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作者：侯勝利  工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事、思科大中華區(qū)副總裁、CTO

凌   軍  思科資深業(yè)務架構師

張丹峰  思科高級系統(tǒng)架構師

01摘要與前言

傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造領域是OT集中領域，從工業(yè)自動化的角度，與傳統(tǒng)企業(yè)IT互相割裂，形成各自孤島。而當今世界，行業(yè)與地理界限逐漸打破與消失，行業(yè)的融合在加劇與深化。這要求工業(yè)企業(yè)的價值鏈從研發(fā)、生產(chǎn)、物流、銷售、售后服務等環(huán)節(jié)要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的打通，實現(xiàn)數(shù)字化的價值。因此，從生產(chǎn)制造的源頭，就要充分發(fā)掘工業(yè)資產(chǎn)、工業(yè)流程、工業(yè)數(shù)據(jù)的價值。為了獲得更大的工業(yè)數(shù)據(jù)價值，必須實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動工業(yè)流程和效率的優(yōu)化。而傳統(tǒng)OT往往脫離IT部門，獨立建設工業(yè)基礎架構，并習慣性采用物理隔離的方法實現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡安全。很顯然，在數(shù)字驅(qū)動的業(yè)務述求下，這已經(jīng)不再適用。

千里之行始于足下，這是思科一貫的風格。我們將從工業(yè)中容易被忽略的工業(yè)網(wǎng)絡基礎開始，進而延伸到工業(yè)網(wǎng)絡安全；并涉及工業(yè)資產(chǎn)可視化、工業(yè)資產(chǎn)管理、工業(yè)網(wǎng)絡自動化運營等多個維度，幫助企業(yè)IT人員、OT人員一起，打造工業(yè)企業(yè)的數(shù)字化基礎與保障。這也完全與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟AII的理念一致：在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域，網(wǎng)絡是基礎，安全是保障，平臺是核心。

作為IT行業(yè)的創(chuàng)新及領先企業(yè)，思科始終與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)界同仁一起，與時俱進、共同發(fā)展；聯(lián)合開發(fā)與合作一系列創(chuàng)新方案，業(yè)務場景，實現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)業(yè)務模式的創(chuàng)新與騰飛。

02網(wǎng)絡融合：工業(yè)網(wǎng)絡互聯(lián)

互聯(lián)是工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎。

工業(yè)企業(yè)除了需要互聯(lián)辦公人員和業(yè)務應用系統(tǒng)外，還需要互聯(lián)生產(chǎn)現(xiàn)場如車間內(nèi)的PLC、傳感器、數(shù)控機床、機器人、AGV等設備。此外，利用IT、OT技術的融合互通，工業(yè)企業(yè)進一步讀取和分析相關數(shù)據(jù)，通過優(yōu)化流程、提高效率等方式賦能數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

基于普渡參考模型，思科推出了融合工業(yè)網(wǎng)絡架構（CPwE），結(jié)合先進的數(shù)字化網(wǎng)絡架構（DNA），不僅實現(xiàn)了制造企業(yè)的互聯(lián)互通，還通過SDN的方式為工業(yè)網(wǎng)絡賦予了業(yè)務編排、自動化部署、策略調(diào)整、微分段隔離和智能分析等能力。

在融合工業(yè)網(wǎng)絡架構（CPwE）中，思科通過一系列工業(yè)網(wǎng)絡產(chǎn)品，如：工業(yè)以太網(wǎng)交換機、工業(yè)無線、工業(yè) IoT 網(wǎng)關、工業(yè)路由器、工業(yè)防火墻等實現(xiàn)了工業(yè)網(wǎng)絡的互聯(lián)。通過對標準工業(yè)協(xié)議如Profinet、Ethernet/IP的支持，以及采用相應的環(huán)網(wǎng)技術如MRP、DLR等，提供安全、可靠的現(xiàn)場工業(yè)網(wǎng)絡。工業(yè)無線網(wǎng)絡將車間內(nèi)機器、數(shù)據(jù)和人的通訊靈活性提升到新的高度，使得隨時隨地的無線訪問和控制成為可能，大大提高了車間工作效率。WiFi6的技術和產(chǎn)品進一步提升了傳輸帶寬并降低延遲，這有助于車間內(nèi)采用視頻及AR/VR技術進行的協(xié)作和遠程輔助運維。

利用數(shù)字化網(wǎng)絡架構（DNA），工業(yè)網(wǎng)絡實現(xiàn)了即插即用和自動化的設計及調(diào)整，宏分段和微分段等技術使制造企業(yè)可以從產(chǎn)線和設備等角度進行安全細化隔離。工業(yè)網(wǎng)絡特別是工業(yè)無線網(wǎng)絡的運維和排障一直都是困擾運維人員的難題，一個簡單的工業(yè)無線平板連接，其故障可能出現(xiàn)在多個方面：無線信號覆蓋、干擾、漫游、接入認證、IP地址獲取、域名解析等等。思科DNA中的智能分析模塊幫助快速進行故障定位并給出有效建議，從而大大縮短了排障時間并能夠?qū)崿F(xiàn)主動運維。

作為互聯(lián)企業(yè)的重要部分，思科企業(yè)級協(xié)作架構實現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)各部門人員之間、企業(yè)與上下游供應鏈之間、現(xiàn)場人員與遠程專家之間的協(xié)同互聯(lián)，這為提高管理效率、降低運營風險、確保連續(xù)生產(chǎn)并促進產(chǎn)銷協(xié)同都提供了很好的平臺和工具。

下圖是思科工業(yè)以太網(wǎng)交換機系列，支持Profinet, Ethernet/IP,Modbus, CC-Link等工業(yè)協(xié)議

03安全融合

——工業(yè)資產(chǎn)可視化及工控威脅偵測

 2021年5月，美國最大輸油管道因為勒索軟件攻擊，被迫關閉。這表明傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)領域犯罪滲透到能源系統(tǒng)基礎設施，對傳統(tǒng)工控系統(tǒng)進行攻擊。而大量的工業(yè)領域的基礎設施，工控系統(tǒng)面對虎視眈眈的黑客，又顯得那么脆弱與不堪一擊。因此，工業(yè)安全是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的保障，這點毋庸置疑。

IT-OT人員攜手

為共同實現(xiàn)業(yè)務目標，IT 團隊需要與 OT 團隊合作，以確保他們深刻理解對方，理解需要保護的對象，以及如何在不中斷生產(chǎn)的情況下保護重要工業(yè)資產(chǎn)。為了使 IT/OT 協(xié)作取得成功，雙方必須共同行動。

工控安全框架與階段

為保障工業(yè)安全，我們建議多階段、多步驟、IT-OT聯(lián)合共同實現(xiàn)。其中多階段是三部曲：最低安全、基礎安全、全面安全。而多步驟則分成四部：發(fā)現(xiàn)、分段、偵測、響應。彼此交叉關聯(lián)，有重疊區(qū)域。

羅馬不是一天建成的。要全面實現(xiàn)基于零信任工業(yè)安全，從第一步驟“發(fā)現(xiàn)”開始就很難，雖然這只是最低安全的組成部分。因為傳統(tǒng)IT廠商非常擅長識別各類IT資產(chǎn)設備，對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域或者工業(yè)自動領域的各類工業(yè)終端、工業(yè)資產(chǎn)，往往是這些IT廠商的弱項。而傳統(tǒng)工業(yè)自動化供應商，對于網(wǎng)絡安全的積累和工具又不足，這也造成工業(yè)網(wǎng)絡安全防護的脆弱。

思科直面工業(yè)安全挑戰(zhàn)

世界各地的 IT 和 OT 人員都知道思科是互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)網(wǎng)絡產(chǎn)品的領先供應商。安全專業(yè)人士也知道，思科也是一家領先的網(wǎng)絡安全公司，擁有廣泛全面 IT、云和移動安全解決方案和服務組合。思科最新Cyber Vision工業(yè)安全解決方案，擴大了思科工業(yè)安全防護范圍，包括OT異常和違規(guī)偵測。

思科Cyber Vision可深入了解 OT 資產(chǎn)、工業(yè)工作流程和 OT 系統(tǒng)中的異常行為。該產(chǎn)品還利用思科 Talos 智能檢測安全漏洞、入侵和惡意流量。與其他思科安全產(chǎn)品的深度集成將OT 安全信息整合到工業(yè)企業(yè)的 IT 安全運營中心(SOCs）或者態(tài)勢感知平臺中，以便維護人員能夠快速分析和響應 OT 系統(tǒng)威脅。網(wǎng)絡安全運維人員還可以使用來自Cyber Vision的 OT 數(shù)據(jù)加強 IT系統(tǒng)防御，并改善工業(yè)網(wǎng)絡環(huán)境。

發(fā)現(xiàn)

工業(yè)網(wǎng)絡網(wǎng)絡安全框架的第一步驟是識別。該功能不僅涉及識別工業(yè)物理資產(chǎn)，還涉及構成的數(shù)據(jù)、人員、設備、系統(tǒng)、功能和設施等。

一個工業(yè)組織。制定完整的風險管理戰(zhàn)略意味著全面了解支持關鍵職能的資源，以及相關的網(wǎng)絡安全風險。簡言之，資產(chǎn)相關信息(Context)就是一切。

保護工業(yè)網(wǎng)絡需要在每個階段持續(xù)看見工業(yè)網(wǎng)絡中的每個工業(yè)設備：包括從進入工業(yè)網(wǎng)絡的那一刻到它被移除的時間點。這將有助于工業(yè)企業(yè)跟蹤安全漏洞、供應商遠程訪問和已退役的工業(yè)資產(chǎn)。

發(fā)現(xiàn)過程包括建立一個自動化的資產(chǎn)清單，用于識別設備、固件、防病毒軟件和其他系統(tǒng)因素的制造和型號，以評估資產(chǎn)脆弱性。此步驟還包括一個網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)過程，以自動化的方式，幫助IT，OT及網(wǎng)絡安全運營人員構建全工業(yè)網(wǎng)絡的實時視圖。

Cyber Vision各類視圖允許 OT 工程師清楚地了解其 OT工業(yè)網(wǎng)絡在不同條件下的運行情況，更好地規(guī)劃安全性和生產(chǎn)連續(xù)性，并與 IT 網(wǎng)絡安全團隊合作，用相關設備記錄關鍵業(yè)務流程。這些舉措還有助于 IT/SecOps 團隊開發(fā)有利于 OT 的程序和藍圖，以更好地保護和保障這些流程。將OT關聯(lián)上下文信息、業(yè)務洞察和知識提交給 IT/SecOps 專家和 SOC分析師，對于實現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡安全目標至關重要。

下圖是思科Cyber Vision展示工業(yè)資產(chǎn)清單及分組視圖

保護

一旦明確圍繞網(wǎng)絡設備、流程和工業(yè)資產(chǎn)的統(tǒng)一視圖進行可視化，IT/SecOps 和 OT 團隊就可以共同努力，制定保護OT 網(wǎng)絡的聯(lián)合戰(zhàn)略。制定和實施適當?shù)谋Ｕ洗胧源_保工業(yè)生產(chǎn)繼續(xù)平穩(wěn)、高效地運行。

NIST網(wǎng)絡安全框架的保護功能支持限制或遏制潛在網(wǎng)絡安全事件影響的能力。這需要設計一個網(wǎng)絡架構，這也是在 ISA99/IEC 62443中的普渡模型中進行了明確定義。

構建此類網(wǎng)絡架構的典型操作包括網(wǎng)絡分段( network segment)，以確保業(yè)務關鍵流程中涉及的設備安全，并防止任何威脅或惡意行為者橫向移動在工業(yè)網(wǎng)絡。而思科的微分段技術（SGT）可更加顆粒化隔離威脅，并將威脅檢測工作重點放在工業(yè)網(wǎng)絡最關鍵部分。

配合思科ISA 3000系列工業(yè)防火墻，將使IT及OT合作創(chuàng)建本地過濾規(guī)則，以隔離制造單元，以幫助確保僅授權設備或連接會話可以訪問，保護網(wǎng)絡免受惡意或有害活動的侵害。此外，這些“ OT感知”防火墻將為原本無法修補、易受攻擊的傳統(tǒng)工業(yè)設備提供一層加固與保護。

此外，也可以使用網(wǎng)絡訪問控制架構（NAC），例如思科身份服務引擎（ISE）來結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)防火墻共同實現(xiàn)網(wǎng)絡分段。工業(yè)資產(chǎn)和工業(yè)網(wǎng)絡將輕松地實施工業(yè)安全訪問策略。

更重要的是，OT人員必須定義要應用的策略。他們是最清楚應該禁止哪些通信以及需要哪些通信以避免干擾生產(chǎn)的人。IT與OT人員聯(lián)手，使用思科Cyber Vision這樣的工具來設置此工業(yè)分組和服務邏輯邏輯，并自動與Cisco ISE共享它，這樣IT人員便擁有配置適當?shù)陌踩呗运璧男畔ⅲ⒆罱K通過網(wǎng)絡控制器將信息下發(fā)給ISA 3000及工業(yè)以太網(wǎng)交換機。

下圖是思科工業(yè)防火墻ISA 3000，直接部署于工業(yè)生產(chǎn)單元

偵測

NIST網(wǎng)絡安全框架的“偵測”功能涉及到識別工業(yè)網(wǎng)絡安全事件。隨著在工業(yè)網(wǎng)絡中部署越來越多的智能終端，檢測工業(yè)網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡安全威脅變得越來越重要。

通過思科Cyber Vision，解碼工業(yè)網(wǎng)絡流量并確定此類流量中命令的完整性和合法性來發(fā)現(xiàn)過程異常。工業(yè)企業(yè)需要一種能夠理解這些工業(yè)環(huán)境中使用的協(xié)議并了解OT流程、環(huán)境、資產(chǎn)和協(xié)議正確使用的解決方案，也就是Cyber Vision。

下圖是Cyber Vision展示一臺PLC設備信息及威脅溝通

IT和OT人員必須共同努力，確定網(wǎng)絡異常行為。這包括定義正常的工業(yè)流程，了解異常的潛在影響以設置關鍵級別，以及在IT和OT團隊之間進行有效的溝通，以使SecOps不會在OT維護期間被誤報淹沒。

在日常活動中，企業(yè)的各方面將需要不同種類的數(shù)據(jù)和見解，用于評估，調(diào)查和響應OT安全事件。OT團隊將監(jiān)視過程修改和設備變更。IT / SecOps團隊將監(jiān)視漏洞和入侵事件。SOC經(jīng)理將需要詳細的資產(chǎn)信息來簡化調(diào)查過程和策略配置。

下圖是思科Cyber Vision威脅事件駕駛艙視圖

04工業(yè)網(wǎng)絡&安全聯(lián)動——運營自動化

不同于底層的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，思科通過提供“可視-洞察-行動”的閉環(huán)處理，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的部署、安全策略和運維等實現(xiàn)了基于智能分析的自動化處理，從而實現(xiàn)更高的彈性、敏捷性和安全性。

自動化的第一步需要實現(xiàn)可視，通過識別資產(chǎn)，如PLC、IO模塊、上位機、PC終端；網(wǎng)絡設備，如工業(yè)以太網(wǎng)交換機、工業(yè)無線、IoT網(wǎng)關；流量，如控制指令、網(wǎng)絡會話；安全威脅，如系統(tǒng)漏洞、可疑行為等，這為進一步的洞察分析提供了基礎。

洞察是一個分析過程，它試圖采用機器學習和大數(shù)據(jù)分析方法，對系統(tǒng)可視的內(nèi)容進行處理，通過制定策略、建立基線、關聯(lián)分析等，為進一步的自動化操作提供依據(jù)。例如，通過對網(wǎng)絡流量和會話的分析，可以偵測到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺上的安全威脅。

由于采用面向軟件定義和一體化集成的架構，根據(jù)洞察結(jié)果，系統(tǒng)管理人員和運維人員能夠非常方便地對互聯(lián)的工業(yè)網(wǎng)絡平臺實現(xiàn)即插即用的自動化上線，服務策略的自動化部署、連接性能的自動化優(yōu)化、安全威脅的自動化隔離。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的自動化能力幫助工業(yè)企業(yè)進一步優(yōu)化了產(chǎn)線的柔性調(diào)整、系統(tǒng)性能和端到端安全，從而支撐工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。