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    能源是現(xiàn)代化的基礎和動力。能源供應和安全事關我國現(xiàn)代化建設全局。因此，在國務院2014年印發(fā)的“能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014-2020年）”中提出了我國要加快構建清潔、高效、安全、可持續(xù)的現(xiàn)代能源體系。

    作為國際標準組織之一的IEC（國際電工委員會），將“信息安全”定義為使信息免受不論是由于有意還是無意的，非授權的公開、傳輸、變更或破壞的防護。

    圖1為美國Verizon發(fā)布的2014年度各行業(yè)遭受的惡意軟件攻擊頻度統(tǒng)計分布圖表。由圖1可見，能源行業(yè)已成為僅次于零售業(yè)的主要攻擊目標。

圖1 平均每周惡意軟件攻擊事件頻度行業(yè)分布

    現(xiàn)今，能源行業(yè)的運轉已離不開工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)（以下簡稱“工控系統(tǒng)”）。倘若工控系統(tǒng)沒有適當?shù)男畔踩燃壏雷o，有如不對潘多拉魔盒加以管控，則必定會對其受控對象——能源過程帶來不可預估的后果。

    1　監(jiān)控系統(tǒng)安全總體架構

    電能作為高效、優(yōu)質、綠色的能源，在社會生活的方方面面起著越來越重要的作用。經(jīng)過改革開放后三十多年的快速發(fā)展，我國電力工業(yè)取得了長足進步。在“十二五”期間，我國發(fā)電裝機規(guī)模和電網(wǎng)規(guī)模已雙雙躍居世界第一位。當前發(fā)電廠、變電站等電力基礎設施的工控系統(tǒng)基本上都采用了智能儀器儀表設備（如帶Hart協(xié)議的智能變送器、Profibus或FF等現(xiàn)場總線儀表或設備等，推廣采用符合IEC 61850的智能電子設備IED）和計算機監(jiān)視控制系統(tǒng)（如DCS分散控制系統(tǒng)、FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、PLC可編程序控制器、SCADA監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等），實現(xiàn)了對電網(wǎng)及電廠生產(chǎn)運行過程的計算機監(jiān)視和控制。

    總體來講，基于計算機技術的電力監(jiān)控系統(tǒng)（包括電力數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、變電站自動化系統(tǒng)、換流站計算機監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)、配電自動化系統(tǒng)、微機繼電保護和安全自動裝置、廣域相量測量系統(tǒng)、負荷控制系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)和水電梯級調(diào)度自動化系統(tǒng)、電能量計量計費系統(tǒng)、實時電力市場的輔助控制系統(tǒng)等），在確保我國電力安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗、經(jīng)濟環(huán)保運行方面發(fā)揮了重大作用。

    電力行業(yè)計算機系統(tǒng)的信息安全防護成規(guī)模成系統(tǒng)部署，始于2002年5月原國家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布的第30號令，即《電網(wǎng)和電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡安全防護規(guī)定》，及2004年12月原國家電力監(jiān)管委員會發(fā)布的第5號令，即《電力二次系統(tǒng)安全防護規(guī)定》。原電監(jiān)會5號令中指的“電力二次系統(tǒng)”，包括電力監(jiān)控系統(tǒng)、電力通信及數(shù)據(jù)網(wǎng)絡等，基本等同于原經(jīng)貿(mào)委30號令中所提的電網(wǎng)和電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。十余年來，我國電力監(jiān)控系統(tǒng)信息安全從無到有，取得了較大的進步。現(xiàn)今，電力行業(yè)的工控信息安全防護均執(zhí)行國家發(fā)展和改革委員會2014年第14號令，即《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護規(guī)定》。電力監(jiān)控系統(tǒng)的安全防護遵循“安全分區(qū)、網(wǎng)絡專用、橫向隔離、縱向認證”的原則，其安全防護的總體架構如圖2所示。

圖2 電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護總體架構示意圖

  按照業(yè)務性質，發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)、供電企業(yè)通常將其內(nèi)部計算機系統(tǒng)，原則性地劃分為生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)。基于是否具有實時監(jiān)控功能，又將生產(chǎn)控制大區(qū)細分為控制區(qū)（安全區(qū)Ⅰ）和非控制區(qū)（安全區(qū)Ⅱ）。生產(chǎn)控制大區(qū)與管理信息大區(qū)之間設置電力專用橫向單向安全隔離裝置，生產(chǎn)控制大區(qū)內(nèi)的控制區(qū)（安全區(qū)Ⅰ）和非控制區(qū)（安全區(qū)Ⅱ）之間設置邏輯隔離裝置（如防火墻等具有訪問控制功能的設備）。電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)采用專用通道，并使用獨立的網(wǎng)絡設備組網(wǎng)，也可細分為實時子網(wǎng)和非實時子網(wǎng)，并與生產(chǎn)控制大區(qū)控制區(qū)和非控制區(qū)互聯(lián)。其間安全隔離采用電力專用縱向加密認證裝置或加密認證網(wǎng)關或硬件防火墻。

    由此可見，我國電力行業(yè)的工控信息安全起步較早，并保持了持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展態(tài)勢，基本上未發(fā)生較大以上的網(wǎng)絡安全事件，保證了電力行業(yè)重要信息基礎設施的安全、穩(wěn)定和高效運行。

    2　存在的差距及不足

    雖然建立了相應的安全防護體系，但冷靜、客觀地分析，并與國際先進水平相比，我國電力行業(yè)工控信息安全仍存在不少不足或欠缺之處。

    2.1　安全防護標準體系不健全

    與國外發(fā)達國家工控系統(tǒng)安全防護比較，國內(nèi)的安全防護從標準體系上就不健全。西方少數(shù)國家早在20世紀90年代前后就開始了工控系統(tǒng)信息安全的標準化工作，如英國于1995年就發(fā)布了關于信息安全管理系統(tǒng)的標準BS 7799。國際標準組織在BS 7799標準基礎上，制定了信息安全管理體系ISO/IEC 27000系列國際標準。美國國家標準與技術研究院從20世紀80年代開始就陸續(xù)發(fā)布了一系列信息安全的報告，其中知名的有NIST SP800-82“工控系統(tǒng)（ICS）信息安全指南”等。IEC基于美國自動化國際學會ISA 99系列標準，先后制定了工控系統(tǒng)信息安全IEC 62443系列標準，如圖3所示。

圖3 IEC 62443系列標準

   國內(nèi)針對常規(guī)信息系統(tǒng)的信息安全等級保護標準較為系統(tǒng)和全面，但針對工控系統(tǒng)的信息安全標準十分欠缺。當前國內(nèi)所發(fā)布的與工控系統(tǒng)信息安全相關的國家標準僅有2部，即GB/T 30976.1-2014“工控系統(tǒng)信息安全-第1部分：評估規(guī)范”和GB/T 30976.2-2014“工控系統(tǒng)信息安全-第2部分：驗收規(guī)范”。

    具體到能源行業(yè)，其針對性的專門信息安全防護標準國內(nèi)幾乎沒有。如以火電廠為例，國內(nèi)尚無專門的信息安全設計標準，當前只是在部分相關標準中少量、分散地提及一些要求而已。如在國家標準《大中型火力發(fā)電廠設計規(guī)范》GB 50660-2011中，所涉及的信息安全內(nèi)容篇幅不到半頁紙，僅提到了訪問控制、數(shù)據(jù)恢復、防病毒、防黑客等寥寥幾點。

    在美國和加拿大，電力行業(yè)需遵循NERC（北美電力可靠性組織）早在2006年就已制定的 CIP（關鍵基礎設施防護 ）標準，化工行業(yè)需遵循CFATS（化學設施反恐標準）標準等。CIP系列標準包括CIP-001 “破壞報告”、CIP-002“信息安全-關鍵信息系統(tǒng)資產(chǎn)識別”、CIP-003“信息安全-安全管理控制”、CIP-004“人員及培訓”、CIP-005“信息安全-電子安全邊界”、CIP-006“信息安全-物理安全”、CIP-007“信息安全-系統(tǒng)安全管理”、CIP-008“信息安全-事故報告及響應計劃”、CIP-009“信息安全-關鍵信息系統(tǒng)資產(chǎn)的恢復計劃”、CIP-010“信息安全-配置變更管理和脆弱性評估”、CIP-011“信息安全-信息防護”、CIP-014“物理安全”等。

    2.2　防護水平不高和發(fā)展不平衡

    當前，針對工控系統(tǒng)的攻擊類別層出不窮。圖4展示了SANS學院發(fā)布的2014年度針對工控系統(tǒng)的頂級威脅分布矢量圖。由圖4可見，對工控系統(tǒng)信息安全的威脅，外部攻擊只占其中一部分，而來自內(nèi)部的威脅不容忽視。

圖4 工控系統(tǒng)頂級威脅矢量圖

    但是，國內(nèi)絕大多數(shù)企業(yè)的信息防護只注重邊界防護，主要采用防火墻、網(wǎng)閘、入侵檢測系統(tǒng)、入侵防護系統(tǒng)、惡意軟件檢測軟件等標準安全工具，只達到國際標準所要求的SL 1級或SL 2級。一方面，這些防護手段只能提供簡單的、低資源、低動因的一般防護，對于由敵對國家或犯罪組織等主導的黑客攻擊防護而言則遠遠不夠。例如，跨站腳本（XSS）、路過式（Drive-by）下載、水坑（watering holes）、封套/打包等攻擊，可利用合法的網(wǎng)站或軟件作隱蔽外衣，常常能旁路常規(guī)的防護手段，且難以檢測其攻擊行為。另一方面，邊界防護不能對內(nèi)部威脅進行有效防護，因此還需采取對員工和承包商嚴格的訪問控制、背景檢查、監(jiān)管、鑒別、審計、靈巧密碼復位策略等綜合防護措施。此外，國內(nèi)很少關注撒旦（Shodan）搜索引擎，而該引擎可找到幾乎所有與互聯(lián)網(wǎng)相連的設備。如果沒有一定強度的防護措施，則與互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)的工控系統(tǒng)和設備則如皇帝新衣般暴露于光天化日之下，極易受到攻擊。

    在電力行業(yè)網(wǎng)絡與信息安全防護工作方面，還存在嚴重的發(fā)展不平衡現(xiàn)象。由于重視程度及投入差異等諸多原因，電網(wǎng)企業(yè)防護水平明顯優(yōu)于發(fā)電企業(yè)，傳統(tǒng)類型發(fā)電企業(yè)防護水平明顯優(yōu)于新能源類發(fā)電企業(yè)，電網(wǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)防護水平明顯優(yōu)于營銷系統(tǒng)等。

    2.3　其它方面

    由于國內(nèi)工控安全的發(fā)展時間較短和研發(fā)投入不足，普遍缺乏針對工業(yè)特點的系列齊全的信息安全產(chǎn)品。如滿足2級、3級、4級不同等級保護要求的工控操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。由于強調(diào)可靠性、成熟度等因素及歷史原因，所采用的工控設備國外產(chǎn)品居多，安全漏洞掃描查找困難較大。

    此外，在基層部門，還或多或少存在以下誤區(qū)或不足：

    （1）缺乏風險管控理念，忽視信息安全的總體規(guī)劃和安全設計；

    （2）重信息安全技術措施，輕信息安全管理措施；

    （3）重視網(wǎng)絡安全，忽視物理安全、應用安全、系統(tǒng)安全等其它方面；

    （4）重視邊界防護，忽視有效的縱深或深度防護；

    （5）重視控制系統(tǒng)防護，忽視現(xiàn)場級智能儀表或設備的接入側防護；

    （6）缺乏對遠程訪問有效的管控手段；

    （7）因匱乏工業(yè)級信息防護產(chǎn)品，常將商用信息安全設備用于工控系統(tǒng)中。

    3　需求分析

    3.1　行業(yè)需求

    信息安全是為其宿主服務的。因此需先對其服務對象——能源行業(yè)進行需求分析。

    按照國家行動計劃，能源戰(zhàn)略發(fā)展方向是綠色、低碳、智能；長期目標主要是保障安全、優(yōu)化結構和節(jié)能減排；重點發(fā)展領域有，煤炭清潔高效利用（包括高參數(shù)節(jié)能環(huán)保燃煤發(fā)電、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等）、新一代核電、分布式能源、先進可再生能源、智能電網(wǎng)、智能電廠等。

    煤炭清潔高效利用主要是發(fā)展大容量、高參數(shù)、節(jié)能環(huán)保型發(fā)電機組，由此帶來壓力容器與壓力管道的數(shù)量增多、壓力等級提升，從而使面臨的危險更大。基于核電站已基本不采用工控模擬系統(tǒng)，大力推廣工控系統(tǒng)的數(shù)字化，其工控系統(tǒng)的信息安全等級要求更高，需求更為急迫。當前電廠、電網(wǎng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化發(fā)展如火如荼，智能儀表/控制設備、無線傳感/控制網(wǎng)絡等的大量采用，電廠/電網(wǎng)內(nèi)IOT（物聯(lián)網(wǎng)）、IOS（服務互聯(lián)網(wǎng)）的推廣，正在形成泛在的傳感、泛在的計算、泛在的控制，網(wǎng)絡邊界動態(tài)及模糊，信息管控面和量劇增，對信息安全形成更大的挑戰(zhàn)。虛擬電廠是電力行業(yè)網(wǎng)絡化繼續(xù)向前推進的一個顯著代表，是一種新型的發(fā)電模式，是分布式發(fā)電集控或群控技術的發(fā)展。其網(wǎng)絡互聯(lián)主要是通過LAN、WAN、GPRS、ISDN或總線系統(tǒng)而實現(xiàn)。所采用的工控系統(tǒng)信息安全應適應虛擬電廠的地域分散性、控制的實時性和可靠性的需求。

    在信息安全中，傳統(tǒng)的安全目標三角是C（保密性）、I（完整性）和A（可用性）。對于IT應用，其安全優(yōu)先級排列順序為CIA；對于工控系統(tǒng)，通常認為安全優(yōu)先順序應為AIC。綜合能源行業(yè)因素，考慮到工控系統(tǒng)的應用對象及其重要性，能源控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全目標不是CIA，也不是AIC，而應是SAIC四角，即在CIA基礎上增加S（安全），且優(yōu)先級最高。

    3.2　信息安全平臺需求

    傳統(tǒng)的信息安全防護是采用多層、點狀的防護機制，如防火墻防護、基于應用的防護、IPS、抗病毒、端點防護等。從安全角度看，上述機制主要是基于狀態(tài)檢測原理，處于分割狀態(tài)，不能提供完善的防護，如7層可見度、基于用戶的訪問控制等。

    因此，宜采用具有完整的、高度融合的、防范內(nèi)外威脅且減小成本的工控信息安全平臺。選擇或構建的新型安全平臺必須具有至少以下9個方面的能力。

    （1）利用威脅防范智能核集成網(wǎng)絡和端點安全；

    （2）基于應用和用戶角色，而不是端口和IP，對通信進行分類；

    （3）支持顆粒度可調(diào)的網(wǎng)絡分段，如基于角色或任務的訪問等；

    （4）本質閉鎖已知威脅；

    （5）檢測和預防未知惡意軟件的攻擊；

    （6）阻止對端點的零日攻擊；

    （7）具有集中管理和報告功能；

    （8）支持無線和虛擬技術的安全應用；

    （9）強大的API和工業(yè)標準管理接口。

    3.3　政府管理層面的需求

    信息安全是一個多維度、多學科、技術和管理并存、動態(tài)發(fā)展的綜合體。要達到國家等級保護3至5級（特別是4級以上），或國際標準所定義的SL3級或SL4級信息安全等級，沒有國家及政府層面的介入，單憑企業(yè)的力量是難以實現(xiàn)的。

    在美國，其國土安全部下屬的NCCIC（國家信息安全和通信一體化中心）和專門成立的ICS-CERT（工控系統(tǒng)-信息安全應急響應工作組），核心任務是幫助關鍵基礎設施資產(chǎn)所有者降低相關控制系統(tǒng)和工藝過程的信息安全風險。ICS-CERT是以天為單位響應每天所發(fā)生的信息安全事件，通過與公司網(wǎng)絡的連接，覆蓋幾乎所有的與控制系統(tǒng)環(huán)境損害有關的攻擊事件。在2014年，ICS-CERT曾對兩類針對控制系統(tǒng)的高級威脅作出及時響應：其一為采用水坑式攻擊的Havex；其二為利用控制系統(tǒng)脆弱性，直接控制人機接口的BlackEnergy。

    為了應對日益增多的針對基礎設施控制系統(tǒng)的威脅，我國也應成立類似的、專門的能源等基礎設施信息安全機構和工作組，從政府層面指導、監(jiān)督、幫助核心企業(yè)應對信息安全風險。

    4　結語

    鑒于能源行業(yè)的特點及信息安全的覆蓋面，應從國家層面開展能源領域控制系統(tǒng)與工控信息安全應用示范。示范宜遵循總體規(guī)劃，針對對象特點和功用的分步驟/分階段/分區(qū)域試用，最后再系統(tǒng)性地集成工程應用的工作模式。考慮到信息安全的維度和深度，宜做好研發(fā)和應用示范的總體規(guī)劃，原則上每一信息安全產(chǎn)品均應經(jīng)過策劃、評審、研制、測試、試用、消缺、驗收、推廣的過程，成熟一個推廣一個，并應做好實施后的定時評測和安全加固。

    在應用示范的基礎上，宜形成適合能源特點的、滿足工控實時性和可靠性需求的信息安全CBK（公共知識體系），包括安全管理、安全體系結構和模型、業(yè)務持續(xù)性計劃、法律法規(guī)、物理安全、操作安全、訪問控制系統(tǒng)和方法、密碼、網(wǎng)絡安全、應用開發(fā)安全等。此外，為方便信息產(chǎn)品的安裝設計、選型應用，國家主管部門宜定期公布各類符合要求的、不同等級的信息安全產(chǎn)品信息。



參考文獻：

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作者簡介：

張晉賓（1967-），男，漢族，教授級高級工程師，中共黨員，現(xiàn)就職于西南電力設計院，任設計總工程師，長期從事電力設計、咨詢、研究及管理，智能設計軟件的研發(fā)及應用管理工作等。