1　引言

众所周知，工业控制系统信息安全问题涉及石油、化工、电力、核设施、交通、冶金、水处理、生产制造等行业，直接关系到国家关键基础设施和国民经济。由于工业控制系统安全事故频发并呈逐年上升趋势，工业控制系统信息安全的严峻形势引起了国内外的高度关注。

工业控制系统信息安全，是资产拥有者（有时也称组织机构，即用户）、工程公司、设计院、施工单位、工业控制系统产品制造商、工业控制系统集成商、相关职能部门等共同关心的话题。

那么，在这些单位和部门之间，如何做好工业控制系统信息安全工作？在组织机构内，自动化专业组、IT专业组、HSE专业组和生产运营组等如何协作？做好工业控制系统信息安全，需要了解哪些标准规范、掌握哪些专业理论知识和具备哪些专业实务？鉴于这些问题，本文将分析目前工业控制系统信息安全现状，阐述工业控制系统信息安全重要性，并详细介绍工业控制系统信息安全系统学习。笔者期待与各位专业同行探讨，共同推进工业控制系统信息安全的全面建设。

2　工业控制系统信息系统安全发展现状及其重要性

2.1　工业控制系统信息安全发展现状

信息化与工业化的融合，智能制造，已成为我国工业制造业发展趋势。这种趋势给我们的工业控制系统提出更高的要求，同时也带来前所未有的信息安全挑战。在工业化、信息化、智能化发展过程中，现有工控系统的软硬件、通信协议，以及管理环节往往都存在信息安全隐患风险。近年来，工控系统信息安全事件逐年增加，严重影响国家和地区的重要基础设施安全，造成的损失和危害越来越严重，安全形势刻不容缓。

目前，我国工业控制系统信息安全现状主要表现为以下几方面：

（1）工业控制系统信息安全意识有待提高。通过分析，许多工控安全事件与企业或员工信息安全意识不强密不可分。养成良好的工业控制系统信息安全意识，员工可以有效避免误操作，主动发现和及时处理漏洞；企业可以加强信息安全管理，直至定期对企业员工进行信息安全事故演练，模拟在面对工控安全突发事件时的应急响应。

（2）工业控制系统信息安全要求和标准有待熟悉。国家相关部门针对工业控制系统信息安全发出通知，相关单位组织专家建立了相应的国标和行业标准，国际标准组织也制定和发布了一些标准和规范。我们需要对这些通知要求和标准尽快熟悉，才能在工作中进行运用。

（3）工业控制系统信息安全新知识有待学习。工控系统信息安全作为新的领域，必然会有一些新的专业知识和理论需要我们不断学习和探索。工业用户、工程公司、设计院、施工单位、工业控制系统产品制造商、工业控制系统集成商、相关职能部门等都需要及时补上这个短板。

2.2　工业控制系统信息安全重要性

工业控制系统信息安全直接影响工业控制系统用户的人员安全、生产和效益，间接关系到工业企业的名誉、社会责任和发展战略。因此，工业控制系统信息安全是工业企业的健康、安全和环境（HSE）管理体系的基本组成部分。

工业控制系统信息安全关系到国家的信息安全、环境保护、经济建设和战略部署。因此，工业控制系统信息安全已经上升至国家层面，是国家网络安全的重要组成部分。

工业控制系统信息安全是现代工业发展的必然要求。两化融合和智能制造，必然对工控系统信息保护提出越来越高的要求。因此，工业控制系统信息安全，是现代工业发展不可或缺的部分。

3　工业控制系统信息安全系统学习

根据目前出版的《工业控制系统信息安全》一书和目前发表的相关专业技术论文来看，工业控制系统信息安全系统学习应包括工业控制系统信息安全概念和标准体系、工业控制系统架构和漏洞分析、工业控制系统信息安全技术与方案部署、工业控制系统信息安全风险评估、工业控制系统信息安全生命周期、工业控制系统信息安全管理体系、工业控制系统信息安全项目工程、工业控制系统信息安全产品认证、工业控制系统入侵检测与入侵防护、工业控制系统补丁管理、工业控制系统信息安全应用实例和未来展望。

3.1　工业控制系统信息安全简介

做好工业控制系统信息安全，需要了解其现状、威胁与趋势，知道工业控制系统信息安全定义与要求，还需熟悉相关国内外规范要求。

3.1.1　工业控制系统信息安全现状、威胁与趋势

工业控制系统信息安全现状，前面已介绍，在此不进行阐述。工业控制系统信息安全的威胁主要来自敌对因素、偶然因素、系统结构因素和环境因素。工业控制系统信息安全趋势主要有三个：分布式全行业覆盖趋势、经济越发达安全事件越多趋势和日益增多趋势。

3.1.2　工业控制系统信息安全定义与要求

在IEC 62443中对工业信息安全的定义是：（1）保护系统所采取的措施；（2）由建立和维护保护系统的措施所得到的系统状态；（3）能够免于对系统资源的非授权访问和非授权或意外的变更、破坏或者损失；（4）基于计算机系统的能力，能够保证非授权人员和系统既无法修改软件及其数据又无法访问系统功能，却保证授权人员和系统不被阻止；（5）防止对工业控制系统的非法或有害入侵，或者干扰其正确和计划的操作。

工业控制系统信息安全的三个基本要求依次为：可用性、完整性和保密性。同时我们应该看到，工业控制系统信息安全与信息技术系统安全比较，两者有明显的不同。

3.1.3　工业控制系统信息安全要求和标准体系国务院、工业和信息化部、国家发改委、电力行业等已发布有关工业控制系统信息安全管理的通知、要求和文件。

IEC 62443《工业过程测量、控制和自动化网络与系统信息安全》、IEC62351《电力系统管理与相关信息交互数据和通信信息安全》、IEC62278《轨道交通可靠性、可用性、可维修性和安全性规范及示例》、ISO/IEC 27000《信息安全管理系统》等国际标准体系已建立或逐步建立。

GB/T 30976.1-2014《工控系统信息安全 第1部分：评估规范》、GB/T 30976.2-2014《工控系统信息安全 第2部分：验收规范》、GB/Z 25320《电力系统管理及其信息交换数据和通信安全》系列、GB/T13284.1-2008《核电厂安全系统 第1部分 设计准则》、GB/T 13629-2008《核电厂安全系统中数字计算机的适用准则》、JB/T 11960-2014《工业过程测量和控制安全网络和系统安全》（IEC/TR62443-3：2008）、JB/T 11961-2014《工业通信网络 网络和系统安全术语、概念和模型》（IEC/TS62443-1-1：2009）、JB/T11962-2014 《工业通信网络 网络和系统安全 工业自动化和控制系统信息安全技术》（IEC/TR62443-3-1：2009）、HAD102-16《核电厂基于计算机的安全重要系统软件》等国内标准体系已经建立。

这些有关工业控制系统信息安全的通知、要求、文件、国际标准、国内标准和行业标准，给我们的工业控制系统信息安全工作提供明确的指导。同时，使得工业控制系统信息安全工作开展有章可循。

3.2　工业控制系统架构与漏洞分析

做好工业控制系统信息安全，要了解工业控制系统架构，要分析工业控制系统漏洞。

（1）工业控制系统架构

按照ANSI/ISA-95.00.01企业分层模型，可绘制企业典型分层架构图，如图1所示。典型的企业生产或制造系统包括现场设备层、现场控制层、过程监控层、制造执行系统（MES）层、企业管理层和外部网络。由图1可以看出，以制造执行系统（MES）层分界，向上为通用IT领域，向下为工业控制系统领域。

 （2） 工业控制系统漏洞分析

分析工业控制系统漏洞，要详细了解工业控制系统技术演变，详细比较工业控制系统与通用信息系统，挖掘工业控制系统信息安全问题根源，直至详细分析出工业控制系统漏洞。

图1 企业典型分层架构图

3.3　工业控制系统信息安全技术与方案部署

做好工业控制系统信息安全，要全面理解工业控制系统信息安全技术，要掌握工业控制系统信息安全方案部署。

（1）工业控制系统信息安全技术简介

目前，工业控制系统信息安全技术有五大类，包括鉴别与授权技术类；过滤、阻止、访问控制技术类；编码技术与数据确认技术类；管理、审计、测量、监控和检测技术类；物理安全控制技术类。

工业控制系统信息安全技术每个类别又包含多种技术，具体分类如图2所示。

（2）工业控制系统信息安全方案部署（即网络隔离）

图2 工业控制系统信息安全技术分类图

公司管理网络与工业控制系统网络之间，通过采用不同的架构进行网络隔离，加强网络信息安全。

工业控制系统信息安全方案部署，有时也称为网络隔离，通常包括双宿主计算机、防火墙位于公司网与控制网间、防火墙与路由器位于公司网与控制网间、防火墙带DMZ位于公司网与控制网间、双防火墙位于公司网与控制网间等五种架构。我们应仔细分析各种架构优缺点，从而找出适用于工业控制系统的安全架构。

3.4　工业控制系统信息安全风险评估

做好工业控制系统信息安全，要对工业控制系统进行识别，要理解区域和管道两个概念，要掌握信息安全等级，要熟悉风险评估过程，要学会相应的评估方法。

（1）系统识别。工业企业应考虑工业控制系统信息安全的范围、边界、设备和所有控制系统的访问点。

（2）区域与管道定义。理解区域和管道的定义，以便工业控制系统各个子系统进行分段管理，并找出相应的模板。

（3）信息安全等级（SL）。根据信息安全控制实用规则（ISO27002）的管理要求和过程自动化用户协会（WIB）的推荐要求，通过管理评估，将管理等级划分为三级，分别为ML1、ML2和ML3，由低到高分别对应低级、中级和高级。基于IEC62443-3-3技术要求，通过系统能力（技术）评估，将系统能力等级分为四级，由小到大分别对应系统能力等级的CL1、CL2、CL3和CL4。根据管理评估和系统能力评估的结果，可以得到工业控制系统的评估结果，即信息安全等级，其等级划分为四级，由低到高分别对应为SL1、SL2、SL3和SL4，如表1所示。

表1 信息安全等级表

（4）风险评估过程。详细的风险评估流程包括四步：准备评估、开展评估、沟通结果、维护评估。

（5）风险评估方法。风险评估方法主要有定性和定量风险评估方法、基于场景和资产风险评估方法、详细风险评估方法、高层次风险评估方法。每种风险评估方法有不同的要求和不同的使用场合，因此，确定某种风险评估方法一般需要进行筛选、选择、验证和确定等四个步骤。

3.5　工业控制系统信息安全生命周期

做好工业控制系统信息安全，要理解工业控制系统生命周期，要熟悉工业控制系统信息安全程序成熟周期，要学会分析工业控制系统信息安全等级生命周期。

（1）工业控制系统生命周期

工业控制系统通用生命周期通常包括策划阶段、采购阶段、实施阶段、运行阶段和报废阶段，其通用生命周期如图3所示。

图3 通用生命周期示意图

（2）工业控制系统安全生命周期

工业控制系统安全生命周期通常用图4所示的安全周期V模型图来表述。

图4 工业控制系统安全生命周期 V模型图

（3）工业控制系统信息安全程序成熟周期

一般地，工业控制系统信息安全程序成熟生命周期由多个阶段组成，而每个阶段又可以由一步或几步组成，具体阶段与步骤如图5所示。

图5 工业控制系统信息安全成熟周期图

（4）工业控制系统信息安全等级生命周期

工业控制系统信息安全等级生命周期包括评估阶段生命周期、开发与实施阶段生命周期和维护阶段生命周期。工业控制系统信息安全等级生命周期如图6所示。

图6 工业控制系统信息安全等级生命周期图

3.6　工业控制系统信息安全管理体系

做好工业控制系统信息安全，要掌握（PDCA）模型，建立工业控制系统信息安全管理体系。

（1）工业控制系统信息安全管理体系模型

目前，国际上普遍采用“规划（Plan）-实施（Do）-检查（Check）-处置（Act）”（PDCA）模型来建立工业控制系统信息安全管理体系过程，其模型图如图7所示。

（2）工业控制系统信息安全管理体系内容

工业控制系统信息安全管理体系通常包括的内容有安全方针、组织与合作团队、资产管理、人力资源安全、物理与环境管理、通信与操作管理、访问控制、信息获取与开发维护、信息安全事件管理、业务连续性管理及符合性。

每个工业控制系统的组织机构可以根据自身的实际情况，合理地选择这些内容，建立一套全面而有效的工业控制系统信息安全管理体系。

3.7　工业控制系统信息安全项目工程

做好工业控制系统信息安全，要理解和熟练工业控制系统信息安全项目工程流程。

（1）工业项目工程。工业项目工程一般包括规划阶段、工程设计阶段、施工阶段和调试运行阶段。

（2）工业控制系统信息安全项目工程。尽管我们不能把信息安全当做一个有开始和结束日期的项目来处理，但是新建的工业项目包括工业控制系统部分。因此，我们需要按照新建工业项目的要求和流程，做好新建工业控制系统信息安全建设。

一个典型的工业控制系统信息安全通常包括规划与初步设计阶段、详细设计阶段、施工调试阶段、运行维护阶段和升级优化阶段，其典型项目阶段示意图如图8所示。

图8 典型工业控制系统信息安全项目阶段示意图

3.8　工业控制系统信息安全产品认证

做好工业控制系统信息安全，要了解产品认证的机构，了解产品认证的流程，了解产品认证的趋势。

（1）产品认证机构

目前工业控制系统信息安全领域已推出且得到业界普遍认可的信息安全认证国外机构有ISA安全符合性研究院（ISCI）、Exida LLC、Wurldtech、JAB、Codenomicon、全球工业网络安全专业认证（GlobalIndustrial Cyber Security Professional，GICSP）等。

目前国内产品认证机构有公安部第三研究所公安部信息安全产品检验中心、中国信息安全测评中心、中国信息安全认证中心等。

（2）产品认证

目前，工业控制系统信息安全产品认证有工业防火墙认证、嵌入式设备安全保障（EDSA）认证、安全开发生命周期保障（SDLA）认证、系统安全保障（SSA）认证等。

（3）产品认证趋势

从工业控制系统市场发展和市场出现来自不同认证机构的产品认证来看，工业控制系统信息安全产品认证正逐步走向准入机制和产品认证级别大趋势。

3.9　工业控制系统入侵检测与防护

做好工业控制系统信息安全，需要具备一定的工业控制系统入侵检测与防护的基本知识。

（1）入侵检测系统（IDS）

工业控制系统入侵检测，需要理解入侵检测系统的定义、入侵检测系统的功能、入侵检测系统的分类、入侵检测系统的不足、入侵检测系统的体系结构、入侵检测系统的部署等。

（2）入侵防护系统（IPS）

工业控制系统入侵防护，需要理解入侵防护系统的定义、入侵防护系统的分类、入侵防护系统的原理、入侵防护系统的关键技术等。

3.10　工业控制系统补丁管理

做好工业控制系统信息安全，要理解补丁基本知识，了解工业控制系统补丁基本知识，建立工业控制系统补丁管理。

（1）补丁基本知识。补丁基本知识包括补丁定义、补丁分类、补丁作用等。

（2）工业控制系统补丁基本知识。工业控制系统补丁基本知识包括工业控制系统补丁定义、工业控制系统补丁问题、工业控制系统补丁与IT系统补丁比较等。

（3）工业控制系统补丁管理系统设计。工业控制系统补丁管理系统设计包括工业控制系统补丁管理系统
架构、工业控制系统补丁管理系统要求、工业控制系统补丁管理特性、工业控制系统补丁管理范围和任务等。

（4）工业控制系统补丁管理程序。基于微软推荐的IT系统补丁管理运作程序，同时结合工业控制系统的特性、用户生产的要求及对环境的要求，工业控制系统补丁管理流程如图9所示，其补丁管理流程分为评估、测试、部署、核实与报告、设备数据管理五个阶段。

图9工业控制系统补丁管理流程图

（5）工业控制系统补丁管理实施。工业控制系统补丁管理实施要注意变更管理、停机时间安排、新设备增加、安全加固等。

3.11　工业控制系统信息安全应用实例

工业控制系统信息安全应用实例，常见的有工厂信息管理系统（PIMS）、远程访问系统（RAS）等。

（1）工厂信息管理系统（PIMS）

工厂信息管理系统（PIMS）是工业控制系统与信息技术系统相结合的系统，是新型的工业信息系统工程提供的完整解决方案。它能有效集成全厂生产信息，形成安全可靠的实时数据库，填补企业经营管理系统和工业控制系统之间的信息鸿沟，并实现了企业网络环境下的实时数据采集、实时流程查看、实时趋势浏览、报警记录与查看、开关量变位记录与查看、报表数据存储、历史趋势存储与查看、生产过程报表生成、生产统计报表生成等功能，从而实现企业过程控制系统与信息系统的网络集成、综合管理，使管理层能够及时、准确地了解生产情况，发现生产中的问题，并为先进控制软件提供应用平台。它使得办公室和生产现场的信息沟通变得方便快捷，是企业信息化建设中不可缺少的组成部分。工厂信息管理系统设计（PIMS）包括方案部署、系统功能、系统应用开发、信息安全设置等。

（2）远程访问系统（RAS）

随着公司努力减少不断增长的成本压力，工厂生产装置可靠性越来越重要。为此，对于公司生产装置的运行和维修人员来说，如何快速查找生产装置中的薄弱环节，如何快速排除生产设备的故障，如何查找工作中所急需的专业知识，如何快捷地找到正确的能帮助你的人等，都可以借助远程访问技术来实现。同时，远程访问系统可以有利于公司市场营销的品牌建立和提升，获得潜在客户等需求。远程访问系统的应用还可以拓展到员工、供应商之间的协同工作领域，并能提高企业的运营效率。同样，远程访问系统（RAS）包括方案部署、访问机制、信息安全设置等。

3.12　工业控制系统信息安全未来展望

做好工业控制系统信息安全，需要对工业发展趋势有所预测，需要对工业控制系统发展趋势有所预测，需要对工业控制系统信息安全未来趋势有所预测。

（1）工业发展趋势。工业发展趋势有工业数字化、工业智能化、工业信息化等。

（2）工业控制系统发展趋势。工业控制系统正走向开放、走向互联以及无线技术的广泛应用。

（3）工业控制系统信息安全展望。工业控制系统信息安全形势将更加严峻，信息安全标准体系将更加完善，信息安全技术将快速推进，并且信息安全产品将建立准入机制。

4　结语

通过分析目前工业控制系统信息安全现状和工业控制系统信息安全重要性，以及详细介绍工业控制系统信息安全系统学习，我们可以看出，工业控制系统信息安全是一门相对较成熟的跨专业学科。只有认真而系统地学习这些专业知识，才能有效避免工业控制系统信息安全事件频发，保证工业控制系统正常运行，为国民经济建设和发展保驾护航。

同时，我们也应该看到，工业控制系统信息安全是一门不断深入发展的学科。随着工业控制系统不断发展和广泛运用，其信息安全必将面临更加严峻的挑战，其信息安全的研究开发必将快速推进。因此，我们对工业控制系统信息安全的工作需要未雨绸缪，积极参与，务实推进。

作者简介

肖建荣（1969-），男，高级工程师，从事工业自动化仪表的工程设计、调试、运行维护工作，先后完成多个国内、国际项目的工程设计、调试工作。

参考文献：

[1]肖建荣.工业控制系统信息安全[M].北京:电子工业出版社, 2015.

[2]肖建荣.工业控制系统信息安全技术分析与探讨[J].自动化博览, 2015,(6).

摘自《工业控制系统信息安全专刊（第二辑）》