賀騰飛
核電廠作為重要的能源供應(yīng)設(shè)施,其儀控系統(tǒng)安全防護至關(guān)重要。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)化程度的提升,核電廠儀控系統(tǒng)面臨著越來越復(fù)雜的安全挑戰(zhàn)和威脅。一旦儀控系統(tǒng)受到攻擊或遭遇故障,可能對核電廠的安全運行和人員生命財產(chǎn)造成嚴重影響。因此,研究核電廠儀控系統(tǒng)安全防護策略具有重要的現(xiàn)實意義和深遠的戰(zhàn)略意義。通過深入研究核電廠儀控系統(tǒng)的安全問題,探討安全防護策略的制定和應(yīng)用,能夠提高核電廠儀控系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性,降低安全風(fēng)險,保障核電廠的正常運行。這不僅關(guān)乎核電工業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè),也關(guān)乎國家的能源安全和國民生活的穩(wěn)定。
一、核電行業(yè)儀表控制系統(tǒng)信息安全的威脅
(一)硬件和軟件方面的安全隱患
核電廠儀表控制系統(tǒng)信息安全受到硬件和軟件方面的威脅。硬件方面可能存在不安全設(shè)備使用風(fēng)險,如未認證的傳感器或控制器,易受供應(yīng)鏈攻擊。軟件方面存在漏洞和不安全代碼風(fēng)險,可能遭受惡意軟件或病毒攻擊,導(dǎo)致系統(tǒng)故障或數(shù)據(jù)泄露。此外,必須關(guān)注軟件更新、權(quán)限管理和未經(jīng)授權(quán)訪問問題,以免系統(tǒng)受到內(nèi)部或外部攻擊威脅。
(二)網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險
核電廠儀表控制系統(tǒng)存在網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險。現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)連接方式使得儀控系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡(luò)相連,為潛在的攻擊者提供了入侵機會。黑客可能利用網(wǎng)絡(luò)漏洞或弱密碼入侵系統(tǒng),并進行惡意操作,例如改變設(shè)備參數(shù)、干擾控制信號等,嚴重影響核電廠的安全運營。此外,針對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的攻擊如DDoS或中間人攻擊(Man-in-the-Middle),也需要引起警覺,以避免通信中斷、數(shù)據(jù)竊取或篡改等后果。
(三)社會工程學(xué)攻擊
社會工程學(xué)攻擊也是儀表控制系統(tǒng)面臨的威脅之一。攻擊者可能通過釣魚郵件、冒充員工或供應(yīng)商等手段,獲取訪問儀表控制系統(tǒng)的權(quán)限,并進行未經(jīng)授權(quán)的操作。這種攻擊方式可能會導(dǎo)致儀表控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)泄露、設(shè)備損壞或惡意篡改。
二、核電廠儀控系統(tǒng)安全防護策略
(一)軟件修改防護
軟件修改防護是核電廠儀控系統(tǒng)安全的重要策略之一。為確保系統(tǒng)的安全性和可靠性,核電廠需要建立嚴格的軟件管理機制。這包括標準化管理軟件程序、限制軟件修改權(quán)限,并建立軟件變更記錄等措施。此外,可使用技術(shù)手段如數(shù)字簽名技術(shù)進行軟件驗證、加密技術(shù)保護存儲和傳輸安全,以及定期漏洞掃描維護軟件的安全性。還需實施強有力的訪問控制措施,僅授權(quán)人員可進行軟件修改和更新操作,并建立定期審計機制,監(jiān)控并應(yīng)對異常行為,確保核電廠儀控系統(tǒng)的安全。(如圖1所示)
圖1??核電儀控系統(tǒng)信息安全防護體系
(二)優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)
優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)是核電廠儀控系統(tǒng)安全防護的重要策略之一。合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、加強數(shù)據(jù)加密和認證機制,以及定期更新維護設(shè)備與軟件是關(guān)鍵措施。建立安全的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、強化訪問控制和監(jiān)控機制可減少攻擊面,加強數(shù)據(jù)保護。使用強加密算法保障傳輸數(shù)據(jù)安全,建立身份認證機制限制非授權(quán)用戶訪問。定期檢查更新設(shè)備軟件補丁、建立異常檢測機制以確保網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行。
(三)黑白名單技術(shù)對比
黑白名單技術(shù)是一種用于過濾訪問權(quán)限的方法,可以提高儀控系統(tǒng)的安全性。白名單技術(shù)則允許信任設(shè)備訪問,限制系統(tǒng)與之交互,降低被攻擊風(fēng)險。黑白名單技術(shù)相比較而言,黑名單技術(shù)更適合防御未知的安全威脅,因為可以根據(jù)已知的安全威脅列表進行禁止訪問的操作。然而,黑名單技術(shù)存在的一個問題是漏洞的零時性,即對于新的安全威脅或惡意軟件,系統(tǒng)可能無法及時發(fā)現(xiàn)并添加至黑名單中。白名單技術(shù)則更注重信任設(shè)備和程序的訪問,只有經(jīng)過授權(quán)的設(shè)備和程序才能夠與系統(tǒng)進行通信和交互,從而極大地降低了潛在的被攻擊風(fēng)險。然而,白名單技術(shù)需要管理員不斷更新信任列表,確保系統(tǒng)能夠與新的設(shè)備和程序進行正確的通信。
(四)TTCAN協(xié)議防護技術(shù)
TTCAN協(xié)議防護技術(shù)是核電廠儀控系統(tǒng)安全的重要策略之一。TTCAN(Time-Triggered?Controller?Area?Network)是一種基于時間觸發(fā)的控制器局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,常用于實時控制系統(tǒng)中,包括核電廠儀控系統(tǒng)。采用TTCAN協(xié)議防護技術(shù)可以有效保障核電廠儀控系統(tǒng)的通信安全和穩(wěn)定性。通過建立嚴格的通信規(guī)則和安全策略,確保TTCAN通信數(shù)據(jù)的完整性和保密性。加強網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的加密和認證機制,采用加密算法保障數(shù)據(jù)傳輸安全,并建立有效的身份認證機制。定期檢查和維護設(shè)備固件和軟件,及時修復(fù)漏洞,確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。同時,建立網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)監(jiān)測機制,實時發(fā)現(xiàn)并解決異常情況,保障TTCAN通信的穩(wěn)定性。
(五)安全培訓(xùn)與意識培養(yǎng)
安全培訓(xùn)與意識培養(yǎng)是防范信息安全威脅的重要環(huán)節(jié)。通過培訓(xùn)活動,提高員工對安全風(fēng)險的認知水平,加強安全意識,培養(yǎng)正確的安全行為習(xí)慣。培訓(xùn)內(nèi)容包括安全知識和技能,幫助員工掌握安全工作方法,提高應(yīng)對安全事件的能力。意識培養(yǎng)通過案例分析、模擬演練等形式,引導(dǎo)員工認識到安全對于核電廠運營的重要性,并激發(fā)他們主動關(guān)注安全風(fēng)險、自覺遵守安全規(guī)定的主動性。同時,建立安全文化,倡導(dǎo)“安全第一”的理念,使安全意識融入每個工作環(huán)節(jié)中,確保安全工作成為全員共同的責任和習(xí)慣。根據(jù)崗位需求制定培訓(xùn)計劃和內(nèi)容,提升員工的專業(yè)素養(yǎng)和安全意識,增強核電廠儀控系統(tǒng)的安全防護水平。
三、核電廠儀控系統(tǒng)安全防護具體實施措施
白名單防護策略的實施一般分為以下步驟。
(一)規(guī)劃與計劃
在規(guī)劃和計劃階段,需要對涉及的業(yè)務(wù)、區(qū)域和主機進行詳細的排查和定義,明確選擇適用的白名單技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃,并且充分考慮系統(tǒng)的整體安全和可用性。在白名單防護策略的實施過程中,需要明確核電廠儀控系統(tǒng)中涉及的具體業(yè)務(wù)功能、區(qū)域范圍以及相關(guān)主機設(shè)備。針對每個主機設(shè)備,需要詳細確定所采用的白名單技術(shù)。這可能涉及操作系統(tǒng)級別的白名單控制、應(yīng)用程序級別的白名單管理以及設(shè)備間通信的白名單規(guī)劃,并根據(jù)具體的技術(shù)特點和業(yè)務(wù)需求進行合理地選擇。在制定白名單計劃時,也需要考慮網(wǎng)絡(luò)層面的白名單管理,包括對網(wǎng)絡(luò)通信的控制、流量過濾、端口訪問等方面的規(guī)劃,確保網(wǎng)絡(luò)通信符合設(shè)定的白名單策略。在進行規(guī)劃和計劃時,需要充分考慮業(yè)務(wù)需求、安全風(fēng)險和系統(tǒng)可用性之間的平衡。白名單安全策略的實施不應(yīng)影響核電廠儀控系統(tǒng)的正常運行,因此規(guī)劃階段需要進行充分的綜合考慮和權(quán)衡。
(二)設(shè)計選型
根據(jù)之前的規(guī)劃和計劃,結(jié)合核電廠儀控系統(tǒng)的特點和需求,設(shè)計合理的網(wǎng)絡(luò)白名單方案。這包括確定哪些網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)被允許,哪些應(yīng)被阻止,如何管理和更新白名單列表等內(nèi)容。對于核電廠儀控系統(tǒng)中的各個主機設(shè)備,需要設(shè)計相應(yīng)的主機白名單方案。在設(shè)計白名單方案時,需要全面考慮核電廠儀控系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程和網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。根據(jù)實際的業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),設(shè)計相應(yīng)的白名單策略,保證白名單部署能夠有效地支持核電廠的正常運行。在設(shè)計階段需要評估市場上的不同白名單產(chǎn)品,并選擇符合核電廠需求的合適產(chǎn)品??紤]產(chǎn)品的功能完備性、易用性、穩(wěn)定性以及服務(wù)支持等因素,在設(shè)計選型階段做出合理的選擇。
(三)驗證原型
在設(shè)計完成之后,根據(jù)設(shè)計方案制定白名單防護的原型。將設(shè)計好的白名單防護原型移至核實驗室中進行驗證。在受控的測試環(huán)境中,進行一系列測試,包括模擬攻擊、訪問控制、白名單策略實施等,以驗證白名單產(chǎn)品的功能是否齊全,以及確保防護措施的有效性。檢查白名單產(chǎn)品是否能夠準確識別并允許合法流量通過,同時阻止非法或惡意訪問。根據(jù)驗證實驗的結(jié)果和反饋,對白名單防護策略的原型進行必要的調(diào)整和改進。不斷優(yōu)化策略,直到確保白名單防護方案能夠滿足核電廠儀控系統(tǒng)的安全需求。
(四)實施
在驗證通過后,通過白名單的程序進入實施階段之前,就必須確保主機沒有感染惡意軟件。白名單產(chǎn)品通常需要經(jīng)過學(xué)習(xí)階段才能生效,這個過程被稱為白名單過程。白名單過程非常關(guān)鍵,因為如果將惡意軟件錯誤地添加到白名單中,那么白名單方案就無法保證主機的安全性。特別是對于工業(yè)控制行為,白名單策略需要長期地研究和細致地考量。實施階段通常分為兩個步驟。①學(xué)習(xí)階段,在這個階段內(nèi),系統(tǒng)會收集當前的網(wǎng)絡(luò)流量、過程和計算環(huán)境的信息,并將其列入白名單。在這個階段,白名單不會強制攔截任何內(nèi)容,而只會生成警報并等待管理員的確認。②白名單正式生效階段,此時白名單會開始攔截不符合白名單要求的工業(yè)控制程序、消息和操作,以確保系統(tǒng)運行的安全性。
(五)維護
實施白名單后,需要定期維護。維護內(nèi)容主要包括:檢查相關(guān)日志和產(chǎn)品告警信息,以驗證系統(tǒng)是否正常運行,在安裝或更新軟件時需要進行白名單更新。
四、結(jié)語
本文通過對核電廠儀控系統(tǒng)安全防護策略的研究和應(yīng)用,總結(jié)出了幾項有效的措施,包括優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)、TTCAN協(xié)議防護技術(shù)以及安全培訓(xùn)與意識培養(yǎng)。這些策略在實踐中得到了驗證,能夠有效提升核電廠儀控系統(tǒng)的安全性和可靠性。然而,由于信息安全領(lǐng)域的不斷發(fā)展和技術(shù)的進步,仍然需要不斷研究和改進安全防護策略,以適應(yīng)新形勢下的安全威脅。只有保持高度警惕并不斷加強核電廠儀控系統(tǒng)的安全防護,才能確保核電廠的安全穩(wěn)定運行。
(作者單位:華能山東石島灣核電有限公司)