智慧水務(wù)安全挑戰(zhàn)與應(yīng)對措施

全康環(huán)保:2020年5月28日，以色列國家網(wǎng)絡(luò)安全負(fù)責(zé)人公開承認(rèn)，該國4月份挫敗了對其供水系統(tǒng)的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)攻擊。此次針對以色列中部供水設(shè)施的攻擊不是為了經(jīng)濟(jì)利益，而是具有國家背景的黑客組織攻擊，目標(biāo)是控制用于供水網(wǎng)絡(luò)閥門的PLC（可編程邏輯控制器），是對以色列及其國家安全攻擊的一部分，目的是“引發(fā)人道災(zāi)難”。

此次事件再次引起對供水設(shè)施遭受攻擊和入侵的重視，美國國土安全部的統(tǒng)計顯示：早在2015年，針對供水系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攻擊事件，就已經(jīng)排入前三名，僅次于關(guān)鍵制造和能源行業(yè)。針對關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的首個網(wǎng)絡(luò)攻擊事件不是2010年伊朗震網(wǎng)病毒，而是2000年澳大利亞昆士蘭州惡意控制污水控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攻擊。

頻發(fā)網(wǎng)絡(luò)安全事件表明，網(wǎng)絡(luò)威脅已經(jīng)向城市供水系統(tǒng)領(lǐng)域滲透，把水務(wù)工業(yè)控制系統(tǒng)作為攻擊目標(biāo)，為城市供水系統(tǒng)敲響了安全警鐘。

一、智慧水務(wù)簡介

智慧水務(wù)利用新一代信息技術(shù)，通過傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和移動系統(tǒng)與水務(wù)信息系統(tǒng)的結(jié)合，構(gòu)建成智能感知、智能仿真、智能診斷、智能預(yù)警、智能調(diào)度、智能處置、智能控制和智能服務(wù)全方位的水務(wù)管理系統(tǒng)。“智慧水務(wù)”是智慧城市建設(shè)的重要組成部分，旨在提升水務(wù)管理和服務(wù)的水平，為城市的發(fā)展提供更好的支撐，有效提升城市智慧建設(shè)和宜居能力。

城市供水安全直接關(guān)系著人們的生命安全，是構(gòu)建經(jīng)濟(jì)繁榮、政治穩(wěn)定的現(xiàn)代化城市的重要基礎(chǔ)。伴隨著智慧水務(wù)的建設(shè)，城市供水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全問題日益突出。

網(wǎng)絡(luò)安全已上升到國家安全戰(zhàn)略高度，習(xí)近平總書記在中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息化領(lǐng)導(dǎo)小組第一次會議中明確闡述了網(wǎng)絡(luò)安全對于國家的重要性。2017年6月1日《中華人民共和國網(wǎng)絡(luò)安全法》正式頒布實施，明確指出針對城市水務(wù)公共服務(wù)等關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施，在網(wǎng)絡(luò)安全等級保護(hù)制度的基礎(chǔ)上，實行重點保護(hù)。網(wǎng)絡(luò)安全是智慧水務(wù)健康、長久發(fā)展的重要保障。

二、智慧水務(wù)安全挑戰(zhàn)分析

智慧水務(wù)通過數(shù)采儀、無線網(wǎng)絡(luò)、水質(zhì)水壓表等在線監(jiān)測設(shè)備實時感知城市供排水系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并采用可視化的方式有機整合水務(wù)管理部門與供排水設(shè)施，形成"城市水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)"，并可將海量水務(wù)信息進(jìn)行及時分析與處理，并做出相應(yīng)的處理結(jié)果輔助決策建議，以更加精細(xì)和動態(tài)的方式管理水務(wù)系統(tǒng)的整個生產(chǎn)、管理和服務(wù)流程，從而達(dá)到"智慧"的狀態(tài)。

智慧水務(wù)建設(shè)必然會打通生產(chǎn)運行體系、服務(wù)營銷體系、決策支持體系、綜合管理體系等城市水務(wù)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)水務(wù)企業(yè)所有相關(guān)信息（水務(wù)管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、水務(wù)管網(wǎng)運營數(shù)據(jù)、水務(wù)用戶信息、水務(wù)系統(tǒng)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、采樣點水質(zhì)數(shù)據(jù)、熱線信息、管線工程等）在網(wǎng)絡(luò)上的互相流轉(zhuǎn)與共享，從而實現(xiàn)真正意義上的水務(wù)信息的完全共享，最終實現(xiàn)城市水務(wù)行業(yè)的智慧運作。而這也就意味著城市水務(wù)賴以運行的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)會直接與管理網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)連通，面臨極大的安全風(fēng)險。

（一）通信協(xié)議風(fēng)險

自動化和信息化的高度融合和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使得ModBus協(xié)議、ProfiBus協(xié)議、OPC協(xié)議等工業(yè)協(xié)議廣泛應(yīng)用于城市水務(wù)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，協(xié)議的公開性導(dǎo)致極易遭受攻擊，而傳統(tǒng)防火墻往往無法發(fā)現(xiàn)和防范出現(xiàn)的安全問題。

（二）工業(yè)設(shè)備風(fēng)險

國內(nèi)水務(wù)企業(yè)工業(yè)控制系統(tǒng)大量采用進(jìn)口工業(yè)控制設(shè)備，而這些設(shè)備普遍存在漏洞，可利用漏洞進(jìn)行腳本攻擊改變操作指令，進(jìn)而影響生產(chǎn)正常進(jìn)行。

（三）操作系統(tǒng)風(fēng)險

城市水務(wù)工業(yè)控制系統(tǒng)的工業(yè)主機基本上都是Windows平臺，為保證過程控制系統(tǒng)的相對獨立性，同時考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，通常不會對操作系統(tǒng)安裝任何補丁，存在很大的安全隱患。

（四）安全策略和管理流程風(fēng)險

追求可用性而犧牲安全性，是水務(wù)工業(yè)控制系統(tǒng)存在的普遍現(xiàn)象，缺乏完整有效的安全策略與管理流程也帶來了一定的威脅。例如移動存儲介質(zhì)包括筆記本電腦、U盤等設(shè)備的隨意使用和不嚴(yán)格的訪問控制策略。

（五）感染病毒風(fēng)險

為了保證工控應(yīng)用軟件的可用性，許多工業(yè)主機通常不會安裝殺毒軟件，因為殺毒軟件會造成工控應(yīng)用軟件運行出現(xiàn)異常，而且工業(yè)主機緊張的資源配置也不能滿足殺毒軟件的運行需求，但是工控環(huán)境的數(shù)據(jù)交互會導(dǎo)致病毒進(jìn)入工業(yè)主機，近兩年頻繁的勒索病毒攻擊也正是因此而起。

（六）安全監(jiān)管風(fēng)險

城市水務(wù)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)普通缺乏工業(yè)安全審計設(shè)備和安全日志統(tǒng)計分析手段，無法實現(xiàn)對工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的可感知與可控制。

三、智慧水務(wù)安全應(yīng)對措施

城市水務(wù)是國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，關(guān)系著廣大人民群眾的生命安全，必然會面臨國內(nèi)外黑客組織的重點關(guān)注和攻擊。近年來，全球發(fā)生的多起針對水務(wù)行業(yè)工業(yè)控制系統(tǒng)的攻擊事件給人們敲響了警鐘。如何應(yīng)對水務(wù)行業(yè)的工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險，是智慧水務(wù)建設(shè)過程中必須考慮和解決的現(xiàn)實問題。

智慧水務(wù)安全防護(hù)應(yīng)貫穿采水、凈水、供水、排水等環(huán)節(jié)，綜合采用縱深防御、大數(shù)據(jù)分析、協(xié)議深度解析、智能感知、態(tài)勢監(jiān)控等新技術(shù)新手段，形成貼合水務(wù)行業(yè)實際情況的應(yīng)對措施。

（一）全環(huán)節(jié)態(tài)勢感知

針對智慧水務(wù)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中安全防護(hù)手段眾多、安全信息雜亂、安全態(tài)勢不可見的現(xiàn)狀，建議以水務(wù)企業(yè)為主體，建設(shè)涵蓋其下屬水源廠、凈水廠、泵站、管網(wǎng)等生產(chǎn)設(shè)施、覆蓋采水、凈水、給水、供水、排水等全環(huán)節(jié)的工控安全態(tài)勢感知平臺，實現(xiàn)對企業(yè)下屬企業(yè)全方位、全天候的網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知，及時發(fā)現(xiàn)各類網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險以及非法訪問事件，實現(xiàn)工業(yè)信息安全的閉環(huán)管理，全面提高水務(wù)企業(yè)工業(yè)安全防護(hù)的整體水平。

智慧水務(wù)工控安全態(tài)勢感知平臺引入大數(shù)據(jù)威脅情報分析技術(shù)，綜合底層海量數(shù)據(jù)采集及威脅情報分析能力，形成安全防護(hù)手段統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、資源信息全面監(jiān)控、態(tài)勢分析高度集中、運營數(shù)據(jù)智能分析實時預(yù)警、態(tài)勢呈現(xiàn)可見可控的綜合監(jiān)控中心，采用被動掃描方式??現(xiàn)資產(chǎn)脆弱性識別和分析，實時主動感知潛在的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險，形成高價值、高可見、高實時的戰(zhàn)略性威脅情報，及時發(fā)現(xiàn)安全威脅、評估安全風(fēng)險，按照風(fēng)險、威脅、事件等構(gòu)建態(tài)勢要素及態(tài)勢模型，從計算環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)邊界、業(yè)務(wù)流程等維度實現(xiàn)對智慧水務(wù)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)安全態(tài)勢感知的可視化。

（二）白名單主動防護(hù)

智慧水務(wù)工業(yè)控制系統(tǒng)主機存在運行資源有限、操作系統(tǒng)老舊、補丁難以及時更新、無法部署殺毒軟件等現(xiàn)實情況，建議采用應(yīng)用程序白名單技術(shù)建立主動防護(hù)機制，形成以白名單技術(shù)為基礎(chǔ)、應(yīng)用程序數(shù)據(jù)智能采集分析、惡意代碼識別阻斷、移動設(shè)備安全管控的主機安全防護(hù)體系，通過大數(shù)據(jù)采集和分析，智能學(xué)習(xí)并自動生成工業(yè)主機操作系統(tǒng)及工業(yè)應(yīng)用軟件正常行為模式的白名單基線，僅允許必要的系統(tǒng)進(jìn)程及工業(yè)應(yīng)用軟件運行，主動抵御已知未知安全風(fēng)險，實現(xiàn)對工業(yè)主機設(shè)備的全面安全加固，進(jìn)行病毒防護(hù)、阻止惡意軟件攻擊、禁止非授權(quán)程序運行等。

（三）多邊界縱深防御

智慧水務(wù)網(wǎng)絡(luò)邊界主要存在于辦公網(wǎng)、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)部以及這些網(wǎng)絡(luò)之間。目前辦公網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)之間安全防護(hù)措施相對比較完善，但是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部及與其他網(wǎng)絡(luò)之間普遍缺乏安全防護(hù)措施，存在很大的安全隱患。

為了保證智慧水務(wù)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的安全，建議對辦公網(wǎng)、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行合理安全區(qū)劃分，并對工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行細(xì)致區(qū)域劃分，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況及工業(yè)控制設(shè)備實際情況選擇合適的工業(yè)安全防護(hù)設(shè)備進(jìn)行針對性安全保護(hù)，構(gòu)建多邊界縱深防御體系。

1. 安全分區(qū)規(guī)劃

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際情況進(jìn)行梳理，將與生產(chǎn)管理監(jiān)控相關(guān)的設(shè)備剝離出來，形成獨立的管理層網(wǎng)絡(luò)，然后再將工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)按照功能屬性進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分，各網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)部再根據(jù)不同工藝流程或生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行安全域劃分，形成更為細(xì)致合理的安全區(qū)域。

2. 辦公網(wǎng)與工業(yè)網(wǎng)邊界防護(hù)

通過在辦公網(wǎng)與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)邊界部署工業(yè)安全防護(hù)設(shè)備，并嚴(yán)格配置安全策略實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)安全交換，實現(xiàn)了辦公網(wǎng)與工業(yè)網(wǎng)之間的縱向隔離防護(hù)，確保辦公網(wǎng)與工業(yè)網(wǎng)之間不會互相影響。

3. 各網(wǎng)絡(luò)區(qū)域之間邊界防護(hù)

通過在各網(wǎng)絡(luò)區(qū)域入口部署工業(yè)安全防護(hù)設(shè)備，實現(xiàn)對工業(yè)專有協(xié)?h深度解析，建立網(wǎng)絡(luò)通訊“白環(huán)境”，阻止區(qū)域間的越權(quán)訪問以及病毒、蠕蟲的擴散和入侵，將危險源控制在有限范圍內(nèi)，有效防止安全威脅在區(qū)域之間串?dāng)_。

（四）全流量安全審計

針對智慧水務(wù)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中專用工業(yè)協(xié)議多、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)運行情況缺乏監(jiān)控、安全風(fēng)險難以及時預(yù)警的現(xiàn)狀，建議建立以工業(yè)協(xié)議深度解析為基礎(chǔ)、“持續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)聯(lián)動”為核心理念、實時監(jiān)測分析告警的網(wǎng)絡(luò)安全審計機制，對智慧水務(wù)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的所有層面進(jìn)行全面持續(xù)的監(jiān)控，通過全面的數(shù)據(jù)感知和分析，建立智慧水務(wù)安全數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合威脅情報，實現(xiàn)對已知威脅、高級威脅、APT攻擊的有效預(yù)防、發(fā)現(xiàn)、防御和過程回溯。

通過安全審計實時監(jiān)測智慧水務(wù)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中針對工業(yè)協(xié)議的惡意攻擊、誤操作、違規(guī)行為、非法設(shè)備接入以及蠕蟲、病毒等惡意軟件的傳播，及時告警并聯(lián)動態(tài)勢感知平臺動態(tài)調(diào)整安全防護(hù)措施，避免發(fā)生安全事件。

四、結(jié)語

智慧水務(wù)的建設(shè)剛剛起步，網(wǎng)絡(luò)安全問題造成的危害還未充分暴露，尚未引起足夠重視。另外，隨著新技術(shù)不斷應(yīng)用到智慧水務(wù)建設(shè)中，各種新的安全風(fēng)險應(yīng)運而生，智慧水務(wù)的網(wǎng)絡(luò)安全保障建設(shè)任重道遠(yuǎn)，需要從頂層規(guī)劃、制度、標(biāo)準(zhǔn)、管理和技術(shù)防護(hù)等方面全面思考，才能保障智慧水務(wù)又好又快發(fā)展。

作者單位：中孚信息北京研究院