工业SCADA系统网络的安全服务框架研究

沈 皓

（中石油管道有限责任公司西部分公司，乌鲁木齐　830001）

1　工业SCADA系统网络的概念

随着现代信息技术的不断发展，我国的冶金领域、电力领域、石化领域、水处理领域和其他各个行业的工业自动化控制系统已经得到了非常广泛的应用。工业控制系统的缩写为ICS，它是由监控数据采集系统、分布式控制系统和其他小型的控制系统所组成的。目前，随着时代的发展，SCADA系统已经在我国基础工业的发展过程中占据着非常重要的的地位，并且不断地关系到国民经济和社会生活的发展。

2　天然气行业SCADA系统的整体结构

在天然气管道SCADA系统生产的过程中，我们尤其要根据现场管线所具备的数据对生产现场进行全方位的控制和分析，为的是更好地实现天然气的顺利运输。在运输的过程中，我们尤其要重视对各个站的控制系统进行严格地监控，从而防止管道的泄漏尤其要重视管道仿真的模拟和监控，以便能够更好地为上层的生产、调度和管理提供必要的数据。

整体SCADA系统整体可以由三个架构组成。第一个部分被称之为SCADA中控系统，主要负责管道的生产、模拟和仿真等多种类型的功能。中控系统中的SCADA可以通过MODBUS-TCP、CIP等通信系统等结构来全方位地采集系统内部所提供的多种类型的油气管道数据，并有效利用OPC协议进行数据交换。

SCADA站中的控制系统主要可以负责对天然气进行全面的操控。站内的SCADA系统和PLC等现场的设备通常都被集中于一处，工作站内主要安装了服务端、客户端和一体化的SCADA软件。

SCADA中的通信系统主要是以光纤为材料的，中控和站控之间的SCADA系统之间主要可以采用包括MODBUSTCP、IEC-104和其他多种类型的工业控制协议进行传输管线业务的拓展。

3　SCADA系统网络安全服务框架中存在安全风险

工业SCADA系统网络安全服务框架中最常见的就是非法接入的风险。因为整个天然气管道中的SCADA系统地域分布广泛，基站的数量比较多，整体也可以被分布在野外和周边等自然条件恶劣的地方。整个过程确实存在非法接入的风险，攻击者完全可以趁机侵入。

SCADA系统中也多数存在开放性的风险。这种风险一般存在于各个战场和中控系统之间的远程数据通信通路中。因为天然气管道SCADA系统在使用的过程中通常都是要以TCP/IP开放标准的工业协议为基础的。攻击者能够通过规范的文档更好地理解SCADA网络中的协议工作机制，从而威胁整体油气管道的正常运行。

天然气管道中的SCADA系统在设计的过程中多数存在缺陷风险。整个设计的过程中一般都较少地采用安全不知和加固的措施，通常都会选择通用的软件和硬件产品，这样做虽然能够降低建设过程中所产生的潜在风险，但整体结构存在明显的脆弱性。

4　天然气管道SCADA系统安全服务框架的设计结构

正因为SCADA系统存在着诸多种类的安全威胁和不足，因此就尤其需要针对SCADA系统的安全体系设计提出一种全方位的安全服务框架。整体框架的结构如下：

第一层的结构能够通过过滤两个功能独立区域网络之间的必要通信流量进行区域隔离。之后再通过管理不同区域之间的通信来确保整体传输的完整性和密闭性。所有的平台都要通过统一的监控系统来更好地实施报警。第二层被设计成中心层，它整体属于控制层中的管道SCADA控制系统；第三层被称之为物理层，主要是通过各种连接有效地控制各管道站控SCADA系统的上机位；第四层被称之为控制层，内部主要包括物理控制层和各个管道站控中的SCADA系统的下机位。前三层是天然气管道SCADA系统安全服务框架中最基本的结构。

第四层主要负责更好地构建接入控制机制，通过统一设计与CA证书相关的管理体制来为SCADA网络提供一个统一的身份管理入口，从而更好地加强全网统一接入管理；第五层被称为终端的安全防护层，可以通过密切关注SCADA产品中的补丁和漏洞来更好地实行软件的严格升级，从而能够有效防止病毒和木马的入侵。

5　结束语

随着SCADA系统被越来越多地运用于工业领域，工业领域的信息安全问题正在受到越来越多人的关注。如果能够建立一个安全合理的服务框架就可以保证整体工业控制网络都能够实现可靠的运行，从而保证整个系统内部的数据都能够实现完整的运行。作为国家能源动脉的重要组成部分，油气管道中的SCADA信息系统将会直接给油气管道的生产和运行造成很大的影响，这也会对国家的经济和能源造成非常严重的威胁本文提出一种专门针对天然气管道行业的工业SCADA系统的安全服务框架，所提出的防御模型不仅可以更好地用于新建安全架构，也可以更好地对现有的SCADA系统进行安全加固。

[1]阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京：清华大学出版社，2012（3）：225-229.