了解数字控制系统的威胁景观

数字控制系统(DCS)和监督控制和数据获取(SCADA)网络构成了关键基础设施部门(包括发电、水处理、石油和天然气管道以及运输管理)的支柱。 随着这些系统与企业IT网络和云服务的联系日益密切,攻击表面急剧扩大。 从网络犯罪集团到国家对手的威胁者越来越多地针对工业控制系统(ICS)造成物理干扰、盗窃知识产权或要求赎金。

2021年,殖民管道事件表明,信息技术系统遭受赎金软件感染,导致主要燃料管道被迫关闭,造成大面积短缺和经济混乱。 同样,2015年乌克兰电网袭击表明,尖端对手可以直接操纵DCS造成停电。 了解这些不断变化的威胁是建立既保护运营完整性又保护公共安全的防御态势的第一步。

监管框架和网络安全标准

各国政府和行业机构制定了帮助各组织保障数字控制系统的全面准则. 国家标准和技术研究所(NIST)出版了“]NIST SP 800-82 ” 安全指南,为风险评估、接入管理和事件应对提供了详细的控制. 国际电工委员会的ISA/IEC 62443[系列为在美国、欧洲和其他区域的关键基础设施运营商提供了全球公认的网络安全框架. 这些标准的通过越来越多地被授权,例如,美国运输安全管理局(TSA)现在要求管道运营商执行与这些框架相一致的具体网络安全措施. 遵守标准不仅减少风险,而且表明对监管者和客户的尽职尽责。

保障数字控制系统的关键技术

网络分割和防火墙

最有效的策略之一是在IT企业网络和OT(操作技术)控制网络之间建立严格的网络分割. 工业防火墙和单向数据二极管防止未经授权的流量跨越边界. 通过实施purduate模型[ 级别,组织可以隔离安全系统,流程控制网络,以及公司系统,限制任何入侵的爆炸半径.

侵入探测和预防系统

专门的ICS入侵检测系统(IDS)和入侵预防系统(IPS)监控Modbus,DNP3和PROFINET等工业协议特有的异常行为。这些工具可以识别指令注入,未自动参数变化,或者通常显示主动攻击的异常流量模式。 部署综合来自IT和OT源日志的SIEM(安全信息和事件管理)解决方案,为安全操作中心(SOC)提供一个统一视图。

安全远程访问和认证

远程访问控制系统是供应商和工程师的共同要求,但也是一种主要的攻击矢量。 执行多要素认证(MFA),加密的、及时访问的VPN,以及会话记录,都大大降低了风险。 零信任原则[ 适用于OT意味着,无论来自何处,每个访问请求都得到核实。 此外,用强大的、旋转的证书取代HMIs和PLCs的默认密码,是一种低成本但影响大的改进。

建设网络安全文化.

光靠技术无法防止所有事件。 人为错误仍然是最薄弱的环节之一,特别是在操作者没有受过识别社会工程或不安全做法的培训的环境中。 针对OT工作人员定期的安全意识培训至关重要。 其中包括模拟钓鱼攻击、关于适当事故报告程序的培训以及将控制工程师、信息技术安全小组和管理人员聚集在一起的跨功能演习。 创造一种网络安全是每个人的责任的文化,从工厂楼层到会议室,确保人们理解和遵循安全政策。 各组织还应定期进行桌面演习,以测试针对诸如赎金软件锁闭或受损的工程师工作站等现实情景的事故应对计划。

事件应对和复原

尽管采取了所有预防措施,但违反事件还是可能发生,而且将会发生。 制定专门针对ICS领域的有详细记录的事件应对计划至关重要。 与IT系统不同,在不中断基本服务的情况下,将受影响的系统下线是不可能的。事件应对小组必须接受培训,在维持安全运行的同时遏制威胁。这往往涉及启动人工超载程序、隔离受损部分以及转换到其他控制系统。 事故后法医分析应当确定根源和改进防御。恢复计划还必须包括经过验证的备份和恢复程序,因为ICS系统缺乏现代备份能力。 定期测试关键控制器和历史学家从空中备份的恢复情况,可能意味着故障时间和周数之间的差别。

新出现的趋势:大赦国际、零信任组织和供应链安全

人工智能和机器学习

AI和ML正在被整合到网络安全解决方案中,以发现基于规则的系统错失的微妙异常. 在OT环境下,这些技术可以基线流程和设备的正常行为,提醒操作者注意可能表明网络攻击或设备故障的偏差. AI虽然不是银弹,但其实时分析大量传感器数据的能力增强了现有的防御深度策略,但是重要的是验证AI输出以避免可能侵蚀操作者信任的假阳性.

OT 的零信任架构

传统认为内部网络安全性的假设不再存在. 零信任架构(ZTA)消除了隐含的信任,需要持续验证每个设备,用户,连接. 在控制系统世界,这意味着OT网络的微分化,设备健康的持续监测,以及基于身份和上下文的政策执行. NIST SP 800-207等标准为实施ZTA提供了基础,即使在需要逐步升级的遗留环境中也是如此.

供应链安全和第三方风险

许多控制系统组件来自全球供应链,任何阶段都可以引入弱点——从代码库到固件更新。各组织应当对所有关键ICS设备进行供应链风险评估,要求供应商达到安全标准(例如SBOMS或软件材料账单),并建立程序,在部署前核查固件更新的完整性。最近对SolarWinds的袭击突出表明了一个受信任的供应商如何能够成为对手的门户。关键基础设施运营商必须扩展其安全方案,使其涵盖设备的整个生命周期,从采购到退役。

结论

保护关键基础设施的数字控制系统是一项持续、多层面的挑战。 没有任何单一的工具或政策就足够了。 通过了解威胁环境、采用强有力的网络安全标准,如NIST SP 800-82和ISA/IEC 62443, 网络分割和入侵探测等分层技术控制、培养网络安全文化、为事件应对和恢复做准备,各组织可以大幅降低风险。 新兴技术如AI和零信任提供了有希望的增强,但必须谨慎实施,同时采取强有力的业务安全措施。 归根结底,关键基础设施的网络安全不仅仅是一个信息技术问题 — — 这个问题涉及国家安全、经济稳定和公共安全。

进一步阅读,见CISA CISP页,NIST ICS安全指南,以及IEC 62443系列[]. 保持知情和不断改进防御是在这个迅速演变的领域保持领先对手的唯一方法.