工业互联网安全框架.pdf

工业互联网安全框架 （ 讨论稿 ） 工业 互联网产业联盟 （ AII） 2018 年 2 月 前 言 2017 年 11 月，国务院印发了关于深化“互联网 +先进制造业”发展工业互联网的指导意见，标志着我国工业互联网顶层设计正式出台，对于我国工业互联网发展具有重要意义。 安全是 工业互联网发展的 前提和保障， 只有构建覆盖工业互联网各防护对象、全产业链的安全体系，完善满足工业需求的安全技术能力和相应管理机制，才能有效识别和抵御安全威胁，化解安全风险，进而确保工业互联网健康有序发展。 工业互联网安全框架是构建工业互联网安全体系的重要指南，是业界专家在工业互联网安全防护方面达成的共识，旨在为工业互联网相关企业应对日益增长的安全威胁、部署安全防护措施提供指导，提升工业互联网企业整体安全防护能力。 指导单位： 工业和信息化部网络安全管理局 组织单位： 工业互联网产业联盟 编写单位： 中国信息通信研究院、北京奇虎科技有限公司、中国电子信息产业集团有限公司第六研究所、北京神州绿盟信息安全科技股份有限公司、中国移动通信集团公司、华为技术有限公司、富士康科技集团、北京匡恩网络科技有限责任公司、中国科学院沈 阳自动化研究所、中国电信集团有限公司、思科系统（中国）网络技术有限公司、浙江安恒信息技术有限公司、大唐高鸿数据网络技术股份有限公司、北京安点科技有限责任公司 目 录 一、工业互联网安全概述 . 1 （一）工业互联网概念内涵 . 1 （二）工业互联网安全框架内容与范围 . 1 二、相关网络安全框架分析 . 2 （一）传统网络安全框架 . 2 （二）工业互联网安全框架 . 5 （三）相关框架共性分析及经验借鉴 . 7 三、工业互联网安全框架设计 . 8 （一）设计思路 . 8 （二）安全框架 . 9 （三）防护对象视角 . 11 （四）防护措施视角 . 11 （五）防护管理视角 . 12 四、工业互联网安全防护措施实施 . 14 （一）设备安全 . 14 （二）控制安全 . 15 （三）网络安全 . 18 （四）应用安全 . 20 （五）数据安全 . 22 （六）监测感知 . 25 （七）处置恢复 . 25 五、工业互联网安全发展趋势与展望 . 28 1 一、 工业互联网 安全 概述 （一） 工业 互联网概念 内涵 工业互联网是满足工业智能化发展需求，具有低时延、高可靠、广覆盖特点的关键网络基础设施，是新一代信息通信技术与先进制造业深度融合所形成的新兴业态与应用模式。 工业互联网深刻变革传统工业的创新、生产、管理、服务方式，催生新技术、新模式、新业态、新产业，正成为 繁荣数字经济的 新基石 、创新网络国际治理的 新 途径和统筹两个强国建设的新 引 擎 。 工业互联网包括网络、平台、安全 三大体系 。其中， 网络体系是基础。 工业互联网将连接对象延伸到工业全系统、全产业链、全价值链，可实现人、物品、机器、车间、企业等全要素，以及设计、研发、生产、管理、服务等各环节的泛在深度互联。 平台体系是核心。 工业互联网平台作为工业智能化发展的核心载体，实现海量异构数据汇聚与建模分析、工业制造能力标准化与服务化、工业经验知识软件化与模块化、以及各类创新应用开发与运行，支撑生产智能决策、业务模式创新、资源优化配置和产业生态培育。 安全体系是保障。 建设满足工业需求的安全技术体系和管理体系，增强设备、网络、控制、应用和数据的安全保障能力，识别和抵御安全威胁，化解各种安全风险，构建工业智能化发展的安全可信环境。 （二） 工业 互联网 安全框架内容与范围 工业领域的安全一般分为三类，信息 安全（ Security）、功能安全（ Functional Safety）和物理安全（ Physical Safety） 。传统工业控制系统安全最初多关注功能安全与物理安全，即防止工业安全相关系统或设备的功能失效，当失效或故障发生时，保证工业设备或系统仍能保持安全条件或进入到安全状态。近年来，随着工业控制系统信息化程度的不断加深，针对工业控制系统的信息安全问题不断凸显，业界对信息安全的重视程度逐步提高。 与传统的工控系统安全和互联网安全相比，工业互联网的安全挑战更为艰巨：一方面，工业互联网安全打破了以往相对明晰的责任边界，其范围、复杂度、风险度产生 的影响要大得多，其中工业互联网平台安全、数据安全、联网智能设备安全等问题越发突出；另一方面，工业互联网安全工作需要从制度建设、国家能力、产业支持等更全局的视野来统筹安排，目前很多企业还没有意识到安全部署 2 的必要性与紧迫性，安全管理与风险防范控制工作亟需加强。 因此，工业互联网安全框架需要统筹考虑信息安全、功能安全与物理安全，聚焦信息安全 ， 主要解决工业互联网面临的网络攻击等新型风险，并 考虑 其信息安全防护措施的部署可能对功能安全和物理安全带来的影响。由于物理安全相关防护措施较为通用，故在本框架中不作重要考虑，主要 对工业互联网的信息安全与功能安全进行讨论。 二、 相关网络安全框架分析 （一） 传统网络 安全框架 1、 OSI 安全体系结构 OSI 安全体系结构是国际标准化组织（ ISO）在对 OSI 开放系统互联环境的安全性深入研究的基础上提出的。它定义了为保证 OSI 参考模型的安全应具备 5类安全服务，包括鉴别服务、访问控制、数据完整性、数据保密性和不可抵赖性，以及为实现这 5 类安全服务所应具备的 8 种安全机制，包括加密、数字签名、访问控制、数据完整性、鉴别交换、业务流填充、路由控制以及公证。 OSI 安全体系结构如图 1 所示，安全体系结构中的 5 类安全服务及 8 种安全机制可根据所防护网络的具体要求适当地配置于 OSI 参考模型的 7 个层次中。 图 1 OSI 安全体系结构 OSI 安全体系结构针对 OSI 参考模型中层次的不同，部署不同的安全服务与 3 安全机制，体现出分层防护的思想，具有很好的灵活性。然而， OSI 安全体系结构专注于网络通信系统，其应用范围具有一定的局限性。同时， OSI 安全体系结构实现的是对网络的静态安全防护，而网络的安全防护具有动态性，该体系结构对于持续变化的内外部安全威胁缺乏足够的监测与应对能力。此外， OSI 安全体系结构主要从技术层面出发对网络的安全防护问题进行讨论，未考虑管理在安全防护中的地位和作用。面对更复杂更全面的安全保障要求，仅依靠 OSI 安全体系结构是远远不够的。 2、 P2DR 模型 P2DR（ Policy Protection Detection Response）模型是美国 ISS 公司提出的动态网络安全体系模型。 P2DR 模型建立在基于时间的安全理论基础之上，将网络安全的实施分为防护、检测和响应三个阶段。 在整体安全策略的指导下部署 安全防护措施，实时检测网络中出现的风险，对风险及时进行处置，并对处置过程中的经验进行总结以便对防护措施进行调整和完善。这使得防护、检测和响应组成了如图 2 所示的动态安全循环，从而保证网络的安全。 图 2 P2DR 模型 P2DR 模型是一种基于闭环控制的动态安全模型，适用于需要长期持续安全防护的网络系统。从总体上来讲，该模型与 OSI 安全体系结构一样，都局限于从技术上考虑网络的安全问题，忽视了管理对于安全防护的 重要性，在模型的具体实施过程中极有可能因安全策略执行的不当影响安全防护效果。 4 3、信息保障技术框架 IATF（ Information Assurance Technical Framework，信息保障技术框架）是美国国家安全局于 1998 年提出的，该框架提出保障信息系统安全应具备的三个核心要素，即人、技术和操作。其中，人这一要素包括保障人身安全、对人员进行培训、制定安全管理制度等，强调了人作为防护措施的具体实施者在安全防护中的重要地位。技术这一要素强调要在正确的安全策略指导下采取措施来为信息系统提供安全保障服务并对入侵行为进行检测。操作这一要素则明确了要保证信息系统的日常安全应采取的具体防护手段。此外，该 框架将网络系统的安全防护分为网络和基础设施防御、网络边界防御、局域计算环境防御和支撑性基础设施防御四部分。在每个部分中 IATF 都描述了其特有的安全需求和相应的可供选择的技术措施，为更好地理解网络安全的不同方面、分析网络系统的安全需求以及选取恰当的安全防御机制提供了依据。 IATF 的具体内容如图 3 所 示。 纵深防御区域划分安全三要素网络 & 基础设施网络边界 计算环境支撑性基础设施K M I / P K I 监测 & 响应人 技术 操作安全保障纵深防御策略图 3 信息保障技术框架 IATF 通过对上述四个部分分别部署安全保障机制，形成对网络系统的纵深防御，从而降低安全风险，保障网络系统的安全性。但 IATF 与 OSI 安全体系结构一样，实现的都是对网络系统的静态安全防护，并未对网络系统部署动态持续的安全防护措施。 4、 IEC62443 IEC62443 是国际电工委员会工业过程测量、控制与自动化 /网络与系统信息 5 安全工作组（ IEC/TC65/WG10）与国际自动化协会（ ISA99）共同制定的工业控制系统安全防护系列标准。该标准将工业控制系统按照控制和管理的等级划分成相对封闭的区域，区域之间的数据通讯通过管道进行，通过在管道上安装信息安全管理设备来实现分级保护，进而实现如图 4 所示的 控制系统的网络安全纵深防御。 图 4 IEC62443 实施案例 IEC62443 系列标准中对于安全技术与安全管理的实施均提出了要求，但从总体上来看，与 OSI 安全体系结构和 IATF 一样，实现的都是静态安全防护。而工业互联网的安全防护是一个动态过程，需要根据外部环境的变化不断进行调整。在工业互联网安全框架的设计中，需要将动态防护的理念纳入其中。 （二） 工业互联网安全框架 1、美国工业互联网安全框架 2016 年 9 月 19 日，美国工业互联网联盟（ IIC）正式发布工业互联网安全框架（ IISF） 1.0 版本，拟通过该框架的发布为工业互联网安全研究与实施提供理论指导。 IISF 的实现主要从功能视角出发，定义了如图 5 所示的六个功能，即端点保护、通信 &连接保护、安全监测 &分析、安全配置管理、数据保护以及安全模型&策略，并将这六个功能分为三个层次。其中顶层包括端点保护、通信 &连接保护、安全监测 &分析以及安全配置管理四个功能，为工业互联网中的终端设备及设备之间的通信提供保护，对用于这些设备与通信的安全防护机制进行配置，并监测工业互联网运行过程中出现的安全风险。在四个功能之下是一个通用的数据现场控制层管理信息层 现场设备层断路器离心泵闸阀Internet 防火墙路由器交换机远程访问服务器公共历史服务器内部历史服务器服务器 1交换机 路由器PLC1PLC2PLC3数据单向传输装置工程师站 操作员站办公终端交换机入侵检测身份认证系统