黃河 張偉 祁國成 閆峰 陳鵬

中國石油北京油氣調(diào)控中心

油氣管道SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)，是一種針對(duì)油氣長(zhǎng)輸過程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制的工業(yè)控制系統(tǒng)，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、加工、匯總、計(jì)算和展示，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控、參數(shù)調(diào)節(jié)以及信號(hào)報(bào)警等遠(yuǎn)程監(jiān)控功能［1］。

中國石油北京油氣調(diào)控中心（以下簡(jiǎn)稱調(diào)控中心）針對(duì)中國石油天然氣股份有限公司所屬的長(zhǎng)輸油氣管道實(shí)施集中式的遠(yuǎn)程監(jiān)控、操作運(yùn)行、調(diào)度管理和應(yīng)急協(xié)調(diào)，以優(yōu)化管道運(yùn)營管理體制，提高油氣管輸效率。目前中國石油油氣管道SCADA系統(tǒng)已完成從集中式到分布式的過渡發(fā)展，管網(wǎng)調(diào)度實(shí)行三級(jí)控制，即中心控制（以下簡(jiǎn)稱中控）、站場(chǎng)控制（以下簡(jiǎn)稱站控）和就地控制。分布式的SCADA系統(tǒng)運(yùn)行需要依托通信網(wǎng)絡(luò)。

隨著油氣調(diào)度一體化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，SCADA系統(tǒng)安全成為保證油氣管道生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵因素，直接影響石油工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行乃至國家經(jīng)濟(jì)命脈安全。據(jù)美國儀器系統(tǒng)和自動(dòng)化協(xié)會(huì)（ISA）的一份報(bào)告稱，當(dāng)前各種SCADA系統(tǒng)普遍存在弱點(diǎn)，安全評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)防范迫在眉睫［2］，重點(diǎn)區(qū)域和重要環(huán)節(jié)的安全防護(hù)已經(jīng)成為一項(xiàng)重要的研究課題。以往有針對(duì)調(diào)控中心的安全防護(hù)研究，較常見的策略有冗余、災(zāi)備［3］。

筆者將針對(duì)油氣管道SCADA系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)中存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，結(jié)合國內(nèi)外已有的標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)技術(shù)，提出了有效的安全防護(hù)解決方案。

1 油氣管道SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸

油氣管道SCADA系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，可以分為中控系統(tǒng)、站控系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等3個(gè)主要部分，如圖1所示。

為保證調(diào)控需要，日常生產(chǎn)過程中SCADA系統(tǒng)內(nèi)全天24h不間斷地傳輸著大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可粗略分為兩類：即上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)。上行主要是采集的量測(cè)數(shù)據(jù)，下行主要是控制指令。數(shù)據(jù)傳輸過程可以分為兩個(gè)階段：①站場(chǎng)內(nèi)站控系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換；②中控系統(tǒng)和站控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)傳輸過程的實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性要求都非常高。

1．1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)

1）數(shù)據(jù)傳輸吞吐量大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)并行監(jiān)控的數(shù)據(jù)點(diǎn)總數(shù)接近百萬，時(shí)間精度通常為毫秒級(jí)。

圖1 油氣管道SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的設(shè)備之間通常存在上位、下位關(guān)系［4］。上位設(shè)備是可以對(duì)其他設(shè)備下發(fā)指令進(jìn)行操作控制的一類設(shè)備，例如SCADA服務(wù)器、PLC。下位設(shè)備負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)給上位設(shè)備并執(zhí)行收到的操作指令，例如傳感器、驅(qū)動(dòng)器。需要特別說明的是，上位、下位是相對(duì)的概念，并不是絕對(duì)的分類，例如PLC相對(duì)于SCADA服務(wù)器是下位設(shè)備，相對(duì)于傳感器、驅(qū)動(dòng)器則是上位設(shè)備。某些上位設(shè)備之間也存在數(shù)據(jù)交換，例如SCADA服務(wù)站之間需要進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。

3）數(shù)據(jù)傳輸具有不對(duì)稱性［5］。例如，從下位發(fā)往上位的采集數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上位發(fā)往下位的控制指令。

4）數(shù)據(jù)傳輸還具有優(yōu)先級(jí)特性和可選擇性［4］。例如ESD等應(yīng)急指令應(yīng)當(dāng)較普通控制指令優(yōu)先下發(fā)；某些設(shè)備僅接收?qǐng)?bào)警等關(guān)鍵信息。

5）數(shù)據(jù)傳輸依托于通信網(wǎng)絡(luò)，需要使用特定的通信協(xié)議，協(xié)議的選擇需要考慮滿足上述的數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)。

1．2 常用通信協(xié)議

SCADA數(shù)據(jù)傳輸使用的通信協(xié)議，應(yīng)能保證數(shù)據(jù)在限定時(shí)間內(nèi)正確送達(dá)。根據(jù)美國燃?xì)鈪f(xié)會(huì)（AGA）發(fā)布的 AGA－12：1標(biāo)準(zhǔn)［6］，SCADA 系統(tǒng)中使用的協(xié)議有近200個(gè)，大都是由不同廠商研發(fā)提供的私有協(xié)議。經(jīng)過多年的發(fā)展，一些開放的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用。表1中列舉了油氣管道SCADA系統(tǒng)中最常用的幾種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

目前，一些工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中已經(jīng)明確提出了安全相關(guān)內(nèi)容［7］，比如最新版本的DNP3標(biāo)準(zhǔn)中就加入了安全相關(guān)內(nèi)容，支持在進(jìn)行關(guān)鍵信息交換時(shí)以“質(zhì)疑—回應(yīng)”（challenge－response）機(jī)制進(jìn)行認(rèn)證。

表1 油氣管道SCADA系統(tǒng)常用協(xié)議表

1．3 站控系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)

站控系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通常都部署在同一站場(chǎng)內(nèi)，站場(chǎng)內(nèi)一般建有百兆／千兆的局域網(wǎng)或串行通訊連接，并與外界網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了物理隔離。

站控系統(tǒng)可分為SCADA工作站和PLC兩部分，工作站上安裝了服務(wù)端、客戶端一體化的站控SCADA軟件。此外，可能還配備一個(gè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)（GW）用以協(xié)議轉(zhuǎn)換。

站控系統(tǒng)通過PLC連接現(xiàn)場(chǎng)傳感器、驅(qū)動(dòng)器等設(shè)備，并進(jìn)行信號(hào)采集和控制，常用的協(xié)議有MODBUS RTU、DeviceNet等。PLC之間可以使用 MODBUS PLUS或ControlNet協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。PLC和GW、SCADA工作站之間的數(shù)據(jù)傳輸使用MODBUS TCP或CIP協(xié)議。GW和SCADA工作站之間的數(shù)據(jù)傳輸可以使用IEC－104、DNP3、MODBUS TCP、CIP等協(xié)議。

根據(jù)不同的數(shù)據(jù)流策略，數(shù)據(jù)可以在PLC、GW或SCADA工作站等不同處實(shí)現(xiàn)匯聚，如圖2所示。

圖2 站場(chǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸示意圖

1．4 中控系統(tǒng)和站控系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)

中控系統(tǒng)和站控系統(tǒng)通常部署在相距很遠(yuǎn)的不同地方，之間利用通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。油氣管道SCADA通信系統(tǒng)主要以光纖通信為主信道，衛(wèi)星或租用公網(wǎng)為備用信道。一些沒有進(jìn)行光通信改造的管道，仍利用微波、公網(wǎng)等通信系統(tǒng)。中控系統(tǒng)和站控系統(tǒng)之間的通信采用IEC－104、DNP3、MODBUS TCP、CIP等多種協(xié)議。

中控系統(tǒng)可分為SCADA服務(wù)器和客戶端工作站兩部分，此外還配備一個(gè)總數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)（MGW）。

中控系統(tǒng)和站控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，一般有兩種方式，如圖3所示。

圖3 中控、站控?cái)?shù)據(jù)傳輸示意圖

一種方式是，中控系統(tǒng)的SCADA服務(wù)器使用MODBUS TCP、CIP等協(xié)議直接采集和控制站控系統(tǒng)的PLC，或者使用IEC－104、DNP3、MODBUS TCP、CIP等協(xié)議采集站控系統(tǒng)GW上的數(shù)據(jù)或下發(fā)指令。

另一種方式是，中控系統(tǒng)通過 MGW使用IEC－104、DNP3、MODBUS TCP、CIP等協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)所有站控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制指令下發(fā)。

此外，中控系統(tǒng)的多臺(tái)SCADA服務(wù)器之間還可以使用“用于過程控制的對(duì)象連接與嵌入”（OPC）協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

1．5 外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)

日常生產(chǎn)中，中控系統(tǒng)需要和許多外部系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，包括管道生產(chǎn)管理系統(tǒng)、模擬仿真系統(tǒng)、能耗計(jì)量系統(tǒng)、批次跟蹤系統(tǒng)、調(diào)度培訓(xùn)系統(tǒng)、調(diào)度評(píng)價(jià)系統(tǒng)等。

目前一般有兩種方式實(shí)現(xiàn)中控系統(tǒng)和外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸：

1）數(shù)據(jù)庫直接讀寫方式。中控系統(tǒng)使用OPC協(xié)議向PI數(shù)據(jù)庫寫入數(shù)據(jù)作為鏡像，外部系統(tǒng)直接連接訪問PI數(shù)據(jù)庫。比如模擬仿真系統(tǒng)就通過這種方式間接獲取SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

2）文件傳輸方式。源系統(tǒng)將數(shù)據(jù)寫入一個(gè)XML文件中，并傳至一個(gè)共享文件區(qū)或FTP，目標(biāo)系統(tǒng)將自動(dòng)讀取文件獲取數(shù)據(jù)。比如成品油的批次計(jì)劃信息就通過這種方式傳入SCADA系統(tǒng)中。

2 風(fēng)險(xiǎn)分析及解決方案

2．1 風(fēng)險(xiǎn)分析

當(dāng)前油氣管道SCADA系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸安全方面的防護(hù)措施不多，風(fēng)險(xiǎn)主要存在于中控系統(tǒng)和站控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸過程，主要有以下幾個(gè)方面。

2．1．1 非法接入風(fēng)險(xiǎn)

Risley等認(rèn)為攻擊者無法入侵物理隔離網(wǎng)絡(luò)的看法是一種理解錯(cuò)誤［5］，Byres更是直言物理隔離在現(xiàn)實(shí)世界中毫無用處，建議工業(yè)用戶開始放棄這種方法［8］。

中國石油一直在大力建設(shè)中控系統(tǒng)和站控系統(tǒng)的物理安全防護(hù)設(shè)施，但是若干系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換需求促使各個(gè)簡(jiǎn)單孤立的系統(tǒng)逐漸形成一個(gè)復(fù)雜的SCADA網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展非?？欤瑢?duì)于任何形式的網(wǎng)絡(luò)都可以提供多種接入方式，SCADA網(wǎng)絡(luò)也不例外。局域網(wǎng)無論怎么隔離，只要有對(duì)外的數(shù)據(jù)傳輸，就總會(huì)通過一根專線、一臺(tái)設(shè)備或者一個(gè)內(nèi)網(wǎng)和更大的企業(yè)網(wǎng)相連。攻擊者完全有可能利用這些鏈接獲取到對(duì)站場(chǎng)設(shè)備的接入途徑［4］，一旦非法接入，后果不可設(shè)想。

2．1．2 協(xié)議開放風(fēng)險(xiǎn)

Byres等認(rèn)為使用私有協(xié)議是更安全的［9］。但是目前出于工程實(shí)施難度和成本的考慮，油氣管道SCADA系統(tǒng)中使用的是一些開放的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，且多是基于以太網(wǎng)和TCP／IP協(xié)議棧的應(yīng)用層協(xié)議。

標(biāo)準(zhǔn)開放的同時(shí)，也使得攻擊者能夠更容易、更深層次地理解SCADA網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的機(jī)制，從而大大增加了風(fēng)險(xiǎn)。

2．1．3 明文數(shù)據(jù)風(fēng)險(xiǎn)

油氣管道SCADA系統(tǒng)中傳輸?shù)氖敲魑臄?shù)據(jù)，沒有進(jìn)行特殊的安全處理，其保密性、完整性無法得到保證。

數(shù)據(jù)在傳輸過程中或者存儲(chǔ)在終端設(shè)備時(shí)都有可能被侵入網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的攻擊者輕松獲得、更改。如果攻擊者對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了篡改，甚至偽造重要的控制指令，系統(tǒng)本身不具備任何能力發(fā)現(xiàn)。一旦這些數(shù)據(jù)進(jìn)入SCA－DA系統(tǒng)，可能引起嚴(yán)重事故，造成不可估量的損失。

2．1．4 非定制的軟硬件產(chǎn)品帶來的風(fēng)險(xiǎn)

油氣管道SCADA系統(tǒng)在建設(shè)過程中，很少選擇定制產(chǎn)品，而是選擇市場(chǎng)上較大廠商的典型軟硬件產(chǎn)品，這樣做大大降低了設(shè)計(jì)難度和建設(shè)成本，但同時(shí)也帶來了潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

由于絕大多數(shù)產(chǎn)品不是為了SCADA系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)的，都不帶任何安全功能。這些產(chǎn)品通常兼容一些基于以太網(wǎng)和TCP／IP協(xié)議棧的應(yīng)用層協(xié)議，在基于TCP／IP的網(wǎng)絡(luò)攻擊面前非常脆弱。如果不加入一些專門的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，SCADA網(wǎng)絡(luò)和普通的互聯(lián)網(wǎng)一樣，安全性和可靠性非常低。

2．2 安全標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)上述數(shù)據(jù)傳輸存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行安全防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循目前已有的油氣管道SCADA系統(tǒng)安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。表2中列舉了本文參考文獻(xiàn)的主要標(biāo)準(zhǔn)［10－13］。

表2 油氣管道SCADA系統(tǒng)安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)表

2．3 常見安全策略

2．3．1 接入控制

接入控制是一種常見的SCADA系統(tǒng)安全策略。完善SCADA系統(tǒng)的接入控制機(jī)制是非常必要的。對(duì)于企業(yè)級(jí)安全來說，必須嚴(yán)格執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)安全接入管理制度，并輔以適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段，才能事半功倍。

要在技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)接入控制，首先要做到針對(duì)所有的接入對(duì)象進(jìn)行認(rèn)證，這里的對(duì)象可能是用戶，也可能是設(shè)備。然后，應(yīng)當(dāng)賦予通過認(rèn)證的用戶相應(yīng)的角色和權(quán)限。

2．3．1．1 認(rèn)證

針對(duì)用戶的認(rèn)證可以保證控制指令是授權(quán)用戶下達(dá)的，針對(duì)設(shè)備的認(rèn)證可以保證數(shù)據(jù)來自正確的來源。雙重認(rèn)證比較嚴(yán)格，要求用戶必須在特定的設(shè)備上才能接入系統(tǒng)，且只能在該設(shè)備上查看數(shù)據(jù)和發(fā)送指令。

身份認(rèn)證的實(shí)現(xiàn)一般有軟硬兩種方式。軟件實(shí)現(xiàn)可以是軟件系統(tǒng)登錄時(shí)要求使用用戶名、口令進(jìn)行身份認(rèn)證，也可以結(jié)合CA證書。硬件實(shí)現(xiàn)可以使用USBKey，或者智能卡［4］。軟硬方式也可以結(jié)合起來，加大認(rèn)證安全的強(qiáng)度。

有一種較新的做法是在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備近端部署支持DNP3協(xié)議并具有認(rèn)證和完整性功能的設(shè)備，在中控系統(tǒng)內(nèi)部署相對(duì)應(yīng)的軟件或硬件［14］，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)利用“質(zhì)疑—回應(yīng)”機(jī)制進(jìn)行認(rèn)證。這種方式可以確?，F(xiàn)場(chǎng)一些特別重要的設(shè)備收到來源合法的控制指令，但是僅支持DNP3協(xié)議，而且實(shí)施成本非常高。

2．3．1．2 權(quán)限控制

用戶權(quán)限一般是通過角色來賦予的，角色是權(quán)限的集合，系統(tǒng)定義了若干個(gè)角色，并分配給用戶，用戶只能進(jìn)行權(quán)限范圍以內(nèi)的操作。

在SCADA系統(tǒng)中，通常有多種角色，比如調(diào)度員、工程師、管理員以及開發(fā)商等。使用基于角色的分配策略大大簡(jiǎn)化了權(quán)限管理工作。

當(dāng)用戶通過認(rèn)證后發(fā)出操作請(qǐng)求時(shí)，需要檢查其是否具備實(shí)施該操作的權(quán)限。如果權(quán)限條件不滿足，系統(tǒng)將自動(dòng)拒絕用戶的請(qǐng)求。

用戶認(rèn)證和權(quán)限的信息，通常統(tǒng)一存儲(chǔ)在一臺(tái)身份認(rèn)證服務(wù)器中。

2．3．2 數(shù)據(jù)加密

加密是一種有效的數(shù)據(jù)安全策略，可以有效地提高數(shù)據(jù)的保密性和完整性。SCADA系統(tǒng)的加密可以在不同的網(wǎng)絡(luò)分層實(shí)現(xiàn)，比如在應(yīng)用層加密和在網(wǎng)絡(luò)層加密。

2．3．2．1 應(yīng)用層加密

應(yīng)用層加密是在應(yīng)用通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌谥衼韺?shí)現(xiàn)的，通信雙方均需支持相匹配的加解密算法。運(yùn)行時(shí)，需要依賴復(fù)雜的加密確認(rèn)機(jī)制，每次發(fā)送和接收數(shù)據(jù)前，應(yīng)用之間需先交互確認(rèn)彼此加密、解密狀態(tài)，才能開始傳輸數(shù)據(jù)。應(yīng)用層加密方式與數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)際網(wǎng)絡(luò)路徑無關(guān)，但是其擴(kuò)展性較差，系統(tǒng)一旦進(jìn)行應(yīng)用擴(kuò)展，新的應(yīng)用必須實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加解密功能。

2．3．2．2 網(wǎng)絡(luò)層加密

網(wǎng)絡(luò)層加密實(shí)現(xiàn)較之應(yīng)用層加密實(shí)現(xiàn)更為底層。網(wǎng)絡(luò)層加密直接對(duì)網(wǎng)絡(luò)通道進(jìn)行加密，與具體的應(yīng)用無關(guān)，在加密通道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都將獲到保護(hù)。這種方式將加密功能和系統(tǒng)應(yīng)用分離開來，有利于系統(tǒng)擴(kuò)展。不過網(wǎng)絡(luò)層加密需要引入額外的加密設(shè)備，一定程度上增加了建設(shè)成本。

在 AGA－12：2和IEEE P1711－2010標(biāo)準(zhǔn)中［11－12］，均定義了子站串行保護(hù)協(xié)議（SSPP），要求加密設(shè)備必須以網(wǎng)絡(luò)嵌入式（BITW）的形式串行接入網(wǎng)絡(luò)，并部署在數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)路徑的起始兩端，加密應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過程實(shí)現(xiàn)透明。

2．3．2．3 密鑰管理

數(shù)據(jù)加密還需要建立有效的密鑰管理機(jī)制，AGA也建立了并仍在完善相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。Kang在他的研究中列舉了一些有效的密鑰管理策略［15］。

2．3．3 網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備是一種特殊的硬件設(shè)備，它們結(jié)合了接入控制和加密策略，針對(duì)特定需求定制開發(fā)軟件并嵌入到硬件中。這些設(shè)備可以用來對(duì)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全防護(hù)，常見的有硬件防火墻和安全網(wǎng)關(guān)。

2．3．3．1 硬件防火墻

硬件防火墻具有軟件防火墻所有功能，并具有內(nèi)容過濾（CF）、入侵偵測(cè)（IDS）、入侵防護(hù)（IPS）以及虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）等功能。

硬件防火墻可以在應(yīng)用系統(tǒng)訪問控制、流量控制、防病毒網(wǎng)關(guān)、用戶權(quán)限控制、惡意代碼的阻止、異常行為阻斷等方面對(duì)SCADA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制。

2．3．3．2 安全網(wǎng)關(guān)

通常，SCADA系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)是用來進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換的，并不具備安全功能。安全網(wǎng)關(guān)是一類針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸安全需求設(shè)計(jì)出來的設(shè)備，除了兼容油氣管道SCADA系統(tǒng)常用的協(xié)議，還提供認(rèn)證、加密、殺毒等安全功能。

2．4 油氣管道SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸安全方案

為降低前述的數(shù)據(jù)傳輸風(fēng)險(xiǎn)，本文參考常見安全策略，結(jié)合中國石油油氣管道SCADA系統(tǒng)的實(shí)際情況，針對(duì)中控系統(tǒng)與站控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸過程，初步設(shè)計(jì)了以下安全方案。

2．4．1 建立接入控制機(jī)制

部署證書體系，為全網(wǎng)用戶提供統(tǒng)一身份標(biāo)識(shí)；部署身份認(rèn)證服務(wù)器，為全網(wǎng)用戶提供統(tǒng)一身份認(rèn)證服務(wù)，并統(tǒng)一管理權(quán)限；部署網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證服務(wù)器，加強(qiáng)全網(wǎng)統(tǒng)一接入認(rèn)證管理。

采用USBKey、證書、口令相結(jié)合的身份認(rèn)證方式：SCADA系統(tǒng)驗(yàn)證用戶身份時(shí)，首先確認(rèn)用戶是否插入U(xiǎn)SBKey，然后驗(yàn)證口令是否正確，最后確認(rèn)證書是否有效。當(dāng)以上三者均通過驗(yàn)證，用戶才能進(jìn)行權(quán)限內(nèi)的操作。

2．4．2 部署網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備

在中控系統(tǒng)和站控系統(tǒng)接入通信系統(tǒng)的邊界上部署硬件防火墻和加密網(wǎng)關(guān)，以抵御基于TCP／IP的網(wǎng)絡(luò)攻擊，并對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密保護(hù)。

加密網(wǎng)關(guān)需特別定制且具有以下特點(diǎn)：

1）選用國家密碼管理局認(rèn)可的商密算法。

2）支持網(wǎng)絡(luò)層BITW部署模式，對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)和使用協(xié)議無影響。

3）支持對(duì)端無加密網(wǎng)關(guān)的部署模式。

4）支持對(duì)通道加密，僅對(duì)重要設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。

5）支持單向加密，可僅對(duì)下行指令加密，對(duì)上行數(shù)據(jù)不加密。

6）支持旁路（bypass）功能，當(dāng)設(shè)備無法正常工作時(shí)，可以自動(dòng)切換為明文傳輸模式。

網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備的部署方式如圖4所示。

圖4 網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備部署示意圖

此外，還應(yīng)部署設(shè)備管理中心和密鑰管理中心，對(duì)全網(wǎng)的加密網(wǎng)關(guān)進(jìn)行管理。

2．4．3 加強(qiáng)對(duì)外安全

將中控系統(tǒng)和外部系統(tǒng)進(jìn)行物理隔離，并對(duì)所有系統(tǒng)及設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證；對(duì)所有數(shù)據(jù)傳輸通道進(jìn)行加密；使用加密的文件傳輸方式。

3 結(jié)束語

油氣管道SCADA系統(tǒng)安全直接影響油氣管道生產(chǎn)安全，乃至國家能源、經(jīng)濟(jì)安全，因此格外重要。該系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)形成依托于通信網(wǎng)絡(luò)的分布式架構(gòu)。本文針對(duì)該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r進(jìn)行了介紹，并對(duì)目前存在的主要風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析。參照國內(nèi)外一些SCADA安全方面相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合中國石油油氣管道SCADA系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀，本文提出了一個(gè)基于接入控制和加密的數(shù)據(jù)傳輸安全方案，并計(jì)劃在未來的工業(yè)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行驗(yàn)證。

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