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工业以太网安全分析

文档作者：马建科文档来源：检修工程部自动化控制检修作业区		点击数：	更新时间： 2021年05月12日
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􀀀􀀀酒钢科技􀀀􀀀􀀀􀀀 年第􀀀 期􀀀􀀀􀀀􀀀 检修工程部设备技术研究论文集
􀀀摘要随着以太网技术在工业控制系统的应用􀀀网络安全显得尤为重要􀀀本文通过深入分析工
业以太网存在的各种安全隐患􀀀结合近几年工业以太网管理的实践经验􀀀针对工业以太网出现的安全
隐患􀀀提出工业以太网安全解决策略及防范措施􀀀
􀀀关键词工业以太网安全
1 前言
随着以太网技术的发展􀀀特别是高速以太网的出现使得以太网能够克服了自己本身的缺陷􀀀进入
工业领域成为工业以太网􀀀因而使得人们可以用以太网设备代替昂贵的工业网络设备􀀀然而事物是相
对的􀀀 在我们享受以太网技术进步的成果的同时应该对它存在的隐患和可能带来的严重后果要有深
刻认识􀀀 本文结合近年来在工业以太网维护中的实践和经验􀀀针对工业以太网存在的安全隐患􀀀提出
了相应的解决策略􀀀
2 工业以太网对安全的要求
工业以太网是面向生产过程控制的网络􀀀对实时性􀀀可靠性􀀀安全性和数据完整性有很高的要求􀀀
既有与传统意义上的以太网相同的要求􀀀也有不同与以太网的特点及安全要求􀀀
1􀀀工业以太网所处环境恶劣􀀀必须具有在高温􀀀潮湿􀀀振动􀀀腐蚀􀀀粉尘􀀀特别是电磁干扰等工业环
境中长时间􀀀连续􀀀可靠􀀀完整地传输数据􀀀并能抗工业电网的浪涌􀀀跌落和尖峰干扰􀀀
2􀀀工业以太网是一个过程控制系统􀀀实时性要求高􀀀网络传输具有确定性􀀀
3 工业以太网的不安全因素
3 .1 网络硬件设备的不安全因素
工业以太网主要由网络终端设备(工程师站􀀀操作站及控制器等)和网络连接设备(交换机􀀀防火墙
等)组成􀀀影响安全的因素主要是网络设备的可靠性􀀀 但是工业以太网在建设时􀀀为了节约成本􀀀一般
在设备选型时常选用商用网络设备􀀀双绞线采用非屏蔽双绞线􀀀网络设备无冗余􀀀 一旦某一环节出现
故障􀀀就会导致网络通讯中断􀀀而工业现场的恶劣环境往往会使这些商用网络设备加速损坏􀀀因此􀀀网
络设备是导致工业以太网不安全的主要因素之一􀀀
3 .2 工业以太网与管理网互联带来的不安全因素
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀网络建设初期不考虑网络的结构􀀀在建设过程中为了实现􀀀 等数据的传输􀀀与管理网络
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀互􀀀􀀀联􀀀􀀀􀀀且不采取相应的隔离措施􀀀 而管理网又与互联􀀀难免就会有来自与管理网的黑
客攻击􀀀信息阻塞􀀀病毒􀀀从而导致工业以太网的工作异常或瘫痪􀀀使工业以太网运行速度大幅降低或
控制器处于失控状态􀀀严重影响生产安全􀀀
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀2010 年发生在伊朗并使伊朗蒙受巨大损失的"超级工厂病毒" 病毒的爆发􀀀直接说明了工
业以太网并不是安全的􀀀完全可以被黑客􀀀病毒等攻击􀀀
工业以太网安全分析
检修工程部自动化控制检修作业区马建科
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀
􀀀酒钢科技􀀀􀀀􀀀􀀀 年第􀀀 期􀀀 􀀀􀀀􀀀􀀀 检修工程部设备技术研究论文集
3.3 管理方面􀀀维护人员及操作人员􀀀的不安全因素
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀开放的光驱􀀀B 接口的使用共享文件夹的互相访问操作站漏洞补丁未定期安装操作系统
􀀀􀀀的用户权限过􀀀大等原因造成操作站感染病毒木马导致网络内其它操作站感染病毒严重时甚至导
􀀀致网络瘫痪
3.4 维护人员的网络安全意识低
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀工业控制系统维护人员只注重C D C 等控制系统的安全可靠对网络存在的不安全因素知之
􀀀􀀀甚少甚至根本不了解工业以太网的相关安全知识
4 工业以太网的安全解决方案
􀀀􀀀由于工业􀀀以太网存在比较严峻的安全问题因此从项目建设开始就要高度重视包括项目的设
􀀀􀀀计施􀀀工以及日常的管理维护为了更好地解决工业以太网存在的安全隐患结合工业以太网的特点
􀀀􀀀及日常维护中所遇到的相关网络安全的故障提出如下解决方案
4.1 网络设备选型
􀀀􀀀由于工业以太网环境的复杂性网络设备应该满足如下几点要求
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀1)工业标准产品􀀀完全满足工业要求的高可靠性能够直接安装在C D C 等控制柜内能在恶劣
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀环􀀀境􀀀条件下工作具有较高的􀀀防护等级抗震抗电磁干扰设计平均无故障时间( B )在15年以上
􀀀􀀀􀀀􀀀2)冗余直流24 双电源输入电源最好利用控制柜内24 电源且双电源不应该接在同一供电
􀀀电源处
􀀀􀀀3)网络设备应选择导轨安装无散热风扇设计
4.2 网络结构设计
􀀀在网络结构设计阶􀀀段必须对所选工业以太网的所有安全内容均提出具体要求和技术方案即哪
􀀀􀀀些控制系统接入本网络在􀀀接入过程中采取怎样的防护措施防护措施能否满足工业以太网的要求
􀀀􀀀在网络出现􀀀故障时􀀀如何在最短的时间内恢复等一般情况下为保证网络的可靠性安全性网络结构
􀀀􀀀应选择冗余目前使用比较广泛的网络冗余选择工业环网或者双网冗余切换时间尽可能小(一般在
􀀀􀀀500 毫秒左右) 若有其􀀀它控制系统接入本网络应该通过路由器或者硬件防火墙做相应的隔离并对
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀操作站访问异地C D C 时配置相应的访问控制策略
4.3 工业以太网与管理信息网接口安全的解决办法
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀随着国家信息化工业化的两化融合基于实时数据库的等系统在各个企业得到了大
􀀀􀀀力􀀀􀀀推􀀀广􀀀使􀀀􀀀用实􀀀时数据库的建立是以采集工业控制系统数据为前提的这就需要等系统的
􀀀信息网络􀀀必􀀀须􀀀􀀀与􀀀控􀀀􀀀制网􀀀络之间交换数据因此控制网络就不再是一个独立的实体它通过
􀀀􀀀􀀀等系统间接的与互联网􀀀相联而在互联网内存在各种黑客的攻击蠕虫木马等病毒的传播感染这些
不安全因素恰好是工业以太网的大敌􀀀为此􀀀需要将􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀等系统管理信息网与工业以太网必须
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀有效隔离􀀀既保证工业以太网的安全可靠又不影响等系统数据的上传具体实施如下方
􀀀案
􀀀在工业以太网与管理信息网之间安装一硬件防火墙工业以太网作为上层信息管理网的数据平
􀀀台􀀀将􀀀尽􀀀可能􀀀􀀀多􀀀的动力能􀀀源等实时数据采集到实时数据库中并经防火墙传送数据至和具
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀体接口连接为工􀀀􀀀业􀀀以􀀀太网防火墙D 中间区域防护和等数据采集服务器等由于
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀和􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀与􀀀商􀀀􀀀􀀀用􀀀相连为保证工业以太网的切实安全一般采用D ( 隔离
􀀀􀀀区内网和外网的缓冲区)中间防护策略
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀将上􀀀层信息管理网需要访问的等实时数据库服务器置于D 层使来自上层的信息
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀
􀀀􀀀􀀀􀀀 检修工程部设备技术研究论文集􀀀酒钢科技􀀀􀀀􀀀􀀀 年第􀀀 期􀀀
管理网只能通过外部防火墙访问到
􀀀
􀀀􀀀,􀀀􀀀等实时数据库服务器, 而不能通过内部防火墙至工业
以太网􀀀这样来自互联网的攻击将要通过外部防火墙,堡垒主机和内部防火墙等三道相互独立的防线
才能到达工业以太网,使攻击难度大大加强,相应内部网络的安全性也就大大加强􀀀
4.4 加强工业以太网的安全管理
1)根据操作者工作职责的不同建立不同级别的账户,使之操作行为受到相应的限制以保护
􀀀
􀀀􀀀
􀀀􀀀􀀀或及其网络的安全运行􀀀
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀2)对控制系统( , )设置密码,并对软件加密,以防操作人员随意下载程序或者程序泄漏􀀀
􀀀􀀀􀀀3)将安装有开放的光驱和接口的操作站主机与显示器及操作键盘异地放置,对不利于异地
􀀀􀀀􀀀放置的地方则需对操作员账户屏蔽其对光驱和接口的操作功能􀀀对服务器,工程师站则应对维
􀀀􀀀􀀀护工程师的工作制定严格的纪律以确保病毒不从光驱和接口进入工业以太网􀀀
4)将操作站计算机所有共享取消,以防相互访问感染病毒􀀀
􀀀􀀀􀀀5)维护人员定期查看工业以太网内操作站计算机的,内存使用情况,及时发现是否有异常
软件运行􀀀
6)点检人员定期检查工业以太网的网络设备,环网状态,传输流量是否异常􀀀
7 )点检人员定期检查工业以太网设备接地是否良好􀀀
8 )点检人员定期查看工业以太网设备的相关日志,是否存在网络中断或者其它人员访问操作站
或控制系统􀀀
9 )点检人员定期清理操作站垃圾文件并安装操作系统漏洞补丁􀀀
10)加强工艺操作人员和系统维护人员的培训工作,严格制定操作人员及维护人员的相关操作及
维护制度,力争将误操作降到零水准􀀀
5 对工业以太网安全问题的思考
5.1 从技术角度看工业以太网的安全问题
网络安全的特性决定了它是一个动态的,快速发展更新的新型领域,而我国在信息安全方面还和
西方发达国家差距很远􀀀因此,工业以太网的安全从技术的发展角度而言,具有"持久战" ,也就是说需
要长期投资􀀀其次,加强网络安全知识培训,切实提高操作,维护,管理人员的素质,把提高维护人员及
操作人员的素质作为一项系统工程,真正从技术的角度把网络安全问题彻底解决􀀀
5.2 从管理的角度看工业以太网的安全问题
工业以太网的安全其实是一个内部网络安全的问题,看起来简单,但是做起来复杂􀀀 不仅要在物
理方面的防范措施上下功夫,还需要较高素质的操作及维护人员,这主要重在管理, "安全源于管理,
向管理要安全"􀀀 没有好的网络安全方面的管理,再好的设备也都是一堆废铁􀀀
6 结束语
保证工业以太网的安全,才能保证工业生产的顺行􀀀 由于工业企业行业不同,对生产的影响及网
络安全的要求不同􀀀 以上是结合酒钢集团工业以太网建设及维护方面的一些经验, 可能存在不妥之
处,但是随着以太网技术在工业自动化领域的大量使用,加强工业以太网的安全势在必行􀀀
参考文献
􀀀􀀀􀀀􀀀1􀀀 张文超,徐保国.工业计算机网络.工业控制计算机,1991,4􀀀23-26.
􀀀􀀀􀀀􀀀2􀀀 杨昌馄.正在进入控制领域的工业以太网.世界仪表与自动化,2001,1.
􀀀􀀀􀀀􀀀􀀀

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