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工业控制系统安全

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《工业控制系统安全指南》

NIST SP800-82

摘要 ................................................................................................................................................... 5

1. 简介 .............................................................................................................................................. 9

1.1 管理机构 ....................................................................................................................................... 9

1.2 目的和范围 ................................................................................................................................... 9

1.3 读者 ............................................................................................................................................. 10

1.4 文档结构 ..................................................................................................................................... 10

2. 工业控制系统概述 ..................................................................................................................... 11

2.1 SCADA，DCS，PLC 的概述 ................................................................................................... 12

2.2 ICS 的操作 .................................................................................................................................. 13

2.3 主要 ICS 元件 ............................................................................................................................ 15

2.3.1 控制元件 .............................................................................................................................. 15

2.3.2 网络组件 .............................................................................................................................. 16

2.4 SCADA 系统 .................................................................................................................................. 17

2.5 分布式控制系统（DCS） ........................................................................................................ 22

2.6 可编程逻辑控制器（PLC） ..................................................................................................... 24

2.7 工业部门和他们的相互依存性 ................................................................................................. 24

3. ICS 特性，威胁和脆弱性 ............................................................................................................. 25

3.1 ICS 和 IT 系统的比较 ................................................................................................................... 26

3.2 威胁 ............................................................................................................................................. 30

3.3 ICS 系统潜在的脆弱性 ............................................................................................................. 32

3.3.1 策略和程序方面的脆弱性 ................................................................................................. 33

3.3.2 平台方面的脆弱性 ............................................................................................................. 34

3.3.3 网络方面的脆弱性 ............................................................................................................ 40

3.4 风险因素 .................................................................................................................................... 44

3.4.1 标准的协议和技术 ............................................................................................................ 44

3.4.2 网络连接扩大 .................................................................................................................... 45

3.4.3 不安全和恶意的连接 ........................................................................................................ 46

3.4.4. 公开的信息 ...................................................................................................................... 46

3.5 安全事件举例 ............................................................................................................................. 47

3.6 安全事故来源 ............................................................................................................................ 48

3.7 收录的安全事件 ........................................................................................................................ 50

3.7.1 内部有目标攻击事件 ......................................................................................................... 50

3.7.2 无意特定目标的攻击事件 ................................................................................................. 51

3.7.3 内部无明确攻击目标的事件 ............................................................................................. 52

4.ICS 系统安全程序开发与部署 .................................................................................................... 53

4.1 业务影响分析 ............................................................................................................................. 53

4.1.1 收益 .................................................................................................................................... 54

4.1.2 潜在影响 ............................................................................................................................ 54

4.1.3 业务影响分析的关键组成部分 ........................................................................................ 55

4.1.4 业务影响分析的资源 ........................................................................................................ 56

4.1.5 向领导介绍商业案例 ........................................................................................................ 57

4.2 开发一套综合的安全程序文件 ................................................................................................ 57

4.2.1 高层管理者的支持 ............................................................................................................ 58

4.2.2 建立和训练一支跨职能的团队 ........................................................................................ 58

4.2.3 定义纲领和范围 ................................................................................................................ 59

4.2.4 定义 ICS 详细的安全策略和程序 .................................................................................... 59

4.2.5 定义 ICS 系统和网络资产清单目录 ................................................................................ 60

4.2.6 进行漏洞与风险评估 ........................................................................................................ 60

4.2.7 定义风险缓解控制措施 .................................................................................................... 62

4.2.8 提供培训机会，加强安全意识 ........................................................................................ 63

5.网络结构 ..................................................................................................................................... 63

5.1.防火墙 ........................................................................................................................................ 64

5.2 逻辑分割控制网络 ..................................................................................................................... 65

5.3.网络隔离 .................................................................................................................................... 66

5.3.1 双宿主机/两个网络接口卡 ............................................................................................... 66

5.3.2 办公网和控制网络之间的防火墙 .................................................................................... 66

5.3.3 办公网和控制网络之间的防火墙和路由器 .................................................................... 68

5.3.4 办公网和控制网络之间带 DMZ(隔离区)的防火墙 ......................................................... 69

5.3.5 办公网和控制网络之间成对的防火墙 ............................................................................ 71

5.3.6 网络隔离总述 .................................................................................................................... 72

5.4.深度防御架构 ............................................................................................................................ 73

5.5.ICS 普遍的防火墙策略 ............................................................................................................. 74

5.6.针对特定服务的防火墙规则 .................................................................................................... 76

5.6.1 域名系统 ............................................................................................................................ 77

5.6.2 超文本传输协议(HTTP) .................................................................................................... 77

5.6.3 FTP 和 TFTP ........................................................................................................................ 77

5.6.4 Telnet ................................................................................................................................ 78

5.6.5 简单邮件传输协议(SMTP) ................................................................................................ 78

5.6.6 简单网络管理协议(SNMP) ................................................................................................ 78

5.6.7 分布式对象组件模型(DCOM) ............................................................................................. 78

5.6.8 SCADA 和工业协议 ............................................................................................................. 79

5.7.网络地址转换(NAT) .................................................................................................................. 79

5.8 ICS 和防火墙的一些具体问题 ................................................................................................. 80

5.8.1 海量数据记录系统 ............................................................................................................ 80

5.8.2 远程登录 ............................................................................................................................ 80

5.8.3 组播 .................................................................................................................................... 81

5.9 单点失败 .................................................................................................................................... 82

5.10 冗余和容错 .............................................................................................................................. 82

5.11 预防中间人攻击 ...................................................................................................................... 82

6.ICS 安全控制 ............................................................................................................................... 84

6.1 管理控制 .................................................................................................................................... 85

6.1.1 安全评估和授权 ................................................................................................................ 85

6.1.2 计划 .................................................................................................................................... 86

6.1.4 系统和服务获取 ................................................................................................................ 88

6.1.5 程序管理 ............................................................................................................................ 88

6.2 操作控制 .................................................................................................................................... 88

6.2.1 人员安全 ............................................................................................................................ 89

6.2.2 物理及环境的保护 ............................................................................................................ 90

6.2.3 应急预案 ............................................................................................................................. 92

6.2.3.1 业务持续预案................................................................................................................................ 93

6.2.3.2 灾害恢复计划................................................................................................................................ 94

6.2.4 参数管理 ............................................................................................................................... 95

6.2.5 维护....................................................................................................................................... 95

6.2.6 系统和信息保存 ................................................................................................................... 96

6.2.6.1 恶意代码攻击................................................................................................................................ 96

6.2.6.2 入侵检测和防护 ............................................................................................................................ 97

6.2.6.3 补丁管理 ....................................................................................................................................... 98

6.2.7 介质保护 ............................................................................................................................... 99

6.2.8 事件响应 ............................................................................................................................. 100

6.2.9 意识和培训 ......................................................................................................................... 102

6.3 技术控制 .................................................................................................................................... 102

6.3.1 识别和授权 ......................................................................................................................... 103

6.3.1.1 密码授权 ..................................................................................................................................... 104

6.3.1.2 挑战-应答鉴定 ............................................................................................................................ 106

6.3.1.3 物理标志授权.............................................................................................................................. 106

6.3.1.4 生物授权 ..................................................................................................................................... 107

6.3.2 访问控制 ............................................................................................................................. 108

6.3.2.1 基于角色的访问控制(RBAC) ....................................................................................................... 109

6.3.2.2WEB 服务器 .................................................................................................................................. 109

6.3.2.3 虚拟本地局域网络(VLAN)........................................................................................................... 109

6.3.2.4 拨号调制解调器 .......................................................................................................................... 110

6.3.2.5 无线 ............................................................................................................................................. 111

6.3.3 审计..................................................................................................................................... 113

6.3.4 系统和交流保护 ................................................................................................................. 114

6.3.4.1 加密 ............................................................................................................................................. 114

6.3.4.2 虚拟专用网络 (VPN) .................................................................................................................. 116

摘要

此文件提供建立安全的工业控制系统（ICS）的指导。这些 ICS 包括监控和

数据采集（SCADA）系统，分布式控制系统（DCS），和其他控制系统，如在工业

部门和关键基础设施中经常可以看到的撬装式的可编程逻辑控制器（PLC）。 ICS

通常用于诸如电力、水和污水处理、石油和天然气、化工、交通运输、制药、纸

浆和造纸、食品和饮料以及离散制造（如汽车、航空航天和耐用品）等行业。这

些控制系统是美国关键基础设施运作的关键，通常是高度相互关联和相互依存的

系统。要注意的是大约有 90％的国家关键基础设施是私人拥有和经营的。联邦

机构也经营了上面提到的许多工业流程；其他例子包括空中交通管制和材料处理

（例如，邮政邮件处理）。本文提供了对这些 ICS 及典型系统技术的概述，识别

对这些系统的典型威胁和脆弱性，并提供安全对策建议，以减轻相关风险。

最初，ICS 与传统的信息技术（IT）系统几乎没有一点相似，因为 ICS 是孤

立的系统，使用专门的硬件和软件来运行专有的控制协议。而现在广泛使用的、

低成本的互联网协议（IP）设备正在取代专有的解决方案，从而增加了网络安全

漏洞和事故的可能性。由于 ICS 采用 IT 解决方案以提升企业业务系统的连接和

远程访问能力，并被设计为可使用工业标准的计算机、操作系统（OS）和网络协

议，它们已经开始类似于 IT 系统了。这种集成支持新的 IT 能力，但它为 ICS

提供的与外界的隔离明显比原先的系统少多了，这就产生了更多的安全保护需求。

虽然在典型的 IT 系统中已经设计了安全解决方案来处理这些安全问题，但是在

将这些相同的解决方案引入 ICS 环境时，必须采取特殊的预防措施。在某些情况

下，需要为 ICS 环境量身定制的新的安全解决方案。

虽然有些特征是相似的，ICS 还有与传统的信息处理系统不同的特点。这些

差异来自于在 ICS 中的逻辑执行会直接影响物理世界这一事实。这些特征包括对

人类的健康和生命安全的重大风险，对环境的严重破坏，以及严重的财务问题如

生产损失，对一个国家的经济产生负面影响，妥协的所有权信息。 ICS 具有独

特的性能和可靠性要求，并经常使用的操作系统和应用程序可能对典型的 IT 人

员而言被认为是标新立异的。此外，有时安全和效率的目标会与在控制系统的设

计和操作中的安全性相冲突。

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