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★ 浙江木鏈物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司

1 項目概況

電力行業(yè)新能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全實驗室依托于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)靶場平臺和電力行業(yè)仿真裝置，構(gòu)建電力行業(yè)典型業(yè)務(wù)虛實結(jié)合仿真場景，提供現(xiàn)場工藝設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備、工業(yè)系統(tǒng)軟件等資源，能夠針對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行深入分析、展示，其中包含攻防演練過程數(shù)據(jù)、攻防研究測試數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)運行實時數(shù)據(jù)、工業(yè)安全監(jiān)管數(shù)據(jù)。電力行業(yè)新能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全實驗室建成后可開展工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全評估、產(chǎn)品測試、攻防競賽、應(yīng)急演練、技術(shù)培訓等工作。

1.1 項目背景

電力是國家的支柱能源和經(jīng)濟命脈，其安全穩(wěn)定運行不僅關(guān)系到國家的經(jīng)濟發(fā)展，而且維系國家安全。隨著電網(wǎng)規(guī)模的逐漸擴大，安全事故的影響范圍越來越大，安全問題越來越突出，電力網(wǎng)絡(luò)安全運行已經(jīng)成為全球的研究熱點。

當前，世界各國在網(wǎng)絡(luò)空間的投入不斷加大，網(wǎng)絡(luò)軍備競賽愈演愈烈。國家行為體參與的網(wǎng)絡(luò)犯罪活動日益猖獗，所使用的工具和手法越來越先進，利用網(wǎng)絡(luò)攻擊破壞電力等國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施已成為現(xiàn)實，自網(wǎng)絡(luò)空間向物理電網(wǎng)發(fā)起攻擊成為當前大國博弈、大規(guī)模戰(zhàn)爭的重要手段。

電力行業(yè)的工業(yè)信息系統(tǒng)作為國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，很容易成為國家之間網(wǎng)絡(luò)對抗和有組織黑客的攻擊目標，電力行業(yè)信息安全面臨著嚴峻的形勢。

1.2 項目簡介

新能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全實驗室是一個仿真的網(wǎng)絡(luò)安全、產(chǎn)品測試、教育培訓、漏洞挖掘和風險評估的虛擬訓練場。新能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全實驗室的第一目標是提供關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)控制系統(tǒng)訓練環(huán)境，訓練網(wǎng)絡(luò)安全人員如何防御關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)設(shè)施受到攻擊，以及如果針對假定目標實施網(wǎng)絡(luò)攻擊。此外還可以針對仿真網(wǎng)絡(luò)場景進行風險評估、記錄攻防行為、提供大型關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)仿真復現(xiàn)、支持攻防演練、教育培訓等事件復盤、為安全產(chǎn)品提供測試展示平臺等功能。

網(wǎng)絡(luò)靶場系列產(chǎn)品通過虛擬化、虛實結(jié)合組網(wǎng)等技術(shù)，能夠低成本高效率地仿真出接近真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。為網(wǎng)絡(luò)攻防對抗訓練、應(yīng)急響應(yīng)演練、攻防技術(shù)培訓以及網(wǎng)絡(luò)對抗工具評測研究等需求提供安全可靠的仿真試驗場地。

1.3 項目目標

通過建設(shè)電力行業(yè)新能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全實驗室，構(gòu)建調(diào)光伏組件系統(tǒng)、綜合自動化系統(tǒng)、光伏發(fā)電功率管控系統(tǒng)、箱變和逆變器系統(tǒng)、升壓站系統(tǒng)、天氣預報系統(tǒng)、辦公網(wǎng)絡(luò)等，為新能源場站網(wǎng)絡(luò)安全防護技術(shù)研究、攻防實戰(zhàn)演練提供必要的仿真環(huán)境。

針對電力行業(yè)關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)安全保護與測試驗證，開展新能源場站工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全評估、測試、攻防競賽、應(yīng)急演練、技術(shù)培訓等工作，將有力提升新疆地區(qū)電力行業(yè)整體工控安全研究水平。

2 項目實施

2.1 建設(shè)內(nèi)容

新能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全實驗室建設(shè)主要包括面向新能源場站生產(chǎn)環(huán)境的智能仿真平臺、攻防與監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)靶場平臺、蜜罐系統(tǒng)、教學培訓系統(tǒng)、安全競賽系統(tǒng)及測試驗證系統(tǒng)七個部分。

（1）場景仿真平臺

根據(jù)電力系統(tǒng)新能源場站工控安全領(lǐng)域科研與教學需求，建設(shè)智能仿真平臺。平臺由控制系統(tǒng)和電力生產(chǎn)仿真場景沙盤組合而成，按照電力系統(tǒng)光伏發(fā)電的場景定制。作為光伏電站的微縮示意模型，幫助研究人員和參訓學員加深對新能源發(fā)電的實際過程的理解，掌握生產(chǎn)過程的實際應(yīng)用技術(shù)，電站正常生產(chǎn)控制流程及攻擊、防護效果。

（2）工控安全攻防及監(jiān)測系統(tǒng)

工控安全攻防及監(jiān)測系統(tǒng)是工控安全實驗室的必要組成部分，也是其核心系統(tǒng)。基于工控安全攻防及監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)完整的攻擊、防御、監(jiān)測演練活動，是實驗室重要的資源組件。

（3）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)靶場平臺

根據(jù)電力系統(tǒng)工控安全領(lǐng)域科研與實訓需求，建設(shè)工控網(wǎng)絡(luò)靶場平臺。在靶場提供的可控訓練環(huán)境內(nèi)，集成網(wǎng)絡(luò)安全攻防領(lǐng)域內(nèi)的各類常見設(shè)備，使用專業(yè)的攻防手段，在完全可控的環(huán)境中構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)攻防的真實場景并對其進行解析和分析呈現(xiàn)，從而使科研人員和參訓學員能夠直觀、快捷、全面和細致地掌握網(wǎng)絡(luò)攻防的各種概念和技術(shù)細節(jié)。

（4）蜜罐系統(tǒng)

工控蜜罐系統(tǒng)是一種情報收集系統(tǒng)。蜜罐作為故意讓人攻擊的目標，引誘黑客前來攻擊。攻擊者入侵后，蜜罐系統(tǒng)通過各類數(shù)據(jù)采集功能從而得知黑客是如何入侵的。通過各類數(shù)據(jù)采集并進行后期分析即可了解針對目標系統(tǒng)發(fā)動的最新攻擊和漏洞。還可以收集黑客所用的各種工具等。

（5）安全實訓系統(tǒng)

根據(jù)電力系統(tǒng)新能源場站工控安全領(lǐng)域科研與教學需求，建設(shè)安全實訓平臺系統(tǒng)。采用理論與實踐相融合的方式，提升工控安全人員的攻防實戰(zhàn)能力，填補了新疆地區(qū)新能源場站工業(yè)信息安全實訓平臺教學、培訓方面的空白。通過工控安全實訓平臺實戰(zhàn)化教學練，提升和加強工控網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和信息系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和性能，為電力系統(tǒng)的工控網(wǎng)絡(luò)攻防系統(tǒng)評測、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全人才培訓、攻防演練和技術(shù)評測提供有效技術(shù)支撐。

（6）安全競賽系統(tǒng)

根據(jù)電力系統(tǒng)新能源場站工控安全領(lǐng)域科研與教學需求，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)安全競賽系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)安全競賽系統(tǒng)通過虛擬化、虛實結(jié)合組網(wǎng)等技術(shù)，能夠低成本高效率的仿真出接近真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。具備理論考核、奪旗競賽、攻防競賽等功能，為開展各類國際標準的網(wǎng)絡(luò)安全競賽提供了簡便、穩(wěn)定、實用的支撐平臺。

（7）測試驗證系統(tǒng)

根據(jù)電力系統(tǒng)工控安全領(lǐng)域科研與教學需求，建設(shè)測試驗證系統(tǒng)。系統(tǒng)具備真實環(huán)境復現(xiàn)能力，可驗證相關(guān)產(chǎn)品在真實環(huán)境下的功能及性能表現(xiàn)屬性。同時工具庫中包含各種軟硬件測試工具，亦可方便地調(diào)入復現(xiàn)環(huán)境中進行測試，避免了預備工作復雜、干擾因素較多等問題。

2.2 體系架構(gòu)

圖1 實驗室體系架構(gòu)

（1）實驗室以“風光互補”生產(chǎn)環(huán)境仿真為基礎(chǔ)，通過工藝仿真、系統(tǒng)仿真和協(xié)議流量仿真，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)流的還原，并將其通過虛擬融合的方式接入到靶場平臺。

（2）實驗室以靶場平臺為基座，依托流式大數(shù)據(jù)平臺，通過整合計算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲資源和工控安全的知識庫來構(gòu)建虛擬化組件資源池。

（3）靶場平臺通過搭載相關(guān)的引擎模塊，聯(lián)動攻防系統(tǒng)及效果展示系統(tǒng)，實現(xiàn)實驗室的整體資源調(diào)度和管理。最終為教學培訓、安全競賽、產(chǎn)品測試、安全研究等相關(guān)應(yīng)用進行賦能。

圖2 實驗室建設(shè)效果概覽

2.3 功能詳述

2.3.1 演練場景規(guī)劃與編輯

通過搭建新能源場站生產(chǎn)現(xiàn)場的仿真平臺，實現(xiàn)對于真實設(shè)備、系統(tǒng)的還原。

由于工控安全攻擊事件多是針對上位機、下位機、上位機和下位機之間的網(wǎng)絡(luò)進行攻擊，而攻擊的結(jié)果多是影響到執(zhí)行器這一層面，因此最基礎(chǔ)的工控仿真平臺應(yīng)當具備如下幾個特點：

（1）具有電力行業(yè)工控系統(tǒng)代表性；

（2）完整的“上位機-下位機-執(zhí)行器-傳感器”架構(gòu)；

（3）具備豐富鮮明的展示效果；

（4）能夠?qū)崿F(xiàn)對于著名工控事件的還原和深度解讀，從而起到教育意義；

（5）能與工控安全實驗室中的其他系統(tǒng)進行聯(lián)動。

圖3 電力行業(yè)工控安全實驗室演練場景規(guī)劃示意圖

2.3.2 安全攻防演練與監(jiān)測

要實現(xiàn)完整的安全攻防演練，在工控仿真平臺的基礎(chǔ)上，還需要各類攻擊手段與安全防護系統(tǒng)進行對抗演練。安全攻防演練與監(jiān)測系統(tǒng)主要包括兩部分，即安全防護系統(tǒng)，以及攻擊套件系統(tǒng)。

2.3.3 安全防護效能評估

依靠安全防護系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)針對病毒、攻擊的防御，但并不能做到提前發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)，預知安全事件的發(fā)生，安全防護效能評估系統(tǒng)提供對于系統(tǒng)內(nèi)資產(chǎn)、安全設(shè)備的有效管控，同時能夠進行針對漏洞、流量的分析管理，增強系統(tǒng)安全防護能力。

2.3.4 安全效果綜合呈現(xiàn)

考慮到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全實驗室不僅承擔著輔助技術(shù)人才進行演練提升的作用，還承擔著人才安全意識培養(yǎng)、安全事件分析、安全制度優(yōu)化、應(yīng)急響應(yīng)培訓等各類職責，需要面向組織中各個級別、每一位學員，因此如何呈現(xiàn)攻防演練的過程及結(jié)果，這也是工業(yè)控制系統(tǒng)安全攻防演練平臺建設(shè)的一項重點。

3 案例亮點及創(chuàng)新性

3.1 項目亮點/創(chuàng)新點

（1）建設(shè)能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全人才孵化基地，探索產(chǎn)學合作模式

通過網(wǎng)絡(luò)安全實驗室的搭建，推行產(chǎn)學融合的人才培養(yǎng)模式，推動專業(yè)設(shè)置、課程內(nèi)容、教學方式與生產(chǎn)實踐對接，建設(shè)具有特色的優(yōu)質(zhì)能源行業(yè)工控安全人才培養(yǎng)孵化基地，在區(qū)域內(nèi)樹立標桿形象。

（2）打造完善工控安全課程體系，實踐“理論+實踐”的教學理念

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全是一個綜合、交叉的學科領(lǐng)域，涉及數(shù)學、物理、通信、計算機、自動化、管理等諸多學科領(lǐng)域的知識和最新發(fā)展成果，同時該專業(yè)也是一個實踐性很強的專業(yè)。因此，應(yīng)以電力行業(yè)需求為導向建立科學的課程體系，課程體系中應(yīng)理論基礎(chǔ)與工程實踐并重，注重參訓學員的綜合素質(zhì)和自學能力的培養(yǎng)，建立“理論教學+安全實操”的多模式相結(jié)合的創(chuàng)新的教學模式，促進學員安全能力的全面掌握。

（3）加強關(guān)基安全應(yīng)急響應(yīng)能力，提升紅藍方實戰(zhàn)對抗水平

“紅隊攻點?藍隊防面?以攻促防?全面消缺”，全面提升地區(qū)新能源場站網(wǎng)絡(luò)安全人才梯隊的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全“戰(zhàn)時”水平，培養(yǎng)復合型人才，提升專業(yè)技能，并可有效提高該地區(qū)關(guān)基設(shè)施安全“戰(zhàn)時”應(yīng)急響應(yīng)能力。

3.2 項目應(yīng)用情況及效果

（1）已經(jīng)完成面向核電、火電、新能源和鋼鐵等多個行業(yè)的實驗室建設(shè)項目和交付，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，各項參數(shù)良好，獲得用戶的好評和歡迎。

（2）已經(jīng)積累了數(shù)字孿生技術(shù)和虛擬融合仿真技術(shù)，實現(xiàn)多個行業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)仿真（包括生產(chǎn)工藝仿真、控制系統(tǒng)仿真和通訊協(xié)議仿真），幫助用戶1:1還原了生產(chǎn)環(huán)境，并實現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的流動，為安全分析和攻防對抗提供了高可用性的研究載體。

（3）完成多個行業(yè)數(shù)十種生產(chǎn)場景的還原，為用戶定制了自動化攻擊流量和安全防護系統(tǒng)，并集成了“震網(wǎng)”等50余種典型攻防劇本，聚焦戰(zhàn)時關(guān)基設(shè)施安全防護和應(yīng)急響應(yīng)，通過基于“掛圖作戰(zhàn)”理念的攻防對抗，有效提升能源行業(yè)安全從業(yè)者的實戰(zhàn)水平。

（4）搭載了漏洞挖掘和設(shè)備固件測試高級研究工具，為客戶提供最優(yōu)的工控安全設(shè)備檢測及安全分析工具，助力用戶形成契合企業(yè)實際需求的安全標準及規(guī)范。

3.3 經(jīng)濟及社會效益

（1）提高行業(yè)內(nèi)單位全員安全意識

通過建設(shè)電力行業(yè)工控信息安全仿真系統(tǒng)，能夠向組織內(nèi)部全員普及工控安全防范概念，通過參觀講解、基于工控安全仿真系統(tǒng)做一些知名工控安全事件的還原分析，以及進行工控安全基礎(chǔ)概念、政策法規(guī)、攻防演示培訓，增強單位各部門、各級別人員的安全意識。

（2）規(guī)劃行業(yè)內(nèi)單位生產(chǎn)安全發(fā)展趨勢

通過緊跟國內(nèi)外工控安全防護理念的最新發(fā)展趨勢，結(jié)合工控安全仿真系統(tǒng)內(nèi)部攻防研究和行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)研，做出對于行業(yè)內(nèi)工控安全發(fā)展趨勢的預測，從而提出具備可行性、先進性、可靠性的研究方向，支撐行業(yè)內(nèi)工控安全研究團隊的科研項目，提升行業(yè)內(nèi)工控安全研發(fā)技術(shù)實力。

（3）加強行業(yè)內(nèi)單位生產(chǎn)安全管理能力

通過模擬工控安全事件發(fā)生全流程，讓電力關(guān)基運營管理人員對安全事件的準備階段、發(fā)生階段、處置階段有直觀的認識，從而能夠梳理當前組織內(nèi)部在安全管理方面的不足，提升組織在安全事件防范、治理等方面的管理能力。

（4）提升行業(yè)內(nèi)單位應(yīng)急響應(yīng)能力

安全事件的發(fā)生往往無法預知，因此除了安全防御體系的建設(shè)，安全事件應(yīng)急響應(yīng)處理也是整個安全防范工作的重中之重。通過工控攻防實驗室能夠模擬各類主流安全事件，結(jié)合真實直觀的“實戰(zhàn)演練”場景，提升組織對于安全事件的應(yīng)急響應(yīng)能力。

（5）降低行業(yè)內(nèi)單位工控安全風險

通過建設(shè)工控安全仿真系統(tǒng)，能夠做到：增強全員安全意識、增強安全管理水平、培養(yǎng)工控安全人才、提升安全事件的應(yīng)急響應(yīng)能力，同時能夠結(jié)合蜜罐系統(tǒng)、靶場系統(tǒng)等系統(tǒng)，在通用安全設(shè)備+安全軟件的基礎(chǔ)上，有效降低工控系統(tǒng)的安全風險，提升安全防范實力。

《自動化博覽》2023年1月刊暨《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全專刊（第九輯）》