CN109543301A - 一种基于工业控制的网络安全攻击原型建模方法 - Google Patents

一种基于工业控制的网络安全攻击原型建模方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了本发明所述的一种基于工业网络攻击原型建模的工业控制网络安全方法，包括S1:工业网络安全建模及算法设计；S2：设计工业控制网络安全攻击原型，S3：将S1中攻击原型的算法中的攻击者的攻击模型作为攻击源，根据攻击规则将S4中获取的网络脆弱性信息转化为攻击者的攻击集合，构成攻击原型；S4：基于攻击原型设计渗透测试方案；S5:建立Sniffer网络监控体系;S6:目标工控网络外联接口优化过滤数据；S7:目标工控网络内联网拓扑结构优化；S8:建立漏洞风险评估与建模；S9:形成工业网络安全防御解决方案。本发明提出的网络优化与安全解决方案将有效地解决企业工业控制的安全问题，能及时地对系统进行风险评估，最大限度降低风险因素，以提高网络运行效率和生产管理的安全可靠性。

Description

一种基于工业控制的网络安全攻击原型建模方法
技术领域
本发明涉及网络安全和信息安全领域，具体涉及一种基于工业控制的网络安全攻击原型建模方法。
背景技术
工业控制网络安全问题源于2010年，起步比较晚，国家电网等国有企业也刚开始研究应用工业控制网络安全问题，但中小企业尚缺乏工业控制安全意识、缺少相关技术和能力，随着工业化和信息化两化融合进程的推进，这些企业的生产与管理尤其是生产控制的安全问题将成为普遍问题，但由于企业网络规模不同以及信息安全管理成本因素，工业控制网络安全没有得到广泛的应用，随着工业化与信息化融合进程，企业信息化应用水平与管理水平存在较大差异，导致企业管理网与工业生产控制网络界限不清，处于无隔离或有限隔离状态，安全隐患风险比较大。
因此，需要一种基于工业控制的网络安全攻击原型建模方法，用于有效解决企业工业控制的安全问题。
发明内容
本发明的目的是为克服上述问题，提出一种基于工业网络攻击原型建模的工业控制网络安全方法。其中涉及到的攻击原型与算法能够有效监测工业控制网络的安全漏洞，提出的网络优化与安全解决方案将有效地解决企业工业控制的安全问题，能及时地对系统进行风险评估，最大限度降低风险因素，以提高网络运行效率和生产管理的安全可靠性，从而能够保证企业生产管理与信息安全，保证企业生产与管理的安全运行。
技术方案：为达到上述目的，本发明所述的一种基于工业网络攻击原型建模的工业控制网络安全方法，包括
S1:工业网络安全建模及算法设计，工业网络安全建模是针对网络系统漏洞进行分析建模，评估漏洞的风险量级，实现对危害大的漏洞及攻击路径重点及有效防御；
S2：生成工业控制网络安全攻击原型；
S3：基于攻击原型设计渗透测试方案；
S4:建立Sniffer网络监控体系，获取目标网络脆弱性信息；
S5:目标工控网络外联接口优化过滤数据；
S6:目标工控网络内联网拓扑结构优化；
S7:对S6中的目标工控网络利用S3中的渗透测试方案进行渗透测试，建立漏洞风险评估与建模；
S8:基于提出S7中的试验验证结果，提出工业网络优化方案与网络安全与算法实现，形成工业网络安全防御解决方案。
进一步地，S2中攻击原型建立的输入是网络拓扑结构和网络弱点分析部分，共同提供了网络弱点的具体信息，网络拓扑结构提供的信息为工业控制网络中的控制网络连接C、控制组件H以及各个控制组件上的控制权限；网络弱点分析部分提供实际工业网络的连接状况和组件脆弱性信息。
进一步地，S1中漏洞风险值的评估算法如下：
1)、使用广度优先遍历算法，从起始节点开始逐层计算每个节点被利用成功的全局被利用概率，用字母P表示；
2)、用value表示各组件的价值量，用Φ表示漏洞的独立危害程度，故单个漏洞对其所在组件造成的损失则为Φ×value；用字母Y表示漏洞的全局危害程度，即单个漏洞的关联危害程度W与该工业控制网络中的所有组件的价值量之和的比值；
3)、用R表示漏洞的风险值大小，其值为各个节点全局被利用成功的概率P乘以该节点的全局危害程度Y。
进一步地，所述Sniffer网络监控体系包括网络拓扑结构的自动发现、自动生成和保持TCP/IP网络图、持续监测所有网络设备状态、通过色彩确定网络设备运行状态、对不正常网络事件及时报警、对关键资源设定阀值并生成专用事件、获取网络设备特定的变量值。
进一步地，S5中Sniffer网络监控体系的作用是实行监控和流量分析，及时了解网络的运行状态，为故障的发现、故障的判断提供帮助。
进一步地，S8中工业网络安全防御解决方案如下：
1)、优化工业控制网络的拓扑结构，通过网络隔离与功能划分，在控制系统网络与接口设备之间部署硬件防护，建立Sniffer网络监控体系，形成数据过滤、审核机制，拒绝非法入侵；
2)、是基于整数多项的全同态加密的数据加密方法，保证控制网络数据信息的完整性和保密性，防止恶意攻击，达到工业控制网络安全目的。
进一步地，S5中目标工控网络外联接口优化过滤数据的具体方法如下：在控制系统网络和接口机之间部署防火墙，增加硬件防火墙，通过防火墙对控制系统进行安全防护，指定接口机和对应的服务器通讯，进行应用端口限制，启用拒绝服务攻击，建立数据流过滤、检查与审核机制，拒绝非法数据入侵控制系统网络。
上述技术方案可以看出，本发明的有益效果为：
本发明所述的一种基于工业网络攻击原型建模的工业控制网络安全方法，有效检测企业工业控制网络的安全漏洞，提出的网络优化与安全解决方案将有效地解决企业工业控制的安全问题，能及时地对系统进行风险评估，最大限度降低风险因素，以提高网络运行效率和生产管理的安全可靠性，从而能够保证企业生产管理与信息安全，保证企业生产与管理的安全运行。
附图说明
图1是本发明的基于工业网络攻击原型建模图的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示，进一步阐述上述技术方案。
如图1所示的一种基于工业网络攻击原型建模的工业控制网络安全方法，包括
S1:工业网络安全建模及算法设计，工业网络安全建模是针对网络系统漏洞进行分析建模，评估漏洞的风险量级，实现对危害大的漏洞及攻击路径重点及有效防御；
S2：生成工业控制网络安全攻击原型，攻击者发动一次攻击的条件为：第一、工业控制组件存在脆弱性；其次、具备某种连接关系；第三、具有一定的访问控制权限；假如组件被成功攻击，那么攻击者就可以获得该组件的更高控制权限并增加网络的损失值，如此循环，上次攻击就为下次攻击提出了经验和条件，直至最终达到攻击目标，实现攻击目的，利用攻击原型的算法中的攻击者的攻击模型作为攻击源，根据攻击规则将网络脆弱性信息转化为攻击者的攻击集合，构成攻击原型。
S3：基于攻击原型设计渗透测试方案；
S4:建立Sniffer网络监控体系，获取目标网络脆弱性信息；
S5:目标工控网络外联接口优化过滤数据；
S6:目标工控网络内联网拓扑结构优化；
S7:对S6中的目标工控网络利用S4渗透测试方案进行渗透测试，建立漏洞风险评估与建模；
S8:基于提出S7中的试验验证结果，提出工业网络优化方案与网络安全与算法实现，形成工业网络安全防御解决方案。
本实施例中S2中攻击原型建立的输入是网络拓扑结构和网络弱点分析部分，共同提供了网络弱点的具体信息，网络拓扑结构提供的信息为工业控制网络中的控制网络连接C、控制组件H以及各个控制组件上的控制权限；网络弱点分析部分提供实际工业网络的连接状况和组件脆弱性信息。
本实施例中S1中漏洞风险值的评估算法如下：
1)、使用广度优先遍历算法，从起始节点开始逐层计算每个节点被利用成功的全局被利用概率，用字母P表示；
2)、用value表示各组件的价值量，用Φ表示漏洞的独立危害程度，故单个漏洞对其所在组件造成的损失则为Φ×value；用字母Y表示漏洞的全局危害程度，即单个漏洞的关联危害程度W与该工业控制网络中的所有组件的价值量之和的比值；
3)、用R表示漏洞的风险值大小，其值为各个节点全局被利用成功的概率P乘以该节点的全局危害程度Y。
本实施例中所述Sniffer网络监控体系包括网络拓扑结构的自动发现、自动生成和保持TCP/IP网络图、持续监测所有网络设备状态、通过色彩确定网络设备运行状态、对不正常网络事件及时报警、对关键资源设定阀值并生成专用事件、获取网络设备特定的变量值。
本实施例中S4中Sniffer网络监控体系的作用是实行监控和流量分析，及时了解网络的运行状态，为故障的发现、故障的判断提供帮助。
本实施例中S8中工业网络安全防御解决方案如下：
1)、优化工业控制网络的拓扑结构，通过网络隔离与功能划分，在控制系统网络与接口设备之间部署硬件防护，建立Sniffer网络监控体系，形成数据过滤、审核机制，拒绝非法入侵；
2)、是基于整数多项的全同态加密的数据加密方法，保证控制网络数据信息的完整性和保密性，防止恶意攻击，达到工业控制网络安全目的。
本实施例中S5中目标工控网络外联接口优化过滤数据的具体方法如下：在控制系统网络和接口机之间部署防火墙，增加硬件防火墙，通过防火墙对控制系统进行安全防护，指定接口机和对应的服务器通讯，进行应用端口限制，启用拒绝服务攻击，建立数据流过滤、检查与审核机制，拒绝非法数据入侵控制系统网络。
对于规模企业，工业控制网络安全保证的信息安全解决方案可以采用网闸以及工业防火墙对网络进行物理隔离，并对通信协议进行深度检查，合法数据包采用加密技术，有效地保护工业控制系统、基础类应用系统和不同网络区域不会遭到攻击与破坏，其主要措施如下：
(1)将管理网络和控制网络进行“区域和渠道”的划分。新ANSI/ISA安全标准的核心理念是“区域和渠道”，根据控制功能将网路分层或分域，多分区隔有助于提供“纵深”防御。
(2)定义区域之间的连接“管道”。要了解和管理好系统所有区域之间的“管道”，并且要对“管道”有安全的管制，具体包括进入区域的管制，采用DOS防范攻击或恶意软件的转移，屏蔽其他网络系统，保护网络流量的完整性和保密性。
(3)区域和管道保护网络。每一个服务管道，安全设备只允许正确的设备操作所必需的通信。
(4)建立系统镜像备份机制。对服务器存放生产控制程序的硬盘进行镜像拷贝，设置离线保存。一旦服务器故障，更换硬盘，重新启动，即可实现生产控制系统正常运行的目的。
(5)操作终端保护。严格控制移动存储设备的使用，对现场操作终端的光驱、软驱、USB等设备和接口进行屏蔽，终端BIOS设置密码保护。
(6)严格操作权限管理制度。赋予操作人员普通用户权限，并通过windows的组策略等方式对用户的权限进行设置，防止非法修改系统参数。
实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种基于工业网络攻击原型建模的工业控制网络安全方法，其特征在于：包括
S1:工业网络安全建模及算法设计，工业网络安全建模是针对网络系统漏洞进行分析建模，评估漏洞的风险量级，实现对危害大的漏洞及攻击路径重点及有效防御；
S2：生成工业控制网络安全攻击原型；
S4：基于攻击原型设计渗透测试方案；
S5:建立Sniffer网络监控体系，获取目标网络脆弱性信息；
S6:目标工控网络外联接口优化过滤数据；
S7:目标工控网络内联网拓扑结构优化；
S8:对S7中的目标工控网络利用S4中的渗透测试方案进行渗透测试，建立漏洞风险评估与建模；
S9:基于提出S8中的试验验证结果，提出工业网络优化方案与网络安全与算法实现，形成工业网络安全防御解决方案。
2.根据权利要求1所述的一种基于工业网络攻击原型建模的工业网络控制网络安全方法，其特征在于：S2中攻击原型建立的输入是网络拓扑结构和网络弱点分析部分，共同提供了网络弱点的具体信息，网络拓扑结构提供的信息为工业控制网络中的控制网络连接C、控制组件H以及各个控制组件上的控制权限；网络弱点分析部分提供实际工业网络的连接状况和组件脆弱性信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于工业网络攻击原型建模的工业控制网络安全方法，其特征在于：S1中漏洞风险值的评估算法如下：
1)、使用广度优先遍历算法，从起始节点开始逐层计算每个节点被利用成功的全局被利用概率，用字母P表示；
2)、用value表示各组件的价值量，用Φ表示漏洞的独立危害程度，故单个漏洞对其所在组件造成的损失则为Φ×value；用字母Y表示漏洞的全局危害程度，即单个漏洞的关联危害程度W与该工业控制网络中的所有组件的价值量之和的比值；
3)、用R表示漏洞的风险值大小，其值为各个节点全局被利用成功的概率P乘以该节点的全局危害程度Y。
4.根据权利要求3所述的一种基于工业网络攻击原型建模的工业控制网络安全方法，其特征在于：所述Sniffer网络监控体系包括网络拓扑结构的自动发现、自动生成和保持TCP/IP网络图、持续监测所有网络设备状态、通过色彩确定网络设备运行状态、对不正常网络事件及时报警、对关键资源设定阀值并生成专用事件、获取网络设备特定的变量值。
5.根据权利要求4所述的一种基于工业网络攻击原型建模的工业控制网络安全方法，其特征在于：S4中Sniffer网络监控体系的作用是实行监控和流量分析，及时了解网络的运行状态，为故障的发现、故障的判断提供帮助。
6.根据权利要求1所述的一种基于工业网络攻击原型建模的工业控制网络安全方法，其特征在于：S8中工业网络安全防御解决方案如下：
1)、优化工业控制网络的拓扑结构，通过网络隔离与功能划分，在控制系统网络与接口设备之间部署硬件防护，建立Sniffer网络监控体系，形成数据过滤、审核机制，拒绝非法入侵；
2)、是基于整数多项的全同态加密的数据加密方法，保证控制网络数据信息的完整性和保密性，防止恶意攻击，达到工业控制网络安全目的。
7.根据权利要求1所述的一种基于工业网络攻击原型建模的工业控制网络安全方法，其特征在于：S5中目标工控网络外联接口优化过滤数据的具体方法如下：在控制系统网络和接口机之间部署防火墙，增加硬件防火墙，通过防火墙对控制系统进行安全防护，指定接口机和对应的服务器通讯，进行应用端口限制，启用拒绝服务攻击，建立数据流过滤、检查与审核机制，拒绝非法数据入侵控制系统网络。
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