CN113311805A - 面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法 - Google Patents

面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法，该方法包括以下步骤，梳理业务数据交互及网络流向，形成数据及网络交互表，不断迭代更新和调整；对自动化港口桥吊作业系统的数据流量进行复制，优化监控参数，形成固定业务周期内的网络流量监控报表；根据所述网络流量监控报表修正所述数据及网络交互表，开启监控及学习模式；工控防火墙开启拦截防护模式，完成零信任网络访问控制；建立自动化港口桥吊作业系统日志系统，对自动化港口桥吊作业系统日志进行定期分析，优化零信任方法。该方法可有效防止未知威胁，减少工控环境无法及时更新病毒库和规则的带来的隐患。

Description

面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法
技术领域
本发明涉及控制方法技术领域，更具体地，涉及一种面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法。
背景技术
立足进一步促进工业互联网制造业的主动安全防护技术发展，现有技术中的防护技术由于工控环境的网络封闭的特点，很难及时更新病毒库、操作系统、补丁等，导致无法应对未知和新型威胁，针对此背景同时结合自动化码头等大型智能装备急需利用新一代工业互联网安全技术提升和优化现有装备制造水平和运营能力的需求，通过对桥吊网络边界访问控制方法，首次实现使用零信任模式对自动化港口桥吊网络边界进行安全防护，零信任模式是近期最佳的防护实践之一，但存在流量负载，访问需求复杂，很难进行全面梳理，技术与技术之间存在不兼容、不信任的瓶颈，从而实施难度较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法，解决了现有技术中的防护技术由于工控环境的网络封闭的特点，很难及时更新病毒库、操作系统、补丁等，无法应对未知和新型威胁的技术问题，实现使用零信任模式对自动化港口桥吊网络边界进行安全防护。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法，包括以下步骤：
S1.梳理业务数据交互及网络流向，形成数据及网络交互表，不断迭代更新和调整所述数据及网络交互表；
S2.对自动化港口桥吊作业系统的数据流量进行复制，优化监控参数，形成固定业务周期内的网络流量监控报表；
S3.根据所述网络流量监控报表修正所述数据及网络交互表，开启监控及学习模式；
S4.工控防火墙开启拦截防护模式，完成零信任网络访问控制；
S5.建立自动化港口桥吊作业系统日志系统，对自动化港口桥吊作业系统日志进行定期分析，优化零信任方法。
进一步的，所述步骤S1中梳理业务数据交互及网络流向包括以下步骤：
S11.通过码头管理系统给生产作业系统下发调度任务；
S12.生产作业系统根据具体作业将操作分解到各子系统进行任务分解；
S13.所述各子系统提取操作指令，下发给控制器设备进行作业。
进一步的，所述生产作业系统包括远程桥吊管理系统、桥吊控制管理系统和桥吊自动控制系统。
进一步的，所述子系统包括目标定位系统、吊具检测系统和船形扫描系统。
进一步的，所述控制器设备包括远程操作站和吊桥远程操作站，所述远程操作站包括人机界面、电脑主机和可编程逻辑控制器从站，所述吊桥远程操作站包括可编程逻辑控制器主站。
进一步的，所述步骤S2包括以下具体步骤：
S21.将变电机房桥吊所在交换机的数据流量进行复制，采用端口镜像或流量复制系统进行；
S22.将上述复制的数据流量接入流量监控系统，并开启流量发现及监控功能；
S23.根据上述监控系统发现的流量、协议进行分类，同时根据所述数据及网络交互表优化监控参数；
S24.形成固定业务周期内的网络流量监控报表，所述固定业务周期需要涵盖完整业务流程，以免数据遗漏。
进一步的，所述步骤S3包括以下具体步骤：
S31.根据网络流量监控报表修正所述数据及网络交互表，所述数据及网络交互表和所述网络流量监控报表互相借鉴参考，最终在流量信息准确性上达成一致；
S32.根据修正过的所述数据及网络交互表设置策略，按白名单、零信任模式在防火墙中分别开启监控及学习模式；
S33.根据学习模式的结果调整分析拟拦截流量，优化策略防护策略；
S34.在学习模式中持续优化直至无需优化后,关闭学习模式。
进一步的，所述步骤S4包括以下具体步骤：
S41.工控防火墙开启拦截防护模式，完成零信任网络访问控制；
S42.零信任网络访问控制开启后，所有新增网络通讯需严格进行流程审批和测试，保证零信任模式的有效性。
进一步的，所述步骤S41中零信任网络访问控制包括分析执行区、网络设备存放区和各类设备的生产区。
进一步的，所述分析执行区包括流量监控设备和工控防火墙，所述网络设备存放区包括可编程逻辑控制器、吊具检测系统工控机和目标定位系统工控机，所述各类设备的生产区包括视频流量、电脑业务流量和PLC流量。
采用上述技术方案，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法，研究了自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法，通过对业务、网络流量及通讯端口的梳理和研究，运用流量分析设备和网络控制设备的联动的功能，此零信任方法可有效防止未知威胁，减少工控环境无法及时更新病毒库和规则的带来的隐患。此方法由于在网络层面使用零信任白名单模式控制流量和授权访问，让非可信、受控流量在网络层面就隔离，在经过长期和大量的测试后，能在工控环境下稳定运行，解决了IOT时代桥吊从传统单机模式往联机模式再往自动化模式转变带来的巨大网络风险。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1是本发明中零信任网络访问控制方法的流程图；
图2是本发明中零信任网络访问控制方法的具体流程图；
图3是本发明中业务数据交互及网络流向的结构图；
图4是本发明中桥吊作业零信任网络访问控制的结构图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案进行具体说明，在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。
图1示出零信任网络访问控制方法的流程图；图2示出零信任网络访问控制方法的具体流程图；本发明提供了一种面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法，包括以下步骤如图1、图2所示：S1.梳理业务数据交互及网络流向，形成数据及网络交互表，不断迭代更新和调整所述数据及网络交互表；
其中：梳理业务数据在确认网络通讯访问控制的防护范围后，针对这个范围，进行业务分析，主要是从安全技术和管理两个层面展开。这一步骤是为了确认工业防火墙具体防护对象，以此确定防护逻辑位置，即边界网络防护控制。并且可以大致得出所需要通过的流量协议等信息，分离大量不需要监控和防护的流量，如日常视频监控流量，但值得注意的是操作视频流量由于直接影响生产作业，如被篡改会导致严重的安全事件，同样需要防护。同时对不需要防护的数据的网络拓扑进行整改。让其经过变电站交换机，不经过桥吊交换机。桥吊和数据中心之间主要通过OPC、数据库进行通信，工业防火墙具备ODBC指令、OPC协议解析，可以实现对桥吊作业时的非法指令拦截，最终得出结论将工业防火墙放置在桥吊交换机和变电机房交换机中间是最为经济和有效的防护位置。梳理所有信息系统的业务逻辑和产生流量和指令，确保模拟和实施环节能正确需要信任的内容，同时形成数据及网络交互表。
图3示出了业务数据交互及网络流向的结构图；在一个具体的实施方式中，步骤S1中梳理业务数据交互及网络流向包括以下步骤具体如图3所示：
S11.通过码头管理系统(TOS)给生产作业系统下发调度任务；在一个实施例中，生产作业系统包括远程桥吊管理系统(RCMS)、桥吊控制管理系统(QCMS)和桥吊自动控制系统(ACCS)。
S12.生产作业系统根据具体作业将操作分解到各子系统进行任务分解；在一个实施例中，子系统包括目标定位系统(TDS)、吊具检测系统(SDS)和船形扫描系统(SSPS)。
S13.所述各子系统提取操作指令，下发给控制器设备进行作业。在一个实施例中，控制器设备包括远程操作站(ROS)和吊桥远程操作站(CROS)，所述远程操作站包括人机界面(HMI)、电脑主机(PC)和可编程逻辑控制器从站(PLC从站)，所述吊桥远程操作站(CROS)包括可编程逻辑控制器主站(PLC主站)。
S2.对自动化港口桥吊作业系统的数据流量进行复制，优化监控参数，形成固定业务周期内的网络流量监控报表；所述步骤S2包括以下具体步骤：
S21.将变电机房桥吊所在交换机的数据流量进行复制，采用端口镜像或流量复制系统进行；
S22.将上述复制的数据流量接入流量监控系统，并开启流量发现及监控功能；
S23.根据上述监控系统发现的流量、协议进行分类，同时根据所述数据及网络交互表优化监控参数；
S24.形成固定业务周期内的网络流量监控报表，所述固定业务周期需要涵盖完整业务流程，以免数据遗漏。
S3.根据所述网络流量监控报表修正所述数据及网络交互表，开启监控及学习模式；步骤S3包括以下具体步骤：
S31.根据网络流量监控报表修正所述数据及网络交互表，所述数据及网络交互表和所述网络流量监控报表互相借鉴参考，最终在流量信息准确性上达成一致；在一个实施例中，流量分析在确定工业防火墙放置在桥吊交换机和核心交换机之间后，对桥吊交换机中的所有流量复制到流量监控系统中，查看是否有工业防火墙不支持的工业协议进出和未知的协议或流量产生。并在指定的业务周期内形成完整的流量监控报表和数据及网络交互表进行对比，并根据实际情况修正数据及网络交互表，这个步骤能够有效降低防火墙开启后对生产带来的风险。
S32.根据修正过的所述数据及网络交互表设置策略，按白名单、零信任模式在防火墙中分别开启监控及学习模式；在一个实施例中，模拟环境测试建立测试模拟环境，重现现场实际环境，并且将工业防火墙按照制定的方案在测试环境中进行设置，并测试。测试主要内容如下：测试光bypass的性能，确认能满足现场毫秒级的应用；网络数据包压力测试，确认在大流量下是否会影响工业防火墙包过滤的性能。在压力测试每秒800M的情况下，视频有0.01秒的延迟，但能满足现场需要；包重放测试，确认防火墙对已知协议的放行。在通过模拟环境测试后，将设备进行上架，该过程需要桥吊停机，所以选在桥吊系统维护期间进行；上架后，先测试网络连通性，这个地方要注意管理口的数据不能经过防火墙，否则防火墙出现问题，将不能第一时间判断；网络连通性完成后，将防火墙模式改为放行模式。测试几天，用以发现防火墙系统运行期间是否有不稳定情况存在；将防火墙改为学习模式，这一步骤会让防火墙对通过的流量进行记录，并生成规则。运行一段时间后，可以将规则导出，进行安全分析，结合之前的业务分析，查看哪些流量属于业务正常流量。
S33.根据学习模式的结果调整分析拟拦截流量，优化策略防护策略；根据零信任原则，对正常业务流量进行分类，制定相应的策略，确保策略仅仅适用与这些经审核和信任的流量和访问。规则梳理和零信任策略制定完成后，将防火墙学习模式改为防护模式，零信任策略生效。此工作一般选在桥吊系统维护期间进行。一旦有规则出现冲突或未加的情况，不会影响到现场生产，并且方便及时判断问题及时调整规则。
S34.在学习模式中持续优化直至无需优化后,关闭学习模式，此过程建议3个月以上，以免开启防护模式后出现误拦截。
S4.工控防火墙开启拦截防护模式，完成零信任网络访问控制；所述步骤S4包括以下具体步骤：
S41.工控防火墙开启拦截防护模式，完成零信任网络访问控制；在一个具体的实施例中，图4示出了桥吊作业零信任网络访问控制的结构图，如图4所示，零信任网络访问控制包括分析执行区、网络设备存放区和各类设备的生产区，其中：分析执行区位于变电站机房内，分析执行区包括流量监控设备和工控防火墙，网络设备存放区为桥吊网络机房，包括可编程逻辑控制器、吊具检测系统工控机和目标定位系统工控机。所述各类设备的生产区包括视频流量、电脑业务流量和PLC流量。
S42.零信任网络访问控制开启后，所有新增网络通讯需严格进行流程审批和测试，保证零信任模式的有效性。
S5.建立自动化港口桥吊作业系统日志系统，对自动化港口桥吊作业系统日志进行定期分析，优化零信任方法，以便进行策略优化，做到最低限度影响生产，安全与效率两不误。本方法通过在分析执行区的强管控防止了不受信任的网络访问进入本桥吊核心工作区以及一旦本桥吊被入侵后也无法被横向扩展影响更多的桥吊生产。
最后，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，在不脱离本发明构思的前提下还可以作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.梳理业务数据交互及网络流向，形成数据及网络交互表，不断迭代更新和调整所述数据及网络交互表；
S2.对自动化港口桥吊作业系统的数据流量进行复制，优化监控参数，形成固定业务周期内的网络流量监控报表；
S3.根据所述网络流量监控报表修正所述数据及网络交互表，开启监控及学习模式；
S4.工控防火墙开启拦截防护模式，完成零信任网络访问控制；
S5.建立自动化港口桥吊作业系统日志系统，对自动化港口桥吊作业系统日志进行定期分析，优化零信任方法。
2.如权利要求1所述的一种面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法，其特征在于，所述步骤S1中梳理业务数据交互及网络流向包括以下步骤：
S11.通过码头管理系统给生产作业系统下发调度任务；
S12.生产作业系统根据具体作业将操作分解到各子系统进行任务分解；
S13.所述各子系统提取操作指令，下发给控制器设备进行作业。
3.如权利要求2所述的一种面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法，其特征在于，所述生产作业系统包括远程桥吊管理系统、桥吊控制管理系统和桥吊自动控制系统。
4.如权利要求2所述的一种面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法，其特征在于，所述子系统包括目标定位系统、吊具检测系统和船形扫描系统。
5.如权利要求2所述的一种面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法，其特征在于，所述控制器设备包括远程操作站和吊桥远程操作站，所述远程操作站包括人机界面、电脑主机和可编程逻辑控制器从站，所述吊桥远程操作站包括可编程逻辑控制器主站。
6.如权利要求1所述的一种面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下具体步骤：
S21.将变电机房桥吊所在交换机的数据流量进行复制，采用端口镜像或流量复制系统进行；
S22.将上述复制的数据流量接入流量监控系统，并开启流量发现及监控功能；
S23.根据上述监控系统发现的流量、协议进行分类，同时根据所述数据及网络交互表优化监控参数；
S24.形成固定业务周期内的网络流量监控报表，所述固定业务周期需要涵盖完整业务流程，以免数据遗漏。
7.如权利要求1所述的一种面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下具体步骤：
S31.根据网络流量监控报表修正所述数据及网络交互表，所述数据及网络交互表和所述网络流量监控报表互相借鉴参考，最终在流量信息准确性上达成一致；
S32.根据修正过的所述数据及网络交互表设置策略，按白名单、零信任模式在防火墙中分别开启监控及学习模式；
S33.根据学习模式的结果调整分析拟拦截流量，优化策略防护策略；
S34.在学习模式中持续优化直至无需优化后,关闭学习模式。
8.如权利要求1所述的一种面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下具体步骤：
S41.工控防火墙开启拦截防护模式，完成零信任网络访问控制；
S42.零信任网络访问控制开启后，所有新增网络通讯需严格进行流程审批和测试，保证零信任模式的有效性。
9.如权利要求8所述的一种面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法，其特征在于，所述步骤S41中零信任网络访问控制包括分析执行区、网络设备存放区和各类设备的生产区。
10.如权利要求9所述的一种面向自动化港口桥吊作业系统的零信任网络访问控制方法，其特征在于，所述分析执行区包括流量监控设备和工控防火墙，所述网络设备存放区包括可编程逻辑控制器、吊具检测系统工控机和目标定位系统工控机，所述各类设备的生产区包括视频流量、电脑业务流量和PLC流量。
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