מערכות תשתיות קריטיות – רשתות כוח, מתקני טיפול במים, רשתות תחבורה ותחנות ייצור – מיצגות את הבסיס של החברה המודרנית. המערכות הללו מסתמכות על מערכות סייבר-פיזיות (CPS) שמשלבות מחשוב, תקשורת ותהליכים פיזיים.כטכנולוגיה מבצעית (OT) מתאחדת עם צוותים של טכנולוגיות מידע (IT), פני השטח המתחוללים מתרחבים, ויוצרות הזדמנויות ליריבים כדי לשבש פעולות פיזיות באמצעות שיטות אבטחה מסורתיות.

הבנת הנוף Cyber-Physical

מערכות סייבר-פיזיות בתשתיות קריטיות שונות ביסודן ממערכות IT מסורתיות. בסביבת IT סטנדרטית, מטרות האבטחה העיקריות במרכז סודיות, יושרה וזמינות של נתונים.בסביבה OT, בטיחות וזמינות של תהליכים פיזיים לקחת precedence. שרת שנפגע ברשת ארגונית עלול להוביל לאובדן נתונים, אך PLC נפגע בתת כוח עלול לגרום נזק פיזי או שחור נרחב.

ההסכמה של IT ו-OT

דחיפה ליעילות מבצעית, ניטור מרחוק וניתוח נתונים הובילה את השילוב של רשתות OT חד-פעמיות עם מערכות IT תאגידיות והאינטרנט.התכנסות זו מציגה אתגרים ביטחוניים משמעותיים. Legacy OT, אשר נועדו לעתים קרובות לפעול במשך עשרות שנים, חסר תכונות אבטחה בסיסיות כגון אימות, הצפנה, ו- סימולציות תעשייתיות תעמולה כמו Modbus, D3, ו- IEC נועדו לאמינות של תהליכים אלה, לא יכולים למחולל נתונים זדוניים או לנפץ.

אתגרים ייחודיים באבטחת תשתיות קריטיות

תשתיות קריטיות דורשות התייחסות למספר מגבלות ייחודיות:

  • (FLT:0) זמינות ובטיחות: FLT:1 מערכות חייב לפעול ברציפות החלת כתמים או שכפול מכשירים לא יכול להיות אפשרי עקב דרישות תפעוליות.
  • (FLT:0Legacy Systems: 1FLT ציוד עם תוחלת חיים של 15-30 שנים לא יכול להפעיל את תוכנת האבטחה המודרנית.
  • (FLT:0) ,Time Constraints: 1) בקרות אבטחה אסור להציג שקיפות אשר משבשת תהליכים רגישים לזמן.
  • (FLT:0) מורכב תלות: תהליכים פיזיים 1FLT תלויים במספר רב של אינטראקציה בין רכיבי סייבר ורכיבים פיזיים.כשל בחלק אחד יכול לקשק ללא משפט.

אתגרים אלה דורשים גישה ביטחונית העוברת מעבר לממציאים הפשוטים של נכסים וסריקות פגיעות.אנשי אבטחה חייבים להבין כיצד כשלים ספציפיים של סייבר או התקפות להשפיע על התפקודים הפיזיים של המערכת.

מודלים פונקציונליים כמתודולוגיה של Foundational

מודלים פונקציונליים היא גישה ממושמעת לייצג את מה שמערכת עושה, איך הרכיבים שלה אינטראקציה, ואיך נתונים, אנרגיה וחומרים לזרום דרכו.זה מספק דרך שיטתית כדי לפרק מערכות מורכבות לפונקציות ניתנות לניהול, כל אחד עם קלטות מוגדרות, בקרה, פלטים ומנגנונים.על ידי יצירת ייצוג מובנה זה, אנליסטים אבטחה יכולים לבצע מודל, ניתוח השפעה, וסימולציה כדי לזהות פרצות כי ישארכות אחרת.

מה מביא מודל פונקציונלי?

מודל פונקציונלי שונה באופן משמעותי ממאגרי נכסים או תרשים רשת. An Assets רשימות וגרסאות תוכנה.אגרמת רשת מראה קישוריות.מודל פונקציונלי תופס את ה-FLT:0behaviortureFLT:1 של המערכת.זה מתאר פונקציות כגון "לחץ מים מוסדר", "Execute Breaker Trip Command", או "ניהול Turbine Speed" כל פונקציה צורכת בין אותות אנרגיה, לבין אנליסטים, כיצד ניתן ליצור גירסאות של מערכת הפעלה, באמצעות אנליסטים (למשל, אנליסטים).

שילוב של מודלים פונקציונליים עם תקני אבטחה

מודלים פונקציונליים היישרות בשיתוף פעולה עם מסגרות אבטחה מבוססות עבור מערכות בקרה תעשייתיות.הסדרה ISA/IEC 62443 מספקת מסגרת מקיפה לאבטחת סביבות OT. מושג ליבה ב-IEC 62443 הוא קטע הרשתות ל-FLT:0zonesFLT:1 ו-FLT:2conduitsciosplest 3 בהתבסס על דרישות אבטחה ופונקציונליות מספקת לפונקציות ספציפיות של ניהוליות.

המונחים: Functional Decomposition in Practice

קידוד פונקציונלי כרוך בפירוק מטרה מערכת ברמה גבוהה לפונקציות מפורטות יותר.לדוגמה, הפונקציה ברמה גבוהה "Delivered Water" יכול להיות מופרש לתוך "לתפוס את Raw Water", "טיפול כימי משוער", "איכות המים של Monitor", ו "Control Pumping לחץ" כל אחד של פונקציות תת-תפקוד אלה יכול להיות מחוספס עוד עד רמת החיישנים בודדים, ולהבטיח כי הוא מייצגות כולל.

היתרונות העיקריים של אסטרטגיית אבטחה פונקציונלית

אימוץ מודלים פונקציונליים מספק מספר יתרונות ברורים על פני גישות אבטחה מסורתיות.זה מאפשר לארגונים לנוע מ יציבה תגובתית, ממוקדת ציות לאסטרטגיה אקטיבית, מודעת לסיכון.

איומים הזדהות

במקום לשאול "מה קיימות פרצות במכשיר הזה?"מודל פונקציונלי מאפשר לאנליסטים לשאול "איך יכול איום ספציפי לשבש את תפקוד "העוצמה העיקרית של גרידן?", ההקשר הזה הופך את ניהול הפגיעות.פגיעות במערכת תומכת בתפקוד ניטור לא קריטי עלול להיות מחוספס, בעוד פגיעת פגיעה בתפקוד ביקורתי בטיחות דורשות תשומת לב מיידית.

הנדסה מוגברת

מודלים פונקציונליים מאפשרים לצוותי אבטחה לזהות נקודות בודדות של כשל בתוך המערכת.על ידי סימון הכישלון של פונקציות ספציפיות או את הפשרה של זרימת נתונים ספציפיים, מהנדסים יכולים לזהות היכן חסר או היכן תלויות מציבות סיכון בלתי מתקבל על הדעת.התובנות האלה מכוונות את העיצוב של ארכיטקטורות גמישות, כגון יישום בקרים אדומים, נתיבי תקשורת מגוונים, או יכולות חסומות כי להבטיח הפעלה בטוחה אפילו תחת תפקוד סייבר-F: פעולות קריטיות של אבטחת סייבר 1.

שיפור התקשורת ושיתוף הפעולה

מודלים פונקציונליים משמשים גשר בין מהנדסי OT, אשר מבינים את התהליך הפיזי, ואנליטיקנים אבטחת המידע, אשר מבינים את האיומים על סייבר.הייצוג התפקודי מספק שפה משותפת ששני הצוותים יכולים להשתמש כדי לדון סיכונים מבלי לדרוש מומחיות עמוקה בתחומים של זה. שיתוף פעולה זה חיוני לפיתוח בקרה יעילה, משולבת אבטחה שמגן על שני ההיבטים הפיזיים של המערכת.

תמיכה ב Compliance and Audit

מסגרות תגמול כגון NERC CIP עבור תעשיית הכוח דורשות מבעלי נכסים לזהות נכסים קריטיים ולהראות כי בקרת אבטחה מתאימה נמצאים במקום.מודל פונקציונלי מספק את התיעוד והראיות הדרושים כדי לספק את הדרישות הללו.זה מדגים הבנה שיטתית של המערכת ומראה כיצד בקרה אבטחה להגן על פונקציות ספציפיות, מתן אודיטורים עם אבטחה ברורה, מחוסנת.

מדריך מעשי ליישום מודלים פונקציונליים

יישום מודלים פונקציונליים אינו דורש יתר מוחלט של תוכניות אבטחה קיימות.זוהי מתודולוגיה שניתן לאמץ באופן מצטבר, החל מהמערכות הקריטיות ביותר.הצעדים הבאים מכנים גישה מעשית לפרוס מודלים פונקציונליים בסביבה תשתיות קריטיות.

שלב 1: גילוי מערכת ופעולה

הצעד הראשון הוא לאסוף את כל המסמכים הזמינים, כולל דיאגרמות פיטורים ומכשיר (P&IDs), תהליך הזרמת דיאגרמות (PFDs), דיאגרמות רשת וממציאים נכסים. צוות הנדסי המוכר לתהליך הפיזי צריך להוביל את הפירוק הפונקציונלי. Define את המשימה ברמה גבוהה של המערכת, ולאחר מכן לשבור אותו לתוך מחסניות תת-תפקודים מקובע.

שלב 2: תלות במיפוי ואגודת נכסים

ברגע שההיררכיה התפקודית מוגדרת, ממפה את הסייבר הבסיסי ואת הנכסים הפיזיים התומכים בכל תפקיד.עבור כל פונקציה, לזהות את הבקרים, החיישנים, המתמריצים, מתגי רשת, שרתים, ויצירות אשר מעורבים.זה יוצר גרף תלות המקשר את נכסי הסייבר להקשר התפעולי שלהם.צעד זה קריטי כי הוא מגלה את ההשפעה העסקית האמיתית של נכס נפגע. A לא חשוב לכאורה כי השרת עשוי להיות היסטוריון חיוני עבור פונקציות "אופטיות" תהליכים כימיים.

שלב 3: איומים על מודלים וסאריו סימלוציה

עם המודל הפונקציונלי וגרף התלות להשלים, צוות האבטחה יכול להתחיל איום מובנה מודל. מסגרות כגון סטרייד (Spoofing, Tampering, Repudiation, גילוי מידע, הכחשת השירות, אלביעה של Privilege) ניתן ליישם על כל זרימת נתונים ותפקוד בתוך המודל. Walk Through תרחישים התקפה: מה קורה אם תוקפים רמת חיישן לקריאה של מעגל זדונית כדי להבין את ה-SLC הזה?

שלב 4: הערכת סיכונים ובחירת מייגציה

אנליז את תוצאות הסימולציה כדי לזהות את הסיכונים הקריטיים ביותר.לדמיין תרחישים שעלולים לגרום למקרים בטיחותיים, להרחיב את זמן ההאטה, או השפעה תפעולית חמורה.עבור כל סיכון, לפתח סטיות או יותר. Mitigations עשוי לכלול הוספת פלח רשת (אזורים אכילה ו conduits per IEC 62443), יישום אימות חזק עבור פרוטוקולים ספציפיים (למשל, IEC 51 623 עבור מערכות כוח), מסייע אופטימיזציה עבור זיהוי פונקציונליות ספציפיות.

שלב 5: תחזוקה רציפה של מודל

מודל פונקציונלי הוא מסמך חי.כפי שמערכות משתנות, מורחבות, או מבוטלות, המודל חייב להיות מעודכן.שינויים בתהליך הפיזי, בקרה לוגיקה, או ארכיטקטורת רשת צריכים לעורר סקירה של המודל התפקודי והערכה מחודשת של סיכונים הקשורים. integraing את המודל לתוך מסד נתונים ניהול תצורה (CMDB) או פלטפורמת אבטחה ייעודית מסייעת לשמור על הדיוק והרלוונטיות שלו לאורך זמן.

מחקר: עידוד רשת חכמה

מפעיל שידור אזורי בניהול רשת חכמה מורכבת מספק דוגמה משכנעת של מודלים פונקציונליים בפעולה.המפעיל נתקל משטח התקפה גדל עקב שילוב מקורות אנרגיה מתחדשת, תשתיות מ"מ מתקדמות ואוטומציה נרחבת באמצעות תקן IEC 61850.תוכנית האבטחה הקיימת הייתה ממוקדת נכסים, המתמקדת בתיקון וסגריקה, אשר סיפקו חשיפה מוגבלת לסיכונים של סייבר-פיזי.

האתגר

למפעיל היו יותר מ-50 תת-קבוצות עם ציוד מורשת מגוון.צוות ההנדסה הבין את זרימת הכוח הגופנית, וצוות ה-IT הבין את פרצות הרשת. עם זאת, לא הייתה דרך שיטתית להעריך כיצד התקפה סייבר על ממסר מסוים או קישור תקשורת יכול להשפיע על פונקציות הליבה כגון "החובה העיקרית של רשת" או "לחשוף את ה-Fault Isolation" המפעילה צריכה שיטת זיהוי קריטית של השקעות אבטחה ואבטחה יעילות.

יישום מודלים פונקציונליים

צוות משולב של OT מהנדסים ואנליטיקנים אבטחה בנה מודל פונקציונלי המכסה את שרשרת האספקה כולה, מדורה שנשלחה באמצעות שידור ותפוצה. פונקציות מפתח המוגדרות במודל כללו "תקנות כניסה לשכר", "שליטה שוברת נשימה", "הגנה טרנספורמנדר", ו"Loadncing" המודל ממפה נתונים, כגון ערכים מדגימים, הודעות GOOSE, ו-SCADA, לפרוטוקולים של הרשת הבסיסית שלהם ותהליכי בקרה ותהליכי בקרה על התהליכים הפיזיים.

גילוי ויציאה

המודל התפקודי חשף פגיעות קריטית: שילוב ספציפי של שקיפות רשת ומסר spoofed GOOSE יכול לעקוף תוכניות הגנה בתת-קבוצה שכנה, המוביל לשקפת קלושה המבוססת על נכסים היה זה משום שהמכשירים הבודדים היו מלאים תיקון ותפקודי.

יישומים רחבים יותר על פני תשתיות קריטיות

בעוד שמחקר רשת החשמל הוא ממצא, מודלים פונקציונליים חלים על פני כל המגזרים של תשתיות קריטיות.המתודולוגיה מתאימה לתהליכים הפיזיים הספציפיים והאיומים של כל תחום.

מערכות מים ופסולת

כלי מים מנהלים טיפול, אחסון וחלוקת.מודל פונקציונלי יכול למפות את תהליך העשייה הכימית, לסנן מחזורי שטיפת גב וניהול לחץ.זה עוזר לזהות התקפות נגד בריאות הציבור, כגון מניפולציה של שיעורי מזון כימי או לעקוף תהליכי חיטוי.

תחבורה ולוגיסטיקה

מערכות של רכבות, ניהול מזוודות שדה התעופה ומערכות ניהול התנועה הן מערכות מורכבות Cyber-פיזיות. מודלים פונקציונליים מסייע להבטיח הפרדה לרכבת בטוחה על ידי מודל התלות בין מעגלים, אותות, ושילוב לוגיקה.זה מזהה נקודות כשל שעלול להוביל להתנגשות או עיכובים.עבור שדות תעופה, מודל זרימת המטען ממטוסי בדיקה כדי לטעון מסייע לזהות התקפות סייבר שעלולות לשבש את הפעילות.

ייצור אוטומטי

בייצור ערכי גבוה, מודלים פונקציונליים מגנים על שלמות תהליך הייצור.מודל תאים רובוטיים, קווי ייצור ומערכות בקרת איכות מסייע לזהות התקפות שיכולות לשנות את מפרט המוצר, ציוד הנזק, או ליצור סיכונים בטיחותיים.שילוב של בטיחות פונקציונלית וביטחון הוא מוקד גובר במגזר זה.FLT:0 תקן ISA 62443 LT 1LT מציע הדרכה מפורטת על עקרונות אלה ליישום אוטומציה תעשייתית.

אימוץ מודל אבטחה Cyber-Physical

כאשר יריבים מפתחים טכניקות מתוחכמות יותר כדי לכוון את הצומת של מערכות דיגיטליות ופיזיות, אסטרטגיות אבטחה חייבות להתפתח.תשתית קריטית אינה יכולה להיות מאובטחת באמצעות שיטות המיועדות לסביבות IT ארגוניות.מודלים פונקציונליים מספקים את האינטליגנציה הבסיסית הנדרשת כדי לעבור מעבר לבדיקות ציות ולעבור חוסן תפעולי אמיתי.זה מאפשר לארגונים לצפות נתיבי תקיפה, לאשר הגנה המבוססים על השפעה תפעולית, ומערכות עיצוב שיכולות לעמוד ולאושש ממקרי סייבר אמיתיים.

על ידי הטמעת מודלים פונקציונליים להנדסת מערכות ופעולות אבטחה, ארגונים להשיג חשיפה מתמשכת וקביעת איום מדויק. ההשקעה בפיתוח ושימור המודלים האלה משלמת בחזרה בצורה של הפרעות מונעות, הוצאות אבטחה אופטימיזציה, ותרבות אבטחה חזקה יותר משותפת בין IT וצוותים OT.עתיד של הגנת תשתיות קריטי תלויה בהבנה עמוקה של פונקציות שהחברה תלויה באסטרטגיה ברורה להגנה מפנים ממודל מתקדם יותר, המהווה יעיל יותר עבור בניית כלי יעיל יותר עבור בניית תשתיות עתידיות.