城市軌道交通領域中綜合監控系統的信息安全的建立論文
摘要：本文主要研究城市軌道交通領域中綜合監控系統的信息安全, 旨在為綜合監控系統建立符合信息安全等級保護規定的信息安全防護機制, 保障綜合監控系統的網絡安全和信息安全, 保護城市軌道交通信息化系統不受外部或內部的入侵和攻擊, 確保城市軌道交通的安全運行。
關鍵詞：城市軌道交通; 綜合監控; 信息安全;
0 引言
信息安全是基于網絡構建的信息系統中的軟、硬件及系統中的數據受到保護, 不因偶然的或者惡意的因素而遭到破壞、更改、泄露, 信息系統安全可靠地長期運行, 提供不間斷信息服務。隨著城市軌道交通在近幾年的高速發展, 信息技術在城市軌道交通的大規模應用, 信息系統在城市軌道交通系統中發揮了重要的作用。隨著互聯網技術、云計算技術、傳感器技術和人工智能技術在城市軌道交通系統中的不斷深入應用, 城市軌道交通信息系統朝著智能化的方向發展。確保信息系統網絡及信息安全是保證城市軌道交通能夠安全、可靠運行的基礎。
城市軌道交通綜合監控系統是建立在計算機網絡、通信網絡和信息網絡的基礎之上, 實現多系統集成和互聯, 進行信息共享交互的信息化指揮系統。綜合監控系統處于城市軌道交通系統網絡最內部的生產網, 網絡規模龐大, 需要高度的安全性和機密性。然而, 目前綜合監控系統的網絡是基于網絡間互連協議技術建設, 其使用的TCP/IP協議不具備保障網絡通信安全的機制, 給綜合監控系統的信息安全造成隱患, 網絡管理和安全面臨著更大的挑戰, 這也引起了各部級門的重視。如何保證系統網絡及信息安全可靠, 成為城市軌道交通綜合監控系統迫切需要解決的問題。
1 綜合監控系統信息網絡存在的問題
計算機網絡應用和互聯網的普及, 給綜合監控系統信息網絡增加了安全隱患, 再加上綜合監控系統網絡需要與城市軌道交通系統中為數眾多的機電信息系統進行連接, 這使得綜合監控系統信息安全問題更加突出。主要集中在以下幾個方面:
1.1 外部攻擊的發展
綜合監控系統采用大量的IT技術, 其使用工業控制信息技術的安全日益進入HACK的研究范圍, 國內外大型的信息安全交流會議已經把工業控制信息安全作為一個重要的討論議題。隨著HACK的攻擊技術不斷進步, 攻擊的手段日趨多樣, 對于他們來說, 入侵到某個系統, 成功破壞其完整性是很有可能的。例如近幾年的震網、duqu、火焰、havex等病毒證明HACK開始對自動化系統感興趣。
1.2 內部威脅的加劇
據中國國家信息安全測評中心的調查結果顯示, 信息安全的主要威脅為內部人員破壞和內部信息泄露, 而不是來自外部HACK攻擊或病毒入侵。
綜合監控系統集成和互聯的各自動化系統普遍缺乏網絡準入和控制機制, 上位機與下位機通訊缺乏身份鑒別和認證機制, 只要能夠從協議層面跟下位機建立連接, 就可以對下位機進行修改, 普遍缺乏對系統最高權限的限制, 高權限賬號往往具有掌控系統和數據的能力, 因此, 任意一種非法操作都會導致系統或數據的修改和泄露。由于綜合監控系統缺乏有效的審計和事后追溯的工具, 也讓責任劃分和威脅追蹤變得更加困難。
1.3 應用軟件威脅
由外部提供的授權應用軟件無法保證提供完整的信息保護功能, 因此后門、漏洞等問題都有可能出現。
1.4 第三方維護人員的威脅
信息系統的發展愈發成熟之后, 因為發展戰略、經營規劃、資源投入等原因, 會將非核心維護業務外包。如何有效地對運維人員的操作進行控制, 執行規范化的.嚴格審計是信息系統運營面臨的一個關鍵問題。
1.5 多種病毒的泛濫
病毒可通過移動存儲設備、外來運維的電腦, 無線系統等進入系統, 當病毒進入系統后, 通過自動收集系統相關信息, 如關于控制指令或操作命令、系統中明文傳輸的用戶信息等, 或是嗅探網絡內如服務器、交換機、工業控制器等IT設備的漏洞, 從而進行復制、傳播。這種大規模的傳播與復制, 會極大地消耗網絡資源, 造成網絡擁塞、網絡風暴甚至網絡癱瘓, 成為影響信息系統安全的主要因素之一。
2 綜合監控系統信息安全防護體系
2.1 參考標準
綜合監控系統按照IEC62443《工業過程測量、控制和自動化網絡與系統信息安全》、《信息保障技術框架》 (IATF) 的要求劃分區域, 確定系統邊界, 進而對系統可能面臨的威脅進行分析判斷。
IATF中將信息系統劃分為以下根節點域:邊界接入域、計算環境域、網絡基礎設施域和支撐性設施域。
按照要求, 綜合監控系統需要依據《信息系統安全等級保護基本要求》 (GB/T 22239-2008) 中技術部分的相關要求, 建設信息安全等級保護體系的技術部分。依據該要求中管理的相關要求進行建設信息安全等級保護體系的管理部分, 重點加強縱深防御。
本次主要從物理安全、網絡安全、主機安全、應用安全、數據安全五個方面研究綜合監控系統信息安全等級保護技術部分的相應措施。
2.2 綜合監控系統信息安全建設思路
采用“內部加固, 邊界邏輯隔離, 集中管理, 統一展示”的實施策略。
按照信息安全等級保護技術部分要求, 綜合監控系統與其集成或互聯的各子系統應該從網絡接口分界處進行隔離, 使各子系統處于各自獨立的安全防護區。
系統邊界如服務器、接口裝置、各系統連接處等要進行邊界防護、訪問控制等。同時在內部對網絡進行實時監測, 對監測到的異常進行報警。
通過信息安全管理系統對綜合監控系統內各個子系統和安全設備進行集中管理。
2.3 綜合監控系統信息安全防護
城市軌道交通綜合監控系統是構建在城市軌道交通生產網絡上的數據采集與監視控制系統系統, 使用了分層分布式的系統架構。中央級綜合監控系統, 車站級 (含停車場和車輛段) 綜合監控系統這兩級系統通過城市軌道交通生產網連接在一起。
按照信息安全建設思路, 地鐵綜合監控系統可以劃分為以下結構:
垂直方面劃分三個層級, 最頂層為中央控制中心, 中間為車站控制層, 下層為設備層�？刂茖拥墓ぷ髡究梢詫υO備層的設備下發指令進行控制, 但是控制層的工作站數量龐大, 從理論上講, 任何一臺工作站都可以控制全線的設備, 因此有必要將所有的工作站分別對待, 如:只有中央控制中心的總調工作站才可以對全線的設備進行控制, 車站的工作站只能控制本站的設備, 車站的設備只能被本站和中央控制中心的工作站控制。
水平方面也需要劃分多個區域, 由于綜合監控系統需要對環境, 消防, 供電, 等多個內部系統進行監控, 還需要監控信號, AFC, CCTV, PIS等其它專業的數據, 在水平方向與這些系統都有連接。因此也有必要對這些內部和外部系統進行分區管理, 設置隔離措施, 防止一損俱損。
按照“邊界控制, 內部監測”的原則, 與外部系統 (其它專業如信號, AFC, CCTV, PIS等) 的連接處屬于邊界, 應進行訪問控制。內部系統如環境, 消防, 安全門等進行監測, 而電力p SCADA系統由于其在整個地鐵系統中的重要性, 已被定級為等保三級, 因此電力系統應獨立分區, 并進行訪問控制。培訓系統與生產運行無直接關聯, 應獨立組網進行隔離, 如果確實需要與生產網相連, 也應進行訪問控制。
因為安全系統也分布部署到車站、停車場和車輛段, 安全管理中心也需要對全網的安全設備進行集中統一管理, 建議在通信系統中給安全系統也劃分獨立的管理通道, 以減少對生產系統的影響。
2.3.1 中央級綜合監控系統
在中央控制中心設置安全管理區域, 劃分獨立VLAN, 設置安全管理平臺, 集中部署/管理安全產品和安全設備。
中央級綜合監控系統在設備室部署工業防火墻、工業異常檢測引擎, 在系統內部署防病毒系統、工作站安全系統等。
在用戶安全管理工作區部署信息安全管理平臺、審計系統、漏洞掃描、配置核查等設備和系統。在與其它專業系統的外部邊界部署工業防火墻。在Web服務器前端部署Web應用防火墻。
(1) 信息安全管理平臺。信息安全管理系統用于集中管理系統中的各類安全信息。基于網絡內信息流識別各類數據訪問和發現信息異常, 通過日志分析發現潛在威脅, 通過比對各業務系統特定控制指令數據包快速發現異常業務數據。
(2) 工業防火墻。工業防火墻用于控制外部系統 (如信號, AFC等) 對綜合監控系統, 以及綜合監控系統內部不同區域之間 (如中央到車站) 的訪問控制, 對數據包進行過濾, 通過白名單機制隔離非法業務數據, 實現信息保護。工業防火墻還可以對工業控制協議進行深度解析, 通過預設、自學習等方法識別非法或違規的工業控制指令及控制參數, 并進行阻斷, 避免工業控制設備受到網絡攻擊。
(3) 工控異常檢測。工控異常檢測通過對系統中的應用層協議進行深度解析檢驗協議格式, 并與規則策略對比驗證內容合規性, 可實現對應用系統的入侵檢測和分析業務操作異常。能自動發現工業網絡中的活動設備, 設備開放的端口以及設備的網絡連接, 并通過預設、自學習等方法制定白名單策略, 自動監視異常的違規業務�？蓪W絡中傳播的病毒、木馬以及對系統已知漏洞的攻擊行為進行檢測。
(4) 網絡防病毒系統。病毒、木馬會導致終端運行效率降低, 對文件進行破壞從而造成系統癱瘓。而且由于工作站通過網絡互聯, 會引起交叉感染現象, 很難徹底清除某些感染性較強的病毒, 因此要安裝網絡防病毒軟件對工作站主機進行病毒查殺。
(5) 工作站安全系統。工作站主機通過安裝工作站安全系統可對訪問進行控制, 根據安全策略控制對操作員工作站資源的訪問, 對工作站主機的進程、應用軟件進行權限管理, 控制移動存儲介質的使用。對工作站聯接到互聯網的行為進行檢查, 準確定位并進行阻斷。
(6) 數據庫審計。數據庫審計系統是通過網絡對數據庫的操作合規性進行顆粒度審計的管理系統。它通過對被授權人員訪問數據庫的操作進行記錄、分析, 幫助用戶事前預防、實時監視、違規攔截、事后報告、事故追蹤溯源, 加強行為監管, 保障數據庫的正常運行。
(7) 現場運維審計堡壘機。運維審計系統是通過網絡對系統的操作合規性進行顆粒度審計的管理系統。它通過對被授權人員對系統的維護行為進行記錄、分析, 幫助用戶事前預防、實時監控、違規攔截、事后報告、事故追蹤溯源, 加強行為監管、避免核心資產 (數據庫、服務器、網絡設備等) 損失、保障業務系統的正常運行。
(8) 漏洞掃描系統。漏洞掃描系統能夠快速發現網絡資產, 準確識別資產屬性, 全面掃描安全漏洞, 準確識別安全風險, 提供相應的修復建議和預防措施, 并審核系統中配置的風險控制策略, 使安全管理人員在系統全面評估的基礎上實現安全自主掌控。
(9) 配置核查。安全基線配置核查系統是檢查安全配置的自動化工具, 可對主機設備、網絡設備、安全設備、數據庫、中間件等系統配置進行安全檢查。檢查內容應包括操作系統和網絡設備、數據庫和中間件等的賬號、口令、授權、日志安全要求、不必要的服務、啟動項、注冊表、會話設置等和安全相關配置, 幫助安全人員對工作站主機進行定期檢查和安全加固。
(10) Web應用防火墻。Web應用防火墻是通過執行一系列針對HTTP/HTTPS的安全策略來專門為Web應用提供第七層保護的一款產品。WEB應用防火墻是集WEB防護、網頁保護、負載均衡、應用交付于一體的Web安全防護設備。
2.3.2 車站/車輛段綜合監控系統
車站級綜合監控系統在設備室中部署工業防火墻、工控異常監測引擎, 在系統內部署防病毒系統、工作站安全系統等。
在車站級綜合監控系統與其它專業系統的邊界部署工業防火墻, 進行訪問控制, 在重要系統——電力p SCADA的區域邊界設置工業防火墻進行訪問控制。
在車站核心交換機旁路部署工業異常檢測引擎, 對內部網絡進行實時異常監測。
在車站的操作員工作站上安裝網絡防病毒和終端安全系統, 對病毒進行防治, 對主機進行保護。
2.4 綜合監控系統安全子系統
2.4.1 安全管理平臺
系統重點實現對綜合監控系統全系統設備安全、安全風險、安全事件、行為的全方位監控, 形成綜合監控系統的信息安全管理系統。系統由展示層、功能層、數據采集層、應用接口層、數據庫層組成, 實現信息安全數據的采集、分析和展示。
(1) 展示層。展示層實現整個系統的靈活展示和配置管理。通過圖形化人機界面進行全系統設備安全監控、安全設備調度、系統運維、知識庫管理等, 提供有效報警、進行風險識別, 降低安全事件的發生概率, 降低連帶損失;同時可為用戶提供各類報表, 網絡拓撲, 地理信息等輔助信息。
(2) 功能層。功能層是整個系統的業務核心, 用于實現各功能模塊的主要功能。包括設備安全管理、工控安全綜合分析、輔助安全管理、系統運維管理四個方面。
設備安全管理實現全網設備的安全監控, 支持設備自動拓撲發現, 能夠將被管理設備進行分組、分域的統一維護。
工控安全綜合分析包括工控網絡業務流量分析、安全事件管理、安全風險管理。
輔助安全管理包括告警和報表的管理。
系統運維管理包括采集器管理、級聯管理、系統自管理、權限管理。
(3) 采集層。管理中心即可通過SNMP Trap、Syslog、ODBCJDBC、文件文件夾、WMI、FTP、Net BIOS、OPSEC等多種方式完成日志收集功能。
采集的數據包括工控環境所有的交換機、服務器、網絡安全設備、OPC服務器、操作員站、DCS系統、PLC系統等。采集信息類型主要分為事件、流量、性能數據。
(4) 數據庫層。數據庫層集中存儲了系統所有的關鍵數據, 包括設備庫、拓撲庫、性能數據庫、事件庫、關聯分析規則庫、行為合規規則庫、威脅庫、漏洞庫、配置基線庫、知識庫、系統自身的配置維護數據庫等等。
(5) 應用接口層。應用接口層是指本系統與外部系統的接口模塊。接口模塊內置信息加密、安全認證等安全防護手段。實現安全系統與工業控制系統、運維系統、網管系統及其他系統的接口, 以便在識別出安全事件后, 系統能夠及時響應處理。
2.4.2 網絡防病毒系統
系統主要為了達到如下目的:提高安全管理員工作效率, 減輕日常工作強度;對終端進行統一的優化清理, 提高終端運行效率;加強企業內部終端安全的統一管理, 防止病毒木馬入侵;網絡防病毒系統由控制中心和終端兩部分組成。
(1) 控制中心�？刂浦行氖蔷W絡防病毒的管理平臺, 部署在服務器端, 采用B/S架構, 可以通過瀏覽器訪問。主要負責終端分組管理、體檢任務下發 (統一 (殺毒、統一漏洞修復) 、全網健康狀況監測、生成報表、查詢日志和升級終端軟件等。
(2) 終端。企業終端部署在需要被保護的企業內部服務器或者PC終端, 接受控制中心下發的各種任務, 執行最終的殺毒掃描、漏洞修復等安全操作, 并向安全控制中心發送相應的安全報告。
3 結論
綜合監控系統作為城市軌道交通設備運行監控的核心系統, 需要連續可靠正常地提供信息服務, 保證整個城市軌道交通系統的安全穩定運行。因此, 如何避免綜合監控系統遭受偶然或者惡意的攻擊、破壞, 對維護城市軌道交通正常的安全生產運營有著至關重要的意義。綜合監控系統配置信息安全防護體系是確保系統整體安全, 降低安全運營風險的重要手段之一, 應得到充分的重視。
參考文獻
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[2]IEC62443, 工業過程測量、控制和自動化網絡與系統信息安全[S].北京:中國標準出版社, 2015.
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[4]GB/T.22239-2008, 信息系統安全等級保護基本要求[S].北京:中國標準出版社, 2008.
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