石化工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)安全分析與防護

對于控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由于安全漏洞可能帶來的直接安全隱患有以下幾種。

1、入侵

系統(tǒng)被入侵是系統(tǒng)常見的一種安全隱患。黑客侵入計算機和網(wǎng)絡(luò)可以非法使用計算機和網(wǎng)絡(luò)資源，甚至是完全掌控計算機和網(wǎng)絡(luò)。

控制網(wǎng)絡(luò)的計算機終端和網(wǎng)絡(luò)往往可以控制諸如大型化工裝置、公用工程設(shè)備，甚至核電站安全系統(tǒng)等大型工程化設(shè)備。黑客一旦控制該系統(tǒng)，對系統(tǒng)造成一些參數(shù)的修改，就可能導(dǎo)致生產(chǎn)運行的癱瘓，就意味著可能利用被感染的控制中心系統(tǒng)破壞生產(chǎn)過程、切斷整個城市的供電系統(tǒng)、惡意污染飲用水甚至是破壞核電站的正常運行。隨著近些年來越來越多的控制網(wǎng)絡(luò)接入到互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中，這種可能就越來越大。

2、拒絕服務(wù)攻擊

受到拒絕服務(wù)攻擊是一種危害很大的安全隱患。常見的流量型攻擊如Ping Flooding、UDP Flooding等，以及常見的連接型攻擊如SYN Flooding、ACK Flooding等，通過消耗系統(tǒng)的資源，如網(wǎng)絡(luò)帶寬、連接數(shù)、CPU處理能力等使得正常的服務(wù)功能無法進(jìn)行。拒絕服務(wù)攻擊難以防范的原因是它的攻擊對象非常普遍，從服務(wù)器到各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如路由器、交換機、防火墻等都可以被拒絕服務(wù)攻擊。

控制網(wǎng)絡(luò)一旦遭受嚴(yán)重的拒絕服務(wù)攻擊就會導(dǎo)致操作站的服務(wù)癱瘓，與控制系統(tǒng)的通信完全中斷等?？梢韵胂?，受到拒絕服務(wù)攻擊后的控制網(wǎng)絡(luò)可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中所有操作站和監(jiān)控終端無法進(jìn)行實時監(jiān)控，其后果是非常嚴(yán)重的。而傳統(tǒng)的安全技術(shù)對拒絕服務(wù)攻擊幾乎不可避免，缺乏有效的手段來解決。

3、病毒與惡意代碼

病毒的泛濫是大家有目共睹的。全球范圍內(nèi)，每年都會發(fā)生數(shù)次大規(guī)模的病毒爆發(fā)。目前全球已發(fā)現(xiàn)數(shù)萬種病毒，并且還在以每天數(shù)十余種的速度增長。除了傳統(tǒng)意義上的具有自我復(fù)制能力但必須寄生在其它實用程序中的病毒外，各種新型的惡意代碼也層出不窮，如陷阱門、邏輯炸彈、特洛伊木馬、蠕蟲、Zombie等。新型的惡意代碼具有更強的傳播能力和破壞性。例如蠕蟲，從廣義定義來說也是一種病毒，但和傳統(tǒng)病毒相比最大不同在于自我復(fù)制過程。傳統(tǒng)病毒的自我復(fù)制過程需要人工干預(yù)，無論運行感染病毒的實用程序，或者是打開包含宏病毒的郵件等，沒有人工干預(yù)病毒無法自我完成復(fù)制、傳播。但蠕蟲卻可以自我獨立完成以下過程：

1. 查找遠(yuǎn)程系統(tǒng)：能夠通過檢索已被攻陷的系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)鄰居列表或其它遠(yuǎn)程系統(tǒng)地址列表找出下一個攻擊對象。

2. 建立連接：能夠通過端口掃描等操作過程自動和被攻擊對象建立連接，如Telnet連接等。

3. 實施攻擊：能夠自動將自身通過已經(jīng)建立的連接復(fù)制到被攻擊的遠(yuǎn)程系統(tǒng)，并運行它。

一旦計算機和網(wǎng)絡(luò)染上了惡意代碼，安全問題就不可避免。

常規(guī)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)

石化企業(yè)隨著信息系統(tǒng)的不斷發(fā)展，大量IT技術(shù)被引入，同時也包括各種IT網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。目前以MES為代表的信息系統(tǒng)在實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)接入信息網(wǎng)絡(luò)時，也基本都考慮了對控制網(wǎng)絡(luò)的安全防護。但目前對控制網(wǎng)絡(luò)的防護，大部分采用的是常規(guī)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，主要包括防火墻、IDS、VPN、防病毒等。這些技術(shù)主要面向商用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

在企業(yè)的信息化系統(tǒng)中，由辦公網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)組成的信息網(wǎng)絡(luò)與商用網(wǎng)絡(luò)的運維特點比較相似，因此采用常規(guī)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)是適合的。而控制網(wǎng)絡(luò)特點則有很大不同。

控制網(wǎng)絡(luò)是控制系統(tǒng)如DCS各部件協(xié)同工作的通信網(wǎng)絡(luò)。控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)對生產(chǎn)裝置的連續(xù)不間斷地生產(chǎn)控制，因此控制網(wǎng)絡(luò)同樣具有連續(xù)不可間斷的高可靠性要求。另一方面，控制網(wǎng)絡(luò)也是操作人員對控制系統(tǒng)實時下發(fā)控制指令的重要途徑，所以控制網(wǎng)絡(luò)又具有不可延遲的高實時性要求。

在商用網(wǎng)絡(luò)里可以存在病毒，幾乎每天都有新的補丁出現(xiàn)，計算機可能會死機、暫停，而這些如果發(fā)生在控制網(wǎng)絡(luò)里幾乎是不可想象的。為了保證生產(chǎn)安全，在極端情況下，即便將控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)斷開，停止與信息網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)也要保證控制系統(tǒng)的安全。因此，過程生產(chǎn)的連續(xù)不可間斷的高可靠性要求控制網(wǎng)絡(luò)具備更高的安全性。

另外，從數(shù)據(jù)安全角度來看，商用網(wǎng)絡(luò)往往對數(shù)據(jù)的私密性要求很高，要防止信息的泄露，而控制網(wǎng)絡(luò)強調(diào)的是數(shù)據(jù)的可靠性。另外，商用網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用數(shù)據(jù)類型極其復(fù)雜，傳輸?shù)耐ㄐ艠?biāo)準(zhǔn)多樣化，如HTTP、SMTP、FTP、SOAP等；而控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用數(shù)據(jù)類型相對單一，以過程數(shù)據(jù)為主，傳輸?shù)耐ㄐ艠?biāo)準(zhǔn)以工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)為主，如OPC、Modbus等。

通過比較商用網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)的差異可以發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的IT網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)都不是專門針對控制網(wǎng)絡(luò)需求設(shè)計的，用在控制網(wǎng)絡(luò)上就會存在很多局限性。

比如防火墻產(chǎn)品，目前基本是以包過濾技術(shù)為基礎(chǔ)的，它最大的局限性在于不能保證準(zhǔn)許放行的數(shù)據(jù)的安全性。防火墻通過拒絕放行并丟棄數(shù)據(jù)包來實現(xiàn)自己的安全機制。但防火墻無法保證準(zhǔn)許放行數(shù)據(jù)的安全性。從實際應(yīng)用來看，防火墻較為明顯的局限性包括以下幾方面：

1）、防火墻不能阻止感染病毒的程序和文件的傳輸。就是防火墻只能做網(wǎng)絡(luò)四層以下的控制，對于應(yīng)用層內(nèi)的病毒、蠕蟲都沒有辦法。

2）、防火墻不能防范全新的威脅，更不能防止可接觸的人為或自然的破壞。

3）、防火墻不能防止由自身安全漏洞引起的威脅。

4）、防火墻對用戶不完全透明，非專業(yè)用戶難于管理和配置，易造成安全漏洞。

5）、防火墻很難為用戶在防火墻內(nèi)外提供一致的安全策略，不能防止利用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的缺陷進(jìn)行的攻擊，也不能防止利用服務(wù)器系統(tǒng)漏洞所進(jìn)行的攻擊。

6）、由于防火墻設(shè)置在內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)通信的信道上，并執(zhí)行規(guī)定的安全策略，所以防火墻在提供安全防護的同時，也變成了網(wǎng)絡(luò)通信的瓶頸，增加了網(wǎng)絡(luò)傳輸延時，如果防火墻出現(xiàn)問題，那么內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)就會受到嚴(yán)重威脅。

7）、防火墻僅提供粗粒度的訪問控制能力。它不能防止數(shù)據(jù)驅(qū)動式的攻擊。

另一方面，防火墻由于其自身機理的原因，還存在很多先天不足，主要包括：

1）、由于防火墻本身是基于TCP/IP協(xié)議體系實現(xiàn)的，所以它無法解決TCP/IP協(xié)議體系中存在的漏洞。

2）、防火墻只是一個策略執(zhí)行機構(gòu)，它并不區(qū)分所執(zhí)行政策的對錯，更無法判別出一條合法政策是否真是管理員的本意。從這點上看，防火墻一旦被攻擊者控制，由它保護的整個網(wǎng)絡(luò)就無安全可言了。

3）、防火墻無法從流量上判別哪些是正常的，哪些是異常的，因此容易受到流量攻擊。

4）、防火墻的安全性與其速度和多功能成反比。防火墻的安全性要求越高，需要對數(shù)據(jù)包檢查的項目（即防火墻的功能）就越多越細(xì)，對CPU和內(nèi)存的消耗也就越大，從而導(dǎo)致防火墻的性能下降，處理速度減慢。

5）、防火墻準(zhǔn)許某項服務(wù)，卻不能保證該服務(wù)的安全性，它需要由應(yīng)用安全來解決。

防火墻正是由于這些缺陷與不足，導(dǎo)致目前被攻破的幾率已經(jīng)接近50%。雖然目前最流行的安全架構(gòu)是以防火墻為核心的安全體系架構(gòu)。通過防火墻來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的安全保障體系。然而，以防火墻為核心的安全防御體系未能有效地防止目前頻頻發(fā)生網(wǎng)絡(luò)攻擊。僅有防火墻的安全架構(gòu)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

其它安全技術(shù)如IDS、VPN、防病毒產(chǎn)品等與產(chǎn)品與防火墻一樣，也都有很強的針對性，只能管轄屬于自己管轄的事情，出了這個邊界就不再能發(fā)揮作用。IDS作為可審查性產(chǎn)品最大的局限性是漏報和誤報嚴(yán)重，幾乎不是一個可以依賴的安全工具，而是一個參考工具。漏報等于沒有報，誤報則是報錯了，這兩個特點幾乎破壞了入侵檢測的可用性。VPN作為一種加密類技術(shù)，不管哪種VPN技術(shù)，在設(shè)計之初都是為了保證傳輸安全問題而設(shè)計的，而沒有動態(tài)、實時的檢測接入的VPN主機的安全性，同時對其作“準(zhǔn)入控制”。這樣有可能因為一個VPN主機的不安全，導(dǎo)致其整個網(wǎng)絡(luò)不安全。防病毒產(chǎn)品也有局限性，主要是對新病毒的處理總是滯后的，這導(dǎo)致每年都會大規(guī)模地爆發(fā)病毒，特別是新病毒。

網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)及防護產(chǎn)品

1、網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)

在防火墻的發(fā)展過程中，人們最終意識到防火墻在安全方面的局限性。高性能、高安全性、易用性方面的矛盾沒有很好地解決。防火墻體系架構(gòu)在高安全性方面的缺陷，驅(qū)使人們追求更高安全性的解決方案，人們期望更安全的技術(shù)手段，網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)應(yīng)運而生。

網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)是安全市場上的一個分支。在經(jīng)過漫長的市場概念澄清和技術(shù)演變進(jìn)步之后，市場最終接受了網(wǎng)絡(luò)隔離具有最高的安全性。目前存在的安全問題，對網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)而言在理論上都不存在。這就是各國政府和軍方都大力推行網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)的主要原因。