接口標(biāo)準(zhǔn)。

開(kāi)放性為用戶(hù)帶來(lái)的好處毋庸置疑，但由此引發(fā)的各種安全漏洞與傳統(tǒng)的封閉系統(tǒng)相比卻大大增加。對(duì)于一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，產(chǎn)生安全漏洞的因素是多方面的。

1、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議安全漏洞

隨著TCP(UDP)/IP協(xié)議被控制網(wǎng)絡(luò)普遍采用，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議漏洞問(wèn)題變得越來(lái)越突出。

TCP/IP協(xié)議簇最初設(shè)計(jì)的應(yīng)用環(huán)境是美國(guó)國(guó)防系統(tǒng)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，這一網(wǎng)絡(luò)是互相信任的，因此它原本只考慮互通互聯(lián)和資源共享的問(wèn)題，并未考慮也無(wú)法兼容解決來(lái)自網(wǎng)絡(luò)中和網(wǎng)際間的大量安全問(wèn)題。當(dāng)其推廣到社會(huì)的應(yīng)用環(huán)境后，安全問(wèn)題發(fā)生了。所以說(shuō)，TCP/IP在先天上就存在著致命的安全漏洞。

1) 缺乏對(duì)用戶(hù)身份的鑒別

2) 缺乏對(duì)路由協(xié)議的鑒別認(rèn)證

3) TCP/UDP自身缺陷

2、操作系統(tǒng)安全漏洞

PC+Windows的技術(shù)架構(gòu)現(xiàn)已成為控制系統(tǒng)上位機(jī)/操作站的主流。而在控制網(wǎng)絡(luò)中，上位機(jī)/操作站是實(shí)現(xiàn)與MES通信的主要網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，因此其操作系統(tǒng)的漏洞就成為了整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)信息安全中的一個(gè)短板。

Windows操作系統(tǒng)從推出至今，以其友好的用戶(hù)界面、簡(jiǎn)單的操作方式得到了用戶(hù)的認(rèn)可，其版本也從最初的Windows 3.1發(fā)展到如今的XP、Windows Server2003、 Windows 7等。但是，微軟在設(shè)計(jì)Windows操作系統(tǒng)時(shí)是本著簡(jiǎn)單易用為原則的，因而忽略了安全方面的考慮，留下了很多隱患。這些隱患在單機(jī)時(shí)代并沒(méi)有顯現(xiàn)出來(lái)，后來(lái)隨著網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和普及，越來(lái)越多地使用Windows操作系統(tǒng)的PC接入網(wǎng)絡(luò)，微軟埋下的隱患逐漸浮出水面。一時(shí)間Windows操作系統(tǒng)漏洞頻繁出現(xiàn)，安全事故時(shí)有發(fā)生。雖然微軟在Windows2000以后的版本中采用了Windows NT的核心，在一定程度上提高了Windows操作系統(tǒng)的安全性，但仍然不能避免安全漏洞的不斷出現(xiàn)。另一方面，Windows作為主流的操作系統(tǒng)，也更容易成為眾矢之的，每次Windows的系統(tǒng)漏洞被發(fā)現(xiàn)后，針對(duì)該漏洞的惡意代碼很快就會(huì)出現(xiàn)在網(wǎng)上，從漏洞被發(fā)現(xiàn)到惡意代碼的出現(xiàn)，中間的時(shí)差開(kāi)始變得越來(lái)越短。以Windows2000版本為例，就曾被發(fā)現(xiàn)了大量漏洞，典型的如：輸入法漏洞、IPC$漏洞、RPC漏洞、Unicode漏洞、IDA&IDQ緩沖區(qū)溢出漏洞、Printer溢出漏洞、Cookie漏洞等等。這些漏洞大部分危害巨大，惡意代碼通過(guò)這些漏洞，可以獲得Windows2000操作站的完全控制權(quán)，甚至為所欲為。

3、應(yīng)用軟件安全漏洞

處于應(yīng)用層的應(yīng)用軟件產(chǎn)生的漏洞是最直接、最致命的。一方面這是因?yàn)閼?yīng)用軟件形式多樣，很難形成統(tǒng)一的防護(hù)規(guī)范以應(yīng)對(duì)安全問(wèn)題；另一方面最嚴(yán)重的是，當(dāng)應(yīng)用軟件面向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時(shí)，就必須開(kāi)放其應(yīng)用端口。例如，要想實(shí)現(xiàn)與操作站OPC服務(wù)器軟件的網(wǎng)絡(luò)通信，控制網(wǎng)絡(luò)就必須完全開(kāi)放135端口，這時(shí)防火墻等安全設(shè)備已經(jīng)無(wú)能為力了。而實(shí)際上，不同應(yīng)用軟件的安全漏洞還不止于此。

控制網(wǎng)絡(luò)安全隱患分析

控制網(wǎng)絡(luò)的安全漏洞暴露了整個(gè)控制系統(tǒng)安全的脆弱性。由于網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、安全策略甚至硬件上存在的安全缺陷，從而使得攻擊者能夠在未授權(quán)的情況下訪問(wèn)和操控控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，形成了巨大的安全隱患?？刂凭W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性同樣符合“木桶原則”，其整體安全性不在于其最強(qiáng)處，而取決于系統(tǒng)最薄弱之處，即安全漏洞所決定。只要這個(gè)漏洞被發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)就有可能成為網(wǎng)絡(luò)攻擊的犧牲品。

安全漏洞對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)的隱患體現(xiàn)在惡意攻擊行為對(duì)系統(tǒng)的威脅。隨著越來(lái)越多的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)連接到互聯(lián)上，這種威脅就越來(lái)越大。目前互聯(lián)網(wǎng)上已有幾萬(wàn)個(gè)黑客站點(diǎn)，黑客技術(shù)不斷創(chuàng)新，基本的攻擊手法已達(dá)上千種。這些攻擊技術(shù)一旦被不法之徒掌握，將產(chǎn)生不良的后果。