توسعه فناوری امنیت اطلاعات سیستم کنترل کامپیوتر صنعتی به طور مداوم با توسعه سیستم اتوماسیون صنعتی در حال تحول است. روند کنونی توسعه سیستم اتوماسیون دیجیتالی کردن، هوشمندسازی، شبکه‌سازی و تعامل انسانی{0}}رایانه است و در عین حال، فناوری IT بیشتری برای کنترل منطق سنتی و کنترل دیجیتال اعمال می‌شود. در آینده، فناوری امنیت اطلاعات سیستم کنترل صنعتی بیشتر بر فناوری سنتی IT تکیه خواهد کرد تا آن را هوشمندتر و شبکه ای کند و به بخشی ضروری از سیستم کنترل تبدیل شود. مشابه مسیر تحقیق و توسعه محصول امنیت اطلاعات در اینترنت IP سنتی، محصولات امنیت اطلاعات سیستم کنترل صنعتی نقطه همگرایی بین امنیت اطلاعات و کنترل تولید صنعتی پیدا می‌کنند و یک سیستم محصول با ویژگی‌های متمایز سیستم کنترل صنعتی ورودی امن را تشکیل می‌دهند. کنترل امنیتی و خروجی ایمن .
امنیت کنترل صنعتی امنیت عملکردی، فیزیکی و اطلاعاتی را در نظر می گیرد
معمولاً امنیت سیستم کنترل صنعتی را می توان به سه جنبه یعنی امنیت عملکردی، امنیت فیزیکی و امنیت اطلاعات تقسیم کرد.
ایمنی عملکردی این است که برای دستیابی به تجهیزات و عملکردهای ایمنی کارخانه، بخش‌های ایمنی{0}} مربوط به تجهیزات حفاظت‌شده و کنترل‌کننده باید وظایف خود را به درستی انجام دهند و در صورت بروز نقص یا نقص، تجهیزات یا سیستم همچنان باید حفظ شود. یک وضعیت امن یا وارد یک حالت امن.
ایمنی فیزیکی کاهش خطرات ناشی از عواملی مانند شوک الکتریکی، آتش سوزی، تشعشع، خطرات مکانیکی و خطرات شیمیایی است.
تعریف امنیت اطلاعات برای سیستم های کنترل صنعتی در IEC 62443 به این صورت است: «اقدامات انجام شده برای حفاظت از سیستم؛ وضعیت سیستم به دست آمده با ایجاد و حفظ اقدامات حفاظت از سیستم؛ توانایی عاری از دسترسی غیرمجاز به منابع سیستم و تغییر، تخریب یا از بین رفتن غیرمجاز یا تصادفی؛ بر اساس توانایی سیستم کامپیوتری، می‌تواند اطمینان حاصل کند که پرسنل و سیستم‌های غیرمجاز نه می‌توانند نرم‌افزار و داده‌های آن را اصلاح کنند و نه به عملکردهای سیستم دسترسی دارند، اما اطمینان حاصل کند که پرسنل و سیستم‌های مجاز مسدود نشده‌اند. جلوگیری از دسترسی به سیستم های کنترل صنعتی، نفوذ غیرقانونی یا مضر یا تداخل در عملکرد صحیح و برنامه ریزی شده آن.
تعاریف و مفاهیم سه نوع امنیت کاملاً متفاوت است.
ایمنی عملکردی، مفهوم سطوح یکپارچگی ایمنی تقریباً 20 سال است که استفاده می شود. مشخصات ایمنی عملکردی ایجاب می کند که ایمنی یک قطعه یا سیستم معمولاً به صورت یک عدد بیان شود و این عدد یک ضریب حفاظتی بر اساس میزان خرابی قطعه یا سیستم پیشنهادی برای محافظت از سلامت انسان، ایمنی تولید و ایمنی محیطی است.
امنیت فیزیکی، عناصر حفاظتی عمدتاً توسط یک سری مشخصات عملیات تولید ایمنی تعریف می شوند. دولت‌ها، شرکت‌ها و سازمان‌های صنعتی عموماً استانداردسازی-عملکرد سیستم‌های صنعتی در محل را از طریق روش‌های کامل عملیات تولید ایمنی محدود می‌کنند، از قابلیت ردیابی حوادث اطمینان می‌دهند و مسئولیت‌های پرسنل مربوطه را روشن می‌کنند. عوامل مدیریتی و نهادی اصلی ترین راه های حفظ امنیت فیزیکی هستند. .
روش ارزیابی امنیت اطلاعات سیستم کنترل صنعتی با ارزیابی ایمنی عملکردی متفاوت است. اگرچه همه آنها برای محافظت از سلامت پرسنل، ایمنی تولید یا ایمنی محیطی هستند، سطح یکپارچگی ایمنی استفاده ایمنی عملکردی بر اساس احتمال خرابی تصادفی سخت افزاری یک قطعه یا سیستم محاسبه می شود و سیستم های امنیت اطلاعات طیف وسیع تری از کاربردها را دارند. و بسیاری از علل و پیامدهای احتمالی دیگر. عواملی که بر امنیت اطلاعات تأثیر می گذارند بسیار پیچیده هستند و توصیف آنها با یک عدد ساده دشوار است. با این حال، مفهوم امنیت کامل چرخه عمر ایمنی عملکردی برای امنیت اطلاعات نیز قابل استفاده است و مدیریت و نگهداری امنیت اطلاعات نیز باید در چرخه انجام شود.
تفاوت بین امنیت کنترل صنعتی و امنیت اطلاعات شبکه
تفاوت بین امنیت اطلاعات سیستم کنترل صنعتی و امنیت شبکه اطلاعات IP سنتی عبارتند از: 1. الزامات امنیتی مختلف، 2. تفاوت بین وصله‌های امنیتی و مکانیسم‌های ارتقا، 3. تفاوت در عملکرد زمان واقعی، و 4. تفاوت در اولویت های حفاظت از امنیت، 5. تفاوت در سازگاری فناوری حفاظت از امنیت.
به طور کلی، امنیت شبکه اطلاعات IP سنتی به فناوری‌های نسبتاً بالغ و اصول طراحی (احراز هویت، کنترل دسترسی، یکپارچگی اطلاعات، جداسازی امتیازات و غیره) تبدیل شده است که می‌تواند به ما در پیشگیری و پاسخ به حملات علیه سیستم‌های کنترل صنعتی کمک کند. با این حال، به طور سنتی، تحقیقات امنیت اطلاعات رایانه‌ای بر حفاظت از اطلاعات متمرکز است و محققان به این موضوع توجه نمی‌کنند که چگونه یک حمله بر الگوریتم‌های ارزیابی و کنترل تأثیر می‌گذارد و در نهایت چگونه یک حمله بر دنیای فیزیکی تأثیر می‌گذارد.
ابزارهای مختلف امنیت اطلاعات موجود می توانند مکانیسم های لازم را برای امنیت سیستم های کنترلی فراهم کنند. این مکانیسم های فردی برای کنترل حفاظت عمیق کافی نیست. با درک عمیق فرآیند تعامل بین سیستم های کنترل و دنیای فیزیکی واقعی، محققان باید در آینده توسعه دهند.
1. درک بهتر عواقب یک حمله: تاکنون مطالعه عمیقی در مورد آسیب‌هایی که مهاجم در صورت دسترسی غیرمجاز به برخی از دستگاه‌های شبکه کنترل‌شده می‌تواند ایجاد کند، انجام نشده است.
2. طراحی یک الگوریتم جدید تشخیص حمله: با درک رفتار کنترلی فرآیند فیزیکی، و بر اساس دستورات کنترل فرآیند و اندازه‌گیری‌های حسگر، می‌توان تشخیص داد که آیا مهاجم سعی در تداخل با داده‌های کنترل یا حسگر دارد یا خیر.
3. طراحی یک الگوریتم و معماری جدید ارتجاعی ضد حمله: هنگامی که یک رفتار حمله سیستم کنترل صنعتی شناسایی می‌شود، فرمان کنترل را می‌توان به موقع تغییر داد تا انعطاف‌پذیری سیستم کنترل افزایش یابد و تلفات کاهش یابد.
4. طراحی هویت هویت و فناوری رمز عبور مناسب برای تجهیزات میدانی سیستم SCADA صنعتی: در حال حاضر، برخی از فناوری رمز عبور بالغ، پیچیده و قوی معمولاً نمی توانند عملکرد کنترل دسترسی را در تجهیزات میدانی سیستم کنترل صنعتی تکمیل کنند. دلیل اصلی این است که رمز عبور بیش از حد پیچیده است، مکانیزم‌ها ممکن است خطر واکنش سریع رویه‌های اضطراری را در مواقع اضطراری مختل کنند. کارشناسان در زمینه کنترل اتوماتیک صنعتی به طور کلی معتقدند که مکانیسم های رمز عبور نسبتا ضعیف (مانند رمزهای عبور پیش فرض، رمزهای عبور ثابت و حتی رمزهای عبور خالی و غیره) به راحتی قابل حدس زدن، انتقال و غیره تأثیر اضافی هستند.
5. توسعه فن‌آوری‌های حفاظتی امنیتی سیستم SCADA صنعتی با سازگاری سخت‌افزاری قوی‌تر: فناوری‌هایی با قابلیت‌های حفاظت امنیتی قوی در شبکه‌های داده IT سنتی، مانند احراز هویت، احراز هویت، رمزگذاری، تشخیص نفوذ و فناوری‌های کنترل دسترسی، به طور کلی بر اشغال شبکه‌های بیشتر، پهنای باند تأکید دارند. ، عملکرد پردازنده و منابع حافظه، که در تجهیزات سیستم کنترل صنعتی بسیار محدود هستند، که در ابتدا برای انجام وظایف میدانی خاص طراحی شده بودند، معمولاً دستگاه‌های-پردازنده کم هزینه-کم هستند. علاوه بر این، برخی از پردازنده های بسیار قدیمی (مانند پردازنده 8088 اینتل که در سال 1978 تولید شد) هنوز در دستگاه های کنترل سیستم های صنعتی انرژی مانند نفت و تامین آب استفاده می شود. بنابراین، استقرار فن‌آوری‌های اصلی حفاظت از امنیت اطلاعات در چنین دستگاه‌هایی بدون کاهش قابل توجهی عملکرد دستگاه‌های کنترل میدان صنعتی دشوار است.
6. توسعه فناوری‌های حفاظت از امنیت سازگار با چندین سیستم عامل یا پلت‌فرم‌های نرم‌افزاری: مکانیسم‌های فناوری امنیت اطلاعات در شبکه‌های داده IT سنتی، عمدتاً برای حل مسائل امنیتی اطلاعات در پلت‌فرم‌های{1} همه منظوره سیستم‌عامل مانند Windows، Linux، و Unix . در زمینه سیستم‌های SCADA صنعتی، دستگاه‌های سیستم SCADA صنعتی در سایت معمولاً از سیستم‌عامل‌های غیرعمومی (که گاهی اوقات سیستم‌افزار نامیده می‌شوند)، پلت‌فرم‌های نرم‌افزار اختصاصی (مانند GE و غیره) استفاده می‌کنند که به‌طور مستقل توسط تامین کنندگان تجهیزات (ABB، زیمنس، هانیول و غیره). iFix و غیره) برای تکمیل عملکردهای خاص کنترل فرآیند صنعتی. بنابراین، چگونگی توسعه، استقرار و حتی ارتقاء فناوری‌های حفاظت از امنیت اطلاعات در سیستم‌های عامل غیرجهانی و پلت‌فرم‌های نرم‌افزاری{4}}یک مسئله کلیدی است که باید در آینده امنیت اطلاعات سیستم SCADA صنعتی حل شود.
ایجاد یک سیستم حفاظت از قبل از رویداد، در-رویداد و پست-
مفهوم، الزامات و ویژگی های هدف امنیت اطلاعات سیستم کنترل صنعتی، نیاز به برخی فناوری ها و اقدامات ویژه امنیت اطلاعات را تعیین می کند. در فرآیند تولید صنعتی، IED، PLC، RTU، کنترلرها، پردازنده‌های ارتباطی، سیستم‌های SCADA و انواع مختلف عملی، مورد استفاده یا پیکربندی در انواع تجهیزات دیجیتال قابل برنامه‌ریزی برای دستیابی به هدف عملکرد امنیتی تضمین تولید، کنترل و مدیریت کنترل صنعتی سیستم های. فناوری اساسی امنیت اطلاعات کلیه سیستم های کنترل خودکار، کنترل دسترسی و احراز هویت کاربر است. بر این اساس، برخی از فناوری‌ها برای محافظت از امنیت بسته‌های داده ارتباطی با استفاده از پروب، رمزگذاری کانال، تأیید بسته‌های داده و احراز هویت توسعه می‌یابند. به منظور تحقق امنیت اطلاعات سیستم کنترل صنعتی تحت فرض ایمنی عملکردی، ایجاد یک سیستم مدیریت جامع و فناوری حفاظت از امنیت کلی برای امنیت اطلاعات سیستم کنترل صنعتی قبل، حین و بعد از رویداد ضروری است.
1. فناوری دفاعی پیشرفته
فناوری پیش{0}دفاع بخش مهمی از سیستم فناوری حفاظت از امنیت اطلاعات کنترل صنعتی است. در حال حاضر، بسیاری از فن‌آوری‌های اساسی بالغ وجود دارند که می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند: فایروال اختصاصی کنترل دسترسی/کنترل صنعتی، احراز هویت، تجهیزات شناسایی، فناوری شناسایی مبتنی بر بیومتریک، مودم‌های ایمن، فناوری رمزگذاری، زیرساخت کلید عمومی (PKI) ، شبکه محلی مجازی (VPN).
2. فناوری پاسخ در رویداد
فناوری تشخیص نفوذ (IDS) در شناسایی عملکردهای نادرست داخلی و مهاجمان خارجی که سعی در دسترسی داخلی دارند بسیار مؤثر است. قادر به تشخیص و شناسایی قصد کاربران داخلی یا خارجی برای ایجاد اختلال در شبکه است. IDS ها به دو شکل رایج هستند: سیستم های تشخیص امضای دیجیتال و سیستم های تشخیص بی نظمی. مزاحمان اغلب به امضاهای دیجیتال حمله می کنند تا به سیستم دسترسی پیدا کنند یا یکپارچگی شبکه را به خطر بیندازند. سیستم تشخیص امضای دیجیتال ویژگی های حمله فعلی را با پایگاه داده مشخصه های حمله شناخته شده مقایسه می کند و در نهایت نتیجه مقایسه را با توجه به حساسیت انتخاب شده تعیین می کند. سپس با توجه به نتیجه مقایسه، وقوع رفتار حمله مشخص می شود تا رفتار حمله مسدود شود و به مدیر سیستم اطلاع داده شود که سیستم فعلی مورد حمله قرار گرفته است. فناوری تشخیص بی نظمی وقوع نفوذ را تعیین می کند و با مقایسه تفاوت بین رفتار سیستم در حال اجرا و رفتار عادی سیستم، به مدیران سیستم هشدار می دهد. به عنوان مثال، IDS می تواند فعالیت غیرعادی سیستم را در نیمه شب یا دسترسی شدید به یک پورت I/O از شبکه خارجی تشخیص دهد. هنگامی که فعالیت غیرعادی رخ می دهد، IDS می تواند حملات را مسدود کرده و به مدیران سیستم هشدار دهد.
هر دو سیستم IDS بالا مزایا و معایب خود را دارند، با این حال، همه آنها مشکل یکسانی دارند - نحوه تنظیم حساسیت تشخیص. حساسیت بالا باعث ایجاد هشدارهای نفوذ کاذب می شود و IDS اقدامات مربوط به سیستم را برای هر هشدار نفوذ انجام می دهد. بنابراین، هشدارهای نفوذ بیش از حد کاذب نه تنها برخی از عملکردهای ضروری سیستم عادی را از بین می برد، بلکه آسیب زیادی به سیستم وارد می کند. بار اضافی حساسیت کم باعث می‌شود IDS نتواند وقوع برخی رفتارهای نفوذی را تشخیص دهد، بنابراین IDS چشم خود را بر روی برخی رفتارهای نفوذی می‌بندد تا مهاجم بتواند با موفقیت وارد سیستم شود و خسارات غیرقابل پیش‌بینی ایجاد کند.
3. پست{1}}تکنولوژی پزشکی قانونی رویداد
مکانیسم گزارش حسابرسی فایلی است که اطلاعات احراز هویت و سایر اطلاعات مشخصه کاربران قانونی و غیرقانونی را ثبت می‌کند و یکی از{0}}فناوری‌های قانونی پس از رویداد برای امنیت اطلاعات سیستم کنترل صنعتی است. بنابراین، هر دسترسی به سیستم و اقدامات مرتبط با آن نیاز به مستندسازی دارد. هنگام تشخیص و ممیزی که آیا نفوذ الکترونیکی شبکه رخ داده است یا خیر، دفتر خاطرات حسابرسی یکی از معیارهای قضاوت ضروری است. علاوه بر این، ثبت رفتار سیستم نیز یک فناوری رایج برای امنیت اطلاعات سیستم های SCADA صنعتی است.
اینها برخی از فناوری‌های متداول و متعارف در امنیت اطلاعات سیستم‌های کنترل کامپیوتری صنعتی هستند و برخی فناوری‌های کلیدی ویژه در فرآیند پیاده‌سازی امنیت اطلاعات سیستم‌های کنترل صنعتی وجود دارد.
