對分散在鋼鐵行業(yè)物理隔離的各生產(chǎn)流程中的工業(yè)控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集，物理單向上傳至生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，對工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡進行網(wǎng)絡安全防護建設的同時，滿足企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)對生產(chǎn)業(yè)務調(diào)度、監(jiān)控的需求，抵御兩網(wǎng)間相互的非法入侵與攻擊。

　　01 項目背景

　　本文主要介紹某鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡安全防護建設，在鋼鐵企業(yè)的實際網(wǎng)絡環(huán)境中，支撐生產(chǎn)調(diào)度業(yè)務的網(wǎng)絡系統(tǒng)主要包含：工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡與生產(chǎn)管理網(wǎng)絡。工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡主要負責企業(yè)實際的生產(chǎn)業(yè)務，生產(chǎn)管理網(wǎng)絡主要負責生產(chǎn)調(diào)度級決策。

　　1.1工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡

　　分散在物理隔離的各生產(chǎn)流程中的34套工業(yè)控制系統(tǒng)，大部分為DCS控制系統(tǒng)，部分控制系統(tǒng)采用西門子PLC設備。現(xiàn)場控制層：主要包括各類DCS控制器及PLC控制器，用于對各現(xiàn)場設備進行控制；過程監(jiān)控層：主要包括過程控制服務器與HMI/SCADA系統(tǒng)功能單元，用于對整個生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進行采集和監(jiān)控，工藝技術人員通過操作員站對現(xiàn)場控制層進行工藝參數(shù)的調(diào)整和優(yōu)化，維護正常的生產(chǎn)過程。

　　1.2生產(chǎn)管理網(wǎng)絡

　　主要通過生產(chǎn)綜合調(diào)度系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)（EMS）等生產(chǎn)管理系統(tǒng)，用于為企業(yè)提供包括生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)管理、計劃排產(chǎn)管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、庫存管理、質(zhì)量管理、人力資源管理、成本管理、物流管理等生產(chǎn)管理服務。

　　生產(chǎn)管理網(wǎng)絡通過部署2臺冗余數(shù)采服務器實現(xiàn)對生產(chǎn)線的實時生產(chǎn)信息的采集，上傳到生產(chǎn)綜合調(diào)度系統(tǒng)等系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫及業(yè)務數(shù)據(jù)庫中，為生產(chǎn)決策提供數(shù)據(jù)支撐。通過對生產(chǎn)綜合調(diào)度系統(tǒng)的建設，可快速全面地得到企業(yè)績效目標與實際生產(chǎn)指標的差異，監(jiān)控生產(chǎn)運動動態(tài)情況及時發(fā)現(xiàn)異常并做出正確決策，實現(xiàn)企業(yè)績效持續(xù)提升。

　　02 項目目標

　　依照本試點項目的設計，可使某鋼鐵工控系統(tǒng)實現(xiàn)對黑客、病毒、惡意代碼等高風險抵御，阻止內(nèi)部/外部人員的非法訪問，工控系統(tǒng)中的相關數(shù)據(jù)采集做到純物理單向上傳到生產(chǎn)管理網(wǎng)絡的生產(chǎn)綜合調(diào)度系統(tǒng)中，零數(shù)據(jù)包返回。

　　本試點項目的建設目標和主要任務如下：

　?。?1 ） 抵御互聯(lián)網(wǎng)/辦公網(wǎng)發(fā)起的惡意攻擊和破壞；

　?。?2 ） 防止勒索病毒、木馬等惡意程序?qū)た仃P鍵系統(tǒng)造成不利影響和破壞；

　?。?3 ） 對工控關鍵系統(tǒng)主機進行USB接口管控、系統(tǒng)加固、病毒預防等；

　?。?4 ） 對數(shù)采服務器及生產(chǎn)綜合調(diào)度系統(tǒng)等生產(chǎn)管理系統(tǒng)的運維人員實時管控與審計；

　　（ 5 ） 實現(xiàn)數(shù)采鏈路間的物理隔離與訪問控制；

　　（ 6 ） 對生產(chǎn)管理網(wǎng)絡進行深度的審計及行為管控；

　　（ 7 ） 對過程監(jiān)控層內(nèi)由DCS、SCADA系統(tǒng)組成的安全域做域間安全隔離與訪問控制；

　?。?8 ） 生產(chǎn)設備資產(chǎn)結合安全設備防護日志等信息匯聚至統(tǒng)一的安全管理平臺，以網(wǎng)絡拓撲、事件預警的方式做微態(tài)勢感知。

　　03 方案設計思路

　　本方案主要實現(xiàn)某鋼鐵企業(yè)工控系統(tǒng)單向數(shù)據(jù)采集上傳到生產(chǎn)管理網(wǎng)絡生產(chǎn)綜合調(diào)度系統(tǒng)的功能，同時又要做到各生產(chǎn)控制系統(tǒng)安全域間的安全隔離與訪問控制，因此推薦安盟華御“工業(yè)數(shù)采單向光閘+工業(yè)防火墻”方案，以實現(xiàn)安全防護功能。

　?。?1 ） 工業(yè)數(shù)采單向光閘：實現(xiàn)關鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)單向數(shù)據(jù)采集上傳到生產(chǎn)管理層生產(chǎn)綜合調(diào)度系統(tǒng)（光信號，無反饋）。

　?。?2 ） 工業(yè)防火墻：實現(xiàn)各生產(chǎn)控制系統(tǒng)安全域間的安全隔離與信息交換訪問控制。

　　04 整體解決方案

　　在某鋼鐵企業(yè)實際應用環(huán)境中，控制網(wǎng)絡都是“敞開的”，比如與生產(chǎn)綜合調(diào)度與辦公網(wǎng)OA/ERP的業(yè)務交互，在各控制系統(tǒng)安全域邊界及層級邊界缺乏有效單向控制與隔離、安全審計、運維防護等技術和機制。

　　在本項目中的關鍵技術使用安盟華御工業(yè)數(shù)采單向光閘將生產(chǎn)控制區(qū)中的各類數(shù)據(jù)采集匯總，單向?qū)С鲋镣饩W(wǎng)側，可對外提供OPC、Modbus TCP等通用數(shù)據(jù)服務，同時可對接阿里、華為等各類云平臺。數(shù)據(jù)從工控網(wǎng)向管理網(wǎng)的單向傳輸，規(guī)避了威脅信息通過管理網(wǎng)進入工控網(wǎng)的風險。

　　本項目建設需要對3條數(shù)采鏈路及1條辦公網(wǎng)絡系統(tǒng)的鏈路進行防護，做到生產(chǎn)系統(tǒng)的高安全隔離。輔以工業(yè)防火墻設備、工業(yè)審計系統(tǒng)、主機衛(wèi)士及網(wǎng)絡安全管理平臺，對工控生產(chǎn)網(wǎng)絡進行全方位的網(wǎng)絡安全防護，保護企業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡的安全。網(wǎng)絡安全設計圖如圖1所示。

　　圖1 網(wǎng)絡安全設計圖

　　以某鋼鐵企業(yè)實際業(yè)務需求為基礎，綜合各類安全產(chǎn)品特性，以生產(chǎn)安全為目的，通過最小經(jīng)濟投入，合理配備少量安全產(chǎn)品，實現(xiàn)最大化的安全收益。

　?。?1 ） 使用工業(yè)數(shù)采單向光閘實現(xiàn)單向數(shù)據(jù)采集與上傳。根據(jù)數(shù)采鏈路數(shù)量以及工業(yè)數(shù)采單向光閘產(chǎn)品的物理接口數(shù)量，兼顧接口冗余備份功能，可配備12臺安盟華御工業(yè)數(shù)采單向光閘（每套工業(yè)數(shù)采單向光閘共5個通信接口，啟用其中3個通信接口作為采集接口，留1個接口備用、1個接口管理使用），如圖2所示。

　　圖2 工業(yè)數(shù)采單向光閘數(shù)采鏈路

　?。?2 ） 使用工業(yè)防火墻防護數(shù)據(jù)采集鏈路，同時對安全域間的信息交換做安全策略配置，并做到采集鏈路間的隔離。每3條數(shù)采鏈路匯聚到1臺工業(yè)防火墻上，每條鏈路使用獨立網(wǎng)橋，互不干涉。34條數(shù)采鏈路，配備12臺工業(yè)防火墻（通過接口擴展，每臺工業(yè)防火墻最大支持10個通信接口，提供6個接口作為通信口，做3進3出的3條鏈路防護，留2進2出作為備份。每臺工業(yè)防火墻對應1臺工業(yè)數(shù)采單向光閘），如圖3所示。

　　圖3 工業(yè)防火墻防護數(shù)據(jù)采集鏈路

　　05 項目難點與創(chuàng)新點

　　（ 1 ） 工業(yè)數(shù)據(jù)收集層面

　　在某鋼鐵企業(yè)實際的34條數(shù)采鏈路中，包含了多種類型的工業(yè)自動化系統(tǒng)，廠家也存在差異，因此數(shù)據(jù)采集工作需要一種具備多種采集協(xié)議的平臺設備。安盟華御工業(yè)數(shù)采單向光閘的內(nèi)網(wǎng)單元數(shù)采模塊支持多類工業(yè)協(xié)議，如常見的DCS系統(tǒng)、PLC控制器、智能儀表、數(shù)控機床類設備等，具備高速集成各類工業(yè)控制系統(tǒng)的能力。

　?。?2 ） 邊界安全隔離層面

　　隨著工業(yè)自動化及智能制造技術的大力推進，企業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)管理網(wǎng)絡與生產(chǎn)控制網(wǎng)絡的邊界變得不再清晰，存在著業(yè)務信息的上傳和數(shù)據(jù)的交叉，而兩個網(wǎng)絡中都存在系統(tǒng)升級、數(shù)據(jù)備份等，移動介質(zhì)的不規(guī)范使用給兩個網(wǎng)絡都帶來了安全威脅。安盟華御數(shù)采單向光閘利用SFP光模塊中發(fā)光器和收光器分離的技術特點，設備既實現(xiàn)了工控網(wǎng)數(shù)據(jù)的單向?qū)С?，又實現(xiàn)了辦公網(wǎng)無任何反饋信號至工控網(wǎng)，將兩網(wǎng)絡間的安全邊界做到了物理隔離。

　?。?3 ） 工業(yè)協(xié)議自身漏洞層面

　　由于工控發(fā)展史及工控系統(tǒng)限制性等，工控系統(tǒng)SCADA軟件、PLC控制系統(tǒng)、工業(yè)通信協(xié)議等在設計過程中主要考慮可用性、實時性，對安全性的考慮不足，存在著被入侵和攻擊的可能。而生產(chǎn)管理網(wǎng)絡與生產(chǎn)控制多使用工業(yè)協(xié)議進行通訊，安全性不能得到保證。安盟華御數(shù)采單向光閘對生產(chǎn)控制系統(tǒng)不同的工業(yè)協(xié)議類型進行數(shù)據(jù)采集，以統(tǒng)一的工業(yè)協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)給采集服務器，單向上傳過程中使用安盟華御專有協(xié)議進行通訊，物理隔離的同時也做到協(xié)議隔離，形成安全邊界的雙重安全防護。

　　（ 4 ） 安全設備自身安全層面

　　在數(shù)據(jù)采集工作進行時一般采用建立二級中心的方式，使用雙網(wǎng)卡數(shù)采機進行數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)發(fā)，使用的系統(tǒng)存在著不打補丁、不做備份、漏洞遍布的情況，很難保證其自身安全。安盟華御工業(yè)數(shù)采單向光閘采用SUOS自主操作系統(tǒng)（類Linux操作系統(tǒng)），經(jīng)過專業(yè)系統(tǒng)加固，具備工控行業(yè)里高可靠、高安全的特性，是安全邊界的可靠保障。

　　06 項目價值

　?。?1 ） 無縫兼容

　　所選工業(yè)數(shù)采單向光閘產(chǎn)品數(shù)采模塊支持多類工業(yè)協(xié)議，能夠滿足與某鋼鐵企業(yè)工控系統(tǒng)無縫對接，又能夠提升整體計算環(huán)境的性能和穩(wěn)定性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與物理單向上傳，安全量身定做。

　?。?2 ） 物理單向隔離

　　利用SFP光模塊中發(fā)光器和收光器分離的技術特點，設備既實現(xiàn)了工控網(wǎng)數(shù)據(jù)的單向?qū)С?，又實現(xiàn)辦公網(wǎng)無任何反饋信號至工控網(wǎng)，為工控網(wǎng)提供絕對安全的運行環(huán)境。能夠阻止各種已知與未知的安全風險，防止病毒以及相關變種通過數(shù)據(jù)采集鏈路傳播到工控生產(chǎn)系統(tǒng)中。

　?。?3 ） 協(xié)議歸一

　　工業(yè)數(shù)采單向光閘可對生產(chǎn)控制系統(tǒng)不同的工業(yè)協(xié)議類型進行數(shù)據(jù)采集，以統(tǒng)一的工業(yè)協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)給采集服務器，如OPC DA，Modbus TCP等。OPC DA協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)功能具備分離式部署能力，既可保證工業(yè)數(shù)采單向光閘外網(wǎng)單元與數(shù)采服務器間協(xié)議隔離，又可方便用戶省去傳統(tǒng)OPC配置DCOM的繁瑣操作，減輕工作量。

　?。?4 ） 設備自身安全

　　工業(yè)數(shù)采單向光閘采用SUOS自主操作系統(tǒng)（類Linux操作系統(tǒng)），設備規(guī)避了微軟Windows操作系統(tǒng)多漏洞風險，并可屏蔽常規(guī)桌面系統(tǒng)的惡意代碼，自身安全性高。

　?。?5 ） 可視化管控

　　實現(xiàn)對生產(chǎn)網(wǎng)業(yè)務系統(tǒng)操作的管理和審計，對操作人員做到“事前可知、事中可控、事后可查”的運維操作全過程管理。

　?。?6 ） 異常操作審計與攻擊預警

　　快速識別出數(shù)采層中的相關非法操作、異常事件、外部攻擊等，并實時報警。

　?。?7 ） 工控工作站防護

　　能實時防止用戶的違規(guī)和誤操作、阻止不明程序，授權移動存儲介質(zhì)訪問權限等，有效提高工控主機的深度“免疫”能力。

　?。?8 ） 綜合審計

　　可完成數(shù)采層設備實時信息收集，實時監(jiān)測終端設備的通信流量和安全事件。進行不間斷安全事件關聯(lián)分析，通過強大的一體化安全管控功能界面實現(xiàn)多視角、多層次的管理與安全可視化。

　　07 技術推廣

　　隨著兩化融合、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等信息化建設的步伐越來越快，各企業(yè)中的自動化網(wǎng)絡系統(tǒng)不再是信息孤島，網(wǎng)絡間的業(yè)務交換需求也越來越多，安全問題因此日益增多，生產(chǎn)網(wǎng)絡和信息安全問題成為威脅工業(yè)企業(yè)安全的重大隱患。隨著對工控安全問題的不斷認識和了解，尤其是關鍵基礎設備的安全防護，國家已頒布和制定了相應的制度和法規(guī)，信息安全建設提到一定的高度，建設的重點也從開始的自動化應用、技術研發(fā)轉(zhuǎn)移到現(xiàn)在的安全建設以及全面的安全監(jiān)測，目前安盟華御工業(yè)數(shù)采單向光閘設備已在制造、能源、水利、軍事等行業(yè)大力推廣。