工业控制系统的信息安全问题及解决方案分析

要使用IEEE802.1x认证客户。

(3)审计与核查

工业控制系统需要进行周期性的审计，验证内容包括：测试阶段的安全控制措施在生产系统中仍安装使用;生产系统不受安全破坏，如果受到安全破坏则提供攻击的信息;改动项目需要为所有的变动建立审查和批准的记录。

周期性的审计结果用一定的度量表示，用于显示安全性能和安全趋势。审计需要使用特定工具进行记录维护，需要工业控制系统中的组件支持。审计有利于维护工业控制系统在系统生命周期内的完整性。工业控制系统需要为审计工具提供可靠的同步时间戳。工业控制系统应用中维护的日志可以存储于多个地点，加密或不加密都是可以的。

(4)系统与通信保护

系统与通信的保护可以通过网络防护措施，如防火墙和入侵检测系统等，以及数据加密，如VPN等实现。网络防火墙控制不同安全等级的网络区域间的数据流量。NIST SP 800-41为防火墙的选择和防火墙策略提供了指导。在工业控制系统环境下，需要在控制网和企业网之间部署防火墙。防火墙包含的特征功能包括：事件记录，入侵检测系统，基于非军事区的路由，访问列表等。

当系统被嗅探或攻击时，入侵检测系统发出警报。入侵检测系统通过在网络的各个关键点收集信息，分析数据包内容发现恶意流量，并发出警报、废弃无效数据、记录事件和活动并触发其他安全响应。对于多种工业控制系统中的应用协议所受到的攻击，如DNP和lCCP，入侵检测系统也会增加相应的攻击特征。

基于IPSec的VPN可以为网络边界的通信提供安全隧道，通常在相应的防火墙上执行。IPsec可以保证完整性、认证和数据保密性。在隧道入口处，IP包外增加额外的数据包头，路由器使用新的包头信息转发数据，到达隧道出口时，将原始IP包提取出来。在用户认证过程中，IPSec通常使用私钥和RSA签名。在消息认证和完整性保护时，使用MD5或SHA哈希函数。在数据加密时，使用AES或3DES.IPSec还使用Diffie-Hellman作为对称密钥推导。IPSec设备使用IKE协议认证其他设备、协商和分配对称加密密钥以及建立IPSec安全连接。

控制系统的安全管理包括检测、分析、提供安全和事件响应。具体内容包括动态调整安全要求，安全漏洞的优先级排序，以及安全要求到安全管理的映射：认证和授权服务器，安全密钥，流量过滤，IDS，登录等。SNMP用于管理IP网络资源，如路由，防火墙和服务器等。SNMP也可用于提供控制系统网络的集中管理。SNMPv3包括的安全特性有消息完整性，认证和加密。SNMPv3使用MD5和SHA哈希算法和DES以及AES加密算法。

(5)其他措施

为了保证网络操作的可靠性，工业控制系统需要设置冗余拓扑和功能。工业控制系统中大多使用以太网和IP网络作为通信协议。以太网层的冗余可以通过在局域网内使用RSTP协议中的网格拓扑而实现。IP层的冗余通过路由间的备份链接，如OSPF动态路由协议，和IP网络冗余接人，如VRRP协议等。MPLS可以为IP网络中的虚拟任意协议数据提供可靠的数据传输。隧道如L2TP协议等也可以为IP网络中的数据提供可靠传输。

在控制系统中的时钟和网络设备需要精确同步，事件日志记录时也需要记录下准确的时间。NTP协议和IEEEl588协议可以用于时间同步。NTP协议在因特网中广泛使用，IEEEl588协议则主要满足控制系统对于时钟同步的要求。这两种协议均可由独立设备提供服务，或者有其他网络设备的组件提供服务。

2.2协议安全性

工业通讯协议，如MODBUS协议等，协议设计时未采取安全措施。然而随着控制系统与外部网络的连接增多，需要增加通信双方的认证过程。协议的安全性可以通过两种方式提高，一是直接修改协议，增加认证功能;二是在不修改现有协议的基础上，增加信息安全层。

文献设计了一种认证型Modbus协议，该协议通过对消息使用加密函数和哈希链，增强Modbus协议的认证功能，从而使攻击者无法伪装成主机。同时利用一个压缩函数，减少数据存储大小。这种方式可以增加协议对于通信双方的认证过程，但同时也会增加通讯负担，即每次通话传输的消息都需要经过加密认证，不一定能满足控制系统对于实时性的要求。因此在设计时需要同时考虑计算效率与计算消耗。

文献借鉴功能安全的概念，提出了一种在通信系统之上增加信息安全模块的方法。控制系统的功能安全在传输系统的基础上增加功能安全层，无需改变底层传输系统，即可实现系统的故障安全。类似地，文献设计一种信息安全模块，用于保护端到端通信的认证、完整性和保密性。所谓的安全模块不是指简单的物理模块，而是与PROFINET IO中的设备模型相对应，是一个软件实现。如图2所示，安全模块从应用层中获取过