摘要

數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化加速發(fā)展，使得信息技術（Information Technology，IT）與操作技術（Operation Technology，OT）融合成為工業(yè)數(shù)字化轉型和制造業(yè)高質量發(fā)展的關鍵。與此同時，網(wǎng)絡風險也不斷向工業(yè)領域滲透蔓延。從多個維度分析當前 IT 和 OT 融合的現(xiàn)狀，科學論證其帶來的網(wǎng)絡安全風險，尤其是對工業(yè)控制系統(tǒng)關鍵組件的影響。針對現(xiàn)狀和問題，從技術維度提出一種 IT 和 OT 安全融合的思路，并給出相應建議。

內容目錄：

1IT 和 OT 融合發(fā)展現(xiàn)狀

1.1IT 和 OT 概述

1.2IT 和 OT 融合現(xiàn)狀

2IT 和 OT 融合網(wǎng)絡安全風險

3IT 和 OT 安全融合思路

3.1安全基礎技術融合

3.2數(shù)據(jù)融合

3.3態(tài)勢融合

4結語

在工業(yè)數(shù)字化轉型浪潮下，“云、大、物、移、智”等新技術在工業(yè)領域不斷應用，使 IT和 OT 深度融合，產生了以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為代表的數(shù)字化應用，促進了工業(yè)生產管理、運營決策與制造執(zhí)行等各方面的“顛覆式”變革 。同時，從互聯(lián)網(wǎng)傳進來的各種網(wǎng)絡風險逐漸滲透到 OT系統(tǒng)，近年來，IT 和 OT 結合導致的工業(yè)生產安全風險逐漸加劇，如 2018 年臺積電遭病毒入侵導致重要產線停擺 ，2019 年委內瑞拉電力控制系統(tǒng)連續(xù)多次遭受網(wǎng)絡攻擊，2020 年鋼鐵制造商 EVRAZ 遭到勒索軟件攻擊導致多家工廠停產 ，2021 年美國最大輸油管線遭勒索軟件攻擊，嚴重影響國內多地燃油供應 。因此，必須采取有效的、針對性的 IT 和 OT 安全融合措施，以保障工業(yè)生產安全運行。

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IT 和 OT 融合發(fā)展現(xiàn)狀

1.1IT 和 OT 概述

Gartner 關于 OT 的定義是“直接監(jiān)控和 / 或控制工業(yè)設備、資產、流程和事件來檢測物理過程或使物理過程產生變化的硬件和軟件。”。按照概念，OT 強調“直接”作用，其實就是可編 程 邏 輯 控 制 器（Programmable Logic Controller，PLC）、分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（Supervisory Control andData Acquisition，SCADA）等工業(yè)控制系統(tǒng)及其應用軟件的總稱，包含數(shù)據(jù)采集和自動控制技術。IT 主要用于企業(yè)管理的硬件、軟件、網(wǎng)絡、通信技術以及存儲、處理和向企業(yè)各個部門傳輸信息的系統(tǒng)。制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）/ 制 造 運 營 管 理 系 統(tǒng)（Manufacturing Operations Management，MOM）處于 IT 和 OT 之間。

簡而言之，IT 和 OT 都是為工業(yè)企業(yè)服務。目前，OT 部分主要用于控制和分析企業(yè)生產過程，促進進一步改善生產；IT 部分重點處理企業(yè)各類數(shù)據(jù)和信息，并維護企業(yè)所制造產品的質量。歷史上這二者是相互獨立的，隨著技術的發(fā)展，IT 和 OT 相互融合必將顯著改善企業(yè)運營情況，能夠進一步增強工業(yè)企業(yè)管理者監(jiān)控運行和過程的能力，促進工業(yè)企業(yè)提質增效，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）降低工業(yè)資源和人力成本。引入 IT 側的云化和虛擬化技術，在不影響 OT 側各控制系統(tǒng)正常運行的情況下，將各生產區(qū)的服務器上云，減少了企業(yè)在設備成本方面的開支，并且基于云平臺的統(tǒng)一操作入口也易于工作人員實施設備更新，簡化了工業(yè)操作。

（2）提高工業(yè)設備安全性與預測性維護。OT 側借助物聯(lián)網(wǎng)傳感器和流量探針等 IT 基礎設施，實時監(jiān)測工業(yè)設備的狀態(tài)和生產過程，并利用人工智能和大數(shù)據(jù)技術對采集的數(shù)據(jù)進行建模分析，有效識別設備異常狀態(tài)并預測潛在的安全風險邊界。

（3）提高經營決策效率。通過業(yè)務指揮調度平臺和綜合態(tài)勢感知平臺聯(lián)動，全面分析管理流程、工業(yè)業(yè)務流程和生產過程數(shù)據(jù)，進一步優(yōu)化企業(yè)信息共享方式，快速響應客戶訂單需求，高效完成產品的開發(fā)和集成 。

1.2IT 和 OT 融合現(xiàn)狀

整體來說，目前多數(shù)工業(yè)企業(yè)主要從以下 3個維度開展 IT 和 OT 融合。

（1） 架 構 融 合 。企 業(yè) 的 IT 和 OT 部 分在物理層面多是分區(qū)域的，架構也相對獨立，當前業(yè)界主要通過建設類似工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的云架構來實現(xiàn) IT 和 OT 的融合，基于平臺實現(xiàn)SCADA系統(tǒng)等在云端部署應用，實現(xiàn) IT 和 OT各類軟硬件資源及容器等開發(fā)工具的接入、控制和應用，實現(xiàn)各類多源異構設備的數(shù)據(jù)采集、傳輸和交互。

（2）數(shù)據(jù)融合。通過智能傳感器、數(shù)據(jù)采集設備等對產品在設計、研發(fā)、生產過程及在相關業(yè)務環(huán)節(jié)中產生的全域數(shù)據(jù)進行實時采集，同時整合銷售運營數(shù)據(jù)、供應鏈管理數(shù)據(jù)、財務會計數(shù)據(jù)等工業(yè)大數(shù)據(jù)資源，并利用機器學習、深度學習等技術進行模型訓練與綜合分析，打通從 OT 到 IT 的全流程，實現(xiàn)企業(yè)生產流程優(yōu)化及內部精細化運營管理。

（3）虛實融合 。當前數(shù)字孿生技術廣泛應用在智慧水廠、汽車生產、礦山智能巡檢及自動化立體倉庫等工業(yè)場景中，通過將物理場景中產生的大量數(shù)據(jù)在云端進行存儲、管理和建模分析，實現(xiàn)全生產鏈要素的高度互聯(lián)，有效解決各領域面臨的信息孤島統(tǒng)籌難、集中監(jiān)管難度大、信息反饋不及時、運營維護成本高等痛點問題。

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IT 和 OT 融合網(wǎng)絡安全風險

IT 和 OT 融合已成為必然趨勢，使得工業(yè)網(wǎng)絡結構、形態(tài)、協(xié)議及通信方式均在發(fā)生改變，IT 降低了攻擊成本，部分 OT 系統(tǒng)自身也變成了聯(lián)網(wǎng)設備，諸多因素導致 IT 和 OT 融合引發(fā)了更多的網(wǎng)絡安全風險，主要體現(xiàn)在平臺 / 系統(tǒng)的應用、網(wǎng)絡、設備、數(shù)據(jù)等方面。

（1）應用層面。應用主要以設計、生產、管理、服務等工業(yè)業(yè)務運行 App 的方式服務于用戶，有些還集成了設備狀態(tài)分析、能耗分析優(yōu)化等創(chuàng)新應用。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)使得上述應用變得共享和開放，企業(yè)內諸多業(yè)務邏輯均暴露于網(wǎng)絡中，攻擊者極易通過掃描開放應用端口并利用開放服務在身份鑒別、訪問控制、安全接口和安全審計等方面的漏洞和缺陷進入網(wǎng)絡服務器等核心基礎設施，同時以辦公網(wǎng)為跳板對控制網(wǎng)進行滲透和攻擊，直接威脅安全生產。

（2）網(wǎng)絡層面。因 IT 和 OT 各自用到的網(wǎng)絡通信協(xié)議或網(wǎng)絡架構的安全性存在差異性，IT 和 OT 網(wǎng)絡互聯(lián)后，安全風險將互相滲透，加大了網(wǎng)絡風險暴露面。例如在工業(yè)現(xiàn)場的安全風險，一是大量物聯(lián)網(wǎng)終端使用全球移動通信系 統(tǒng)（Global System for Mobile Communication，GSM）網(wǎng)卡，而 GSM 存在單向認證缺陷，面臨移動用戶的數(shù)據(jù)信息被偽基站截獲的風險；二是很多現(xiàn)場設備采用Modbus、Profinet 等傳統(tǒng)工業(yè)協(xié)議進行有線傳輸，這些協(xié)議自身缺乏身份認證、授權及加密等安全機制，黑客極易利用這些漏洞對設備下達惡意指令。在網(wǎng)絡邊界，諸多邊緣設備采用了具有非授權組網(wǎng)特性的LoRa協(xié)議，其面臨報文偽造、惡意擁塞、身份偽造等安全風險。如今，“5G+ 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”得到深入應用，相比于 3G 和 4G，5G 雖然在網(wǎng)絡架構上進行了全新設計，在網(wǎng)絡安全方面進行了增強，但 5G 采用的公鑰加密接入認證算法仍存在隱私泄露的風險。

（3）設備層面。融合之前設備存在的安全風險在融合之后依然存在，主要包括：一是利用U 盤等移動介質進行攻擊，只要移動介質連接到工業(yè)控制設備，惡意程序就會自動運行，病毒在全網(wǎng)進行傳播，影響 IT 側的正常業(yè)務辦公和管理決策等，竊取企業(yè)核心數(shù)據(jù)，并針對 OT 側的各控制系統(tǒng)實施惡意指令下發(fā)，影響安全生產；二是設備自身的漏洞缺陷，包括操作系統(tǒng)、設備上的應用軟件及其插件、設備硬件接口等，容易被攻擊者利用；三是安全管理層面，硬件設備接口未做安全防護、軟件補丁更新不及時、采用弱口令、“零”或者弱安全認證機制。

（4）數(shù)據(jù)層面。一是融合后擴大了針對海量多源異構數(shù)據(jù)的攻擊面，現(xiàn)有基于用戶身份或角色的訪問控制策略難以滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)的細粒度訪問控制要求；二是產品全生命周期產生的各類數(shù)據(jù)包含大量敏感信息，在設備與云端進行通信時，若 OT 側的探針采集的數(shù)據(jù)未經加密，攻擊者可通過監(jiān)聽的方式獲取設備敏感信息，此外，數(shù)據(jù)基于平臺進行流通和共享時，存在數(shù)據(jù)濫用、隱私泄露等安全威脅。

具體以典型工業(yè)控制系統(tǒng) SCADA、人機界面（Human Machine Interface，HMI） 和 PLC 為例來分析 IT 和 OT 融合后面臨的安全挑戰(zhàn)。

（1）SCADA 系統(tǒng)安全。SCADA 系統(tǒng)可看成 IT 和 OT 的分界。一方面，未授權非法訪問、工業(yè)控制標準協(xié)議和通用技術的開放性、工業(yè)控制軟硬件產品自身缺陷、從業(yè)人員等綜合因素加劇了網(wǎng)絡安全風險；另一方面，SCADA 系統(tǒng)上云后，伴生由云安全延伸的安全風險。

（2）HMI 和 PLC 安全。HMI 是上位機，從屬于控制系統(tǒng)，界面實時顯示現(xiàn)場系統(tǒng)狀態(tài)。HMI 對現(xiàn)場系統(tǒng)進行控制和監(jiān)視，實際上是HMI 編程人員將每個指示器和按鈕編程到 PLC的指定寄存器地址中，而這個控制過程通常帶有密碼設置，極易被黑客破譯，使得操作員失去對人機操作界面的視圖控制權，典型攻擊案例是 2015年烏克蘭電網(wǎng)事件 。

一旦網(wǎng)絡攻擊滲透到 PLC，會直接影響到現(xiàn)場設備。同時，PLC 需要與控制中心通信，其自身安全是整個工業(yè)信息安全的最后防線，但當前 PLC 多是基于裁剪的嵌入式系統(tǒng)，加之基于掃描的工作方式和面向命令的工控協(xié)議，存在較大的安全風險隱患，以協(xié)議中的自定義命令字為例來說明，Modbus 協(xié)議的從機診斷命令會造成從機 PLC 切換到偵聽模式，通用工業(yè)協(xié)議（Common Industrial Protocol，CIP）部分命令字會造成從機 PLC 直接重啟，S7 協(xié)議的 StopCPU 功能會導致 PLC 程序運行停止 。

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IT 和 OT 安全融合思路

針對 IT 和 OT 融合現(xiàn)狀及面臨的諸多網(wǎng)絡安全風險，建議企業(yè)從管理、技術和運營等方面進行綜合加強，其中技術方面重點從安全基礎技術、數(shù)據(jù)和態(tài)勢 3 個方面開展安全融合。

3.1安全基礎技術融合

融合安全技術成為 IT 和 OT 融合的必然選擇。從安全自主可控角度出發(fā)，通過采用輕量級的國產密碼技術及安全可信技術等，實現(xiàn)安全加密防護技術與 PLC/ 遠程終端設備（Remote Terminal Unit，RTU）等工控核心部件深度融合，形成一體化的安全 PLC/ 安全 RTU，在滿足工業(yè)控制系統(tǒng)實時性和環(huán)境適應性的前提下，實現(xiàn)自身與上位機通信的加密保護，網(wǎng)絡通信的協(xié)議識別和內容檢測，以及對自身存儲固件和數(shù)據(jù)完整性的保護等，本質上實現(xiàn)了內生安全，既能防護 OT 內部威脅，也能防護 IT 威脅。

3.2數(shù)據(jù)融合

數(shù)據(jù)融合工作主要從數(shù)據(jù)采集層面和數(shù)據(jù)處理層面開展。

（1）數(shù)據(jù)采集層流量探針功能融合。IT 探針主要采集通用網(wǎng)絡設備、安全設備以及終端等的數(shù)據(jù)；OT 探針主要采集現(xiàn)場工業(yè)控制設備、自動化設備、控制監(jiān)控系統(tǒng)以及終端等的數(shù)據(jù)。以上數(shù)據(jù)構成了涵蓋網(wǎng)絡原始流量數(shù)據(jù)、資產數(shù)據(jù)、終端行為數(shù)據(jù)、審計數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)等各種信息的工業(yè)信息安全大數(shù)據(jù)源。此時有兩種方法實現(xiàn)融合：一是研究分析 IT 和 OT 數(shù)據(jù)在資產、事件、漏洞以及告警等方面的共性與特性，形成獨立于網(wǎng)絡協(xié)議 / 工控場景的工控網(wǎng)絡數(shù)據(jù)統(tǒng)一表征方法，并開發(fā)一款具備此方法的“前置探針”，即實現(xiàn)融合功能的前置，同時采集 IT和 OT 的數(shù)據(jù)；二是 IT 和 OT 在采集時仍然使用各自常用的探針，但是采集之后對數(shù)據(jù)進行功能層面的融合分析，抽象共性功能和特性功能。

（2）數(shù)據(jù)分析處理模型融合。IT 和 OT 都需要將各自的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一清洗、入庫。對于數(shù)據(jù)分析的技術和方法，也都采用關聯(lián)分析、機器學習等技術，并根據(jù)各自不同的特征向量和使用場景進行訓練，構建專用規(guī)則模型，再結合各自威脅情報庫，進行異常行為分析和風險研判。可見對于數(shù)據(jù)分析層，IT 和 OT 采用的技術類同，只是數(shù)據(jù)模型、規(guī)則和協(xié)議不同，可建立通用分析模型。

（3）威脅情報庫融合。IT 和 OT 網(wǎng)絡威脅情報分別揭示了 IT 和 OT 網(wǎng)絡資產可能存在或出現(xiàn)的風險、威脅，并給出相關聯(lián)的環(huán)境、機制、指標、內涵及可付諸行動的建議，可為企業(yè)響應相關威脅或風險提供決策幫助。但目前，IT和 OT 各自網(wǎng)絡威脅情報庫還未很好地共享，難以實現(xiàn)安全威脅的協(xié)同感知和統(tǒng)一處置，可對IT 和 OT 各自情報庫的情報類別、條目以及數(shù)據(jù)結構等內容抽象分離，設計統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結構，進行兩套情報庫的格式轉換、統(tǒng)一存儲和發(fā)布，以實現(xiàn)對安全事件和威脅事件的深度識別 。

3.3態(tài)勢融合

IT 系統(tǒng)和 OT 系統(tǒng)在呈現(xiàn)層均有對企業(yè)系統(tǒng)資產、漏洞、威脅、日志、告警和態(tài)勢等情況的展示，功能類同，主要以可視化界面為主，可融合為統(tǒng)一的展示效果，對高安全風險進行協(xié)同響應和處置。同時，可向上預留應用接口，滿足國家部委網(wǎng)絡安全監(jiān)管需求，實現(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)上報及統(tǒng)一威脅情報的接收。

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結語

IT 和 OT 融合作為推動制造業(yè)轉型升級的重要抓手，目前仍處于艱難的探索階段，當下還無非常成熟的模式。針對 IT 和 OT 的安全融合，建議考慮具體行業(yè)的實際需求，加強 IT 和OT 技術融合的標準化建設。另外，加強安全保障體系建設。IT 和 OT 融合必須具備 IT 安全、OT 安全以及 IT 和 OT 融合安全技術，如安全PLC、工業(yè)虛擬專用網(wǎng)、工業(yè)網(wǎng)絡地址轉換、工業(yè)入侵檢測、工控網(wǎng)絡接入控制、無須依賴外部特征庫的 AI 智能分析與檢測等才能滿足融合安全建設目標。建議高效實施系統(tǒng)防護，加大對重要資產的保護力度，從融合系統(tǒng)中分離網(wǎng)絡通信功能及加強 AI 技術在融合安全方面的賦能作用。

引用格式：萬喬喬 , 鐘一冉 , 周恒 , 等 . 一種 IT 和 OT 安全融合的思路 [J]. 信息安全與通信保密 ,2023(1):79-86.

審核編輯 黃宇