了解核仪器网络及其网络风险简介

核仪器网络(NINs)是核电站、研究反应堆和燃料循环设施的运行支柱。 这些网络集成传感器、可编程逻辑控制器、远程终端装置、人机接口和通信网关,持续监测中子通量、冷却剂温度、压力和封存辐射水平等核心参数。 由于这些系统直接影响反应堆的安全和控制,任何妥协或错误解读都可能升级为灾难性后果,包括冷却剂事故、燃料损坏或放射性释放的损失。

网络安全挑战因许多核设施是几十年前设计和建造的,当时数字控制刚刚诞生,网络威胁不是什么考虑因素。 现代化努力往往引入互联网连接和数据共享能力,扩大攻击表面。 混合结构中操作技术和信息技术的融合模糊了传统界限,使遗留保护不足。 了解这些独特的风险简介是设计深入的网络安全战略的第一步。

核环境中的网络安全重大挑战

核仪器网络面临着一系列与典型的公司信息技术环境不同的不同挑战。

  • Legacy systems and long cycle. 核电站运行40-80年。 几十年前安装的控制系统经常运行过时的操作系统、专有协议和缺乏供应商的补丁支持。 更换这些系统成本高昂,需要严格的安全再认证。
  • 网络分割不够。 许多较旧的设计将安全关键系统置于具有不太关键业务功能的平面网络上。这使得进入公司网络的入侵者能够向反应堆控制方向发展。
  • 有限可见度和监测. OT网络历史上缺乏入侵探测传感器,记录基础设施,和安全信息事件管理(SIEM)集成. 异常现象可能几周或几个月内无人注意.
  • Insider威胁. 员工,承包商,或第三方技术人员,可以实际进入仪器架或控制室,可以故意或意外绕过数字控制. 2020年印度点核电站事故,承包商在事故中扰乱了警报系统,凸显了这一风险.
  • 工业协议中的脆弱。 Modbus, DNP3和OPC等协议是针对确定性能而不是安全设计的。它们缺乏认证、加密或完整性检查,使它们容易被偷窥、重播攻击和命令注射。
  • 供应链风险. 核设施往往来自多个全球销售商的部件。 伪造芯片、固件中的后门或制造过程中插入的恶意逻辑会挫败周边防御。

核仪器网络的基本网络安全措施

应对这些挑战需要以公认的框架为指导,如工业自动化和控制系统的[]NIST网络安全框架[和IEC 62443系列。

严格网络分割和区划

将网络分割成基于临界度的离散安全区。 最为敏感的区域 — — 包含反应堆保护系统、安全注射系统和工程安全特性 — — 应从使用单向网关(也称为数据二极管)的所有其他网络中分离出来。 这些硬件设备只能使数据从更安全的一侧流向更关键的一侧,从而实际阻止恶意软件或命令的返回路径。

不太关键的系统,如工厂过程控制、厂房平衡和商业网络,应该通过下一代防火墙进行隔开,并进行深包检查,以了解OT协议。 执行严格的交通规则:例如,只有特定的源IP和端口才能与安全系统通信,其他交通被放弃。

多功能认证和基于角色的访问控制

访问仪器和控制系统必须同认证的用户身份,而不仅仅是密码挂钩。 在所有与HMI或工程工作站互动的会话中, 都部署硬件令牌、 智能卡或生物鉴别认证。 基于作用的访问控制确保操作员只看到工作所必需的数据和功能, 而系统工程师则拥有维护级别的访问。 管理员需要使用单独的特权访问管理系统, 旋转密码并记录所有会话。

连续补丁和脆弱性管理

OT设备的补丁管理有名之实,因为更新会破坏运行时间表或使安全认证无效。然而,不给已知的弱点打发便是不可接受的。创建包括以下内容的结构化进程:

  • 清点整个网络的所有固件和软件版本。
  • 基于风险的优先顺序:应对关键设备中远程代码执行或服务拒绝弱点的补丁应快速处理。
  • 在部署前在镜像型的非生产环境中进行测试。
  • 通过入侵预防系统对无法升级的设备采用虚拟补丁。

对于极长寿命的设备,考虑硬件刷新程序或微分以减少曝光窗口.

先进的网络安全技术和做法

除了基本控制外,核设施应采用先进技术来探测和瓦解尖端对手。

工业特定侵入探测和异常探测

传统的基于签名的IDS无法识别针对SCADA协议的零天开发。 部署行为异常检测系统,以模型构建正常的流量模式 — 典型的投票周期、命令序列和数据值。任何偏差,比如一系列在正常时间之外向 PLC 注册的写指令,都会触发一个警告。这些系统利用机器学习,随着工厂条件在启动、电力运行或关闭过程中的变化而适应。

加密和安全通信

加密所有在无人信任的网络上传输的数据,包括远程监测通道、工程访问链接以及分布式控制系统服务器之间的通信。使用带有强密码套件的 TLS 1. 3 或 IPsec。对于无法加密的遗留协议,部署认证的协议转换器或突触加密设备。在休息时,敏感配置文件和历史学家数据库应当使用保护密钥的硬件安全模块加密。

供应链安全和供应商硬化

核设施必须把网络安全要求扩大到其供应商,合同应规定安全的发展生命周期做法、强制性的固件签名和定期的安全评估。交货后,部件应接受真实性的核查——检查密码签名,并对假冒芯片进行硬件拆卸。正如DOE能源基础设施网络安全[所建议的,为每个设备维持一个软件材料单,以便迅速查明第三方图书馆是否出现脆弱性。

事件应对和恢复规划

假设最终将发生裂变,核设施必须做好遏制、消除和恢复的准备,同时保持反应堆关闭安全能力。

实时监测和SIEM一体化

将防火墙、IDS、认证服务器和安全设备的日志集中到一个专门为OT设计的安全信息和事件管理系统中。 警报应与工厂状态信息相关:例如,在加油停放期间,企业网络与反应堆保护系统之间意外的连接应自动给临时网络安全小组和控制室主管打上电话。

隔离和人工故障程序

如果出现经证实的网络事件,操作者必须能够隔离受影响的网络,而不会引起工厂的不安。 设计手动故障交换机允许安全系统下降备份模拟控制或硬线继电器。 通过模拟网络攻击的季度演习对操作者进行这些程序的培训,而不仅仅是设备故障。

法证准备和后援廉正

保持关键系统配置、逻辑图和定点文件的不可变现备份。 使用书面媒体或空套存储器防止赎金软件加密还原副本。 保留网络流数据和安全记录至少一年, 以便进行事后法证分析。 原子能机构为核设施的计算机安全技术提供了准则 , 其中包括详细的法证准备建议。

培训、文化和监管

光靠技术是无法保证核仪器网络的安全的。 人类因素 — — 满足、自满、缺乏意识 — — 仍然是重大的风险载体。 全面的培训方案必须涵盖钓鱼识别、密码卫生、报告可疑活动以及安全失误的后果。 利用现实的模拟,如模拟钓矛运动,针对工厂工程师,强化教训。

建立重视透明度的网络安全文化:鼓励工作人员报告弱点而不用担心报复。 将做法与美国核管理委员会(NRC)监管指南5.71、欧盟核安全指令和国家核安全条例的监管要求保持一致。 第三方网络安全公司定期独立审计可能揭示出内部团队可能忽略的漏洞。

结论

在核仪器网络中实施网络安全措施并不是一个一次性项目,而是一个持续的评估、改进和改造过程。 利害攸关的非常重大:对核反应堆的成功网络攻击可能导致放射性释放、公共卫生危机以及对核能作为低碳动力来源的信任的削弱。 通过系统地应用网络分割、多要素认证、补丁管理、先进的威胁检测、供应链控制和严格的事件应对规划,操作者可以大大减少风险。 目标不仅仅是遵守法规,而是建立一个能够承受和从不断变化的威胁中恢复过来的网络抗御工厂,同时安全地向电网输送电力。 随着核工业数字化的深化,网络安全必须嵌入到设施生命周期的每一个阶段 — — 从设计和建造到退役,以维护运行完整性和公共安全。 随着能源需求的增长,核电仍然至关重要;保护核电的仪器网络正在保护我们的集体未来。