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摘要：隨著工業(yè)互聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)控制等新技術(shù)等的快速發(fā)展，智能制造工業(yè)控制系統(tǒng)的安全防護(hù)迫在眉睫。因此，以智能工廠為例，建立滿(mǎn)足等保2.0-工業(yè)控制系統(tǒng)安全擴(kuò)展要求合規(guī)性要求的靜態(tài)安全防護(hù)，同時(shí)以靜態(tài)安全防護(hù)形成的安全數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，匯聚安全數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行整體態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)、通報(bào)預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)安全自感知、策略自調(diào)整的動(dòng)態(tài)安全防護(hù)，形成動(dòng)靜協(xié)同聯(lián)動(dòng)的安全框架，為智能制造安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

0 引 言

隨著新一代信息技術(shù)和工業(yè)的融合發(fā)展，智能制造日益成為未來(lái)制造業(yè)發(fā)展的重大趨勢(shì)和核心內(nèi)容。以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為核心特征的智能制造模式，正在成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展和變革的重要方向，也必將引發(fā)新一輪制造業(yè)革命，并重新構(gòu)筑全球制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)新格局。中國(guó)要建設(shè)制造業(yè)強(qiáng)國(guó)，必須緊緊把握制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，加快智能制造的發(fā)展。盡管智能制造已是大勢(shì)所趨，但隨著其與互聯(lián)網(wǎng)的不斷融合，一些棘手問(wèn)題也開(kāi)始顯現(xiàn)。從網(wǎng)絡(luò)安全的角度分析，智能制造網(wǎng)絡(luò)化后攻擊剖面大大擴(kuò)大，將面臨設(shè)備、控制、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用、云平臺(tái)和數(shù)據(jù)等多個(gè)方面的安全挑戰(zhàn)。因此，智能制造網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題必須引起高度重視。本文從國(guó)家等級(jí)保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)要求分析，立足于智能制造網(wǎng)絡(luò)化后面臨的安全問(wèn)題，提出動(dòng)靜協(xié)同的智能制造生產(chǎn)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全框架，為促進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)智能網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，保障企業(yè)的生產(chǎn)制造安全提供參考。

1　等級(jí)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)分析

智能制造在推進(jìn)發(fā)展的過(guò)程中，新技術(shù)、新應(yīng)用、新業(yè)務(wù)形態(tài)大量涌現(xiàn)，尤其是工業(yè)互聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、全數(shù)字化儀控系統(tǒng)等的快速發(fā)展。當(dāng)前，2008年國(guó)家發(fā)布的《GB/T22239-2008 信息安全技術(shù) 信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)基本要求》及其配套政策文件和標(biāo)準(zhǔn)（簡(jiǎn)稱(chēng)等保1.0）^[1]已經(jīng)不能完全適用于智能制造安全防護(hù)要求，而智能制造場(chǎng)景中生產(chǎn)控制系統(tǒng)的安全防護(hù)建設(shè)工作已經(jīng)迫在眉睫。為應(yīng)對(duì)安全趨勢(shì)和形勢(shì)的急速變化，公安部在2017年5月頒布《GA/T1390.5-2017 信息安全技術(shù)一網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)基本要求 第5部分：工業(yè)控制系統(tǒng)安全擴(kuò)展要求》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)等保2.0）。等保2.0系列標(biāo)準(zhǔn)專(zhuān)門(mén)提出了針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的安全技術(shù)要求及管理要求，為工業(yè)控制系統(tǒng)的安全防護(hù)提供了重要參考標(biāo)準(zhǔn)要求^[2-3]。標(biāo)準(zhǔn)的工控安全擴(kuò)展要求結(jié)合工業(yè)控制系統(tǒng)自身特點(diǎn)，分析系統(tǒng)本身面臨的風(fēng)險(xiǎn)，從網(wǎng)絡(luò)和通信安全、設(shè)備和計(jì)算安全、應(yīng)用和數(shù)據(jù)安全等方面，在通用安全要求基礎(chǔ)上新增了若干控制項(xiàng)，如網(wǎng)絡(luò)和通信安全增加了適配于工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)安全防護(hù)要求、通信傳輸要求以及訪問(wèn)控制要求，增加了撥號(hào)使用控制和無(wú)線(xiàn)使用控制的要求；設(shè)備和計(jì)算安全增加了對(duì)控制設(shè)備的安全要求。

2　智能制造生產(chǎn)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)分析

從網(wǎng)絡(luò)安全的角度分析，智能制造網(wǎng)絡(luò)化后，攻擊剖面將大大擴(kuò)大，面臨設(shè)備、控制、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用、數(shù)據(jù)等方面的安全挑戰(zhàn)。參照推出的等保2.0工控安全防護(hù)部分，在工控網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、應(yīng)用、數(shù)據(jù)安全會(huì)面臨如下風(fēng)險(xiǎn)^[4]。

第一，網(wǎng)絡(luò)與通信安全。工廠網(wǎng)絡(luò)向“三化”（IP化、扁平化、無(wú)線(xiàn)化）+靈活組網(wǎng)的方向發(fā)展，將面臨更多的安全挑戰(zhàn)。現(xiàn)有針對(duì)TCP/IP協(xié)議的攻擊方法和手段成熟，可被直接利用攻擊工廠網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)靈活組網(wǎng)需求使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓訌?fù)雜，傳統(tǒng)靜態(tài)防護(hù)策略和安全域劃分方法面臨動(dòng)態(tài)化、靈活化挑戰(zhàn)。同時(shí)，RFID、ZigBee、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)等無(wú)線(xiàn)技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于工裝和部件對(duì)接系統(tǒng)、智能AGV移動(dòng)小車(chē)、智能穿戴設(shè)備、數(shù)控機(jī)床DNC網(wǎng)絡(luò)等工控系統(tǒng)環(huán)境中。無(wú)線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用需要滿(mǎn)足了工廠的實(shí)時(shí)性、可靠性要求，但難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的安全機(jī)制，極易受到認(rèn)證攻擊、非法入侵、信息泄露、拒絕服務(wù)等攻擊。

第二，設(shè)備與計(jì)算安全。傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備以機(jī)械裝備為主，重點(diǎn)關(guān)注物理安全和功能安全。智能制造生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品將越來(lái)越多集成通用嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟殼，而控制器類(lèi)設(shè)備操作系統(tǒng)存在大量漏洞，導(dǎo)致工控設(shè)備將直接暴露在網(wǎng)絡(luò)攻擊下，木馬病毒在設(shè)備間的傳播擴(kuò)散速度將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。DCS、PLC等控制設(shè)備在目前工廠應(yīng)用中主要關(guān)注控制過(guò)程的功能安全，但信息安全能力防護(hù)不足。現(xiàn)有控制協(xié)議、控制軟件等在設(shè)計(jì)之初主要基于IT和OT相對(duì)隔離和OT環(huán)境相對(duì)可信兩個(gè)前提。同時(shí)，由于工廠控制的實(shí)時(shí)性和可靠性要求高，如認(rèn)證、授權(quán)、加密以及數(shù)據(jù)接口管控等需要附加開(kāi)銷(xiāo)的信息安全功能被舍棄。IT和OT融合打破了傳統(tǒng)安全可信的控制環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)攻擊從IT層滲透到OT層，從工廠外滲透到工廠內(nèi)。目前，缺乏有效的針對(duì)控制設(shè)備的安全防護(hù)手段。

第三，應(yīng)用與數(shù)據(jù)安全。智能制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、服務(wù)化延伸、個(gè)性化定制等新模式新業(yè)態(tài)的出現(xiàn)，對(duì)工業(yè)應(yīng)用安全能力提出了更高要求。同時(shí)，智能制造領(lǐng)域應(yīng)用軟件，與常見(jiàn)商用軟件類(lèi)似，將持續(xù)面臨病毒、木馬、漏洞等傳統(tǒng)安全挑戰(zhàn)，如Gefanuc漏洞CVE-2008-0175和CVE-2008-0176、西門(mén)子上位機(jī)漏洞CNVD-2016-11465等。因此，工業(yè)應(yīng)用復(fù)雜、安全需求多樣，對(duì)安全保障能力提出了更高要求。智能制造工廠工業(yè)數(shù)據(jù)等，由少量、單一、單向向大量、多維、雙向轉(zhuǎn)變，數(shù)據(jù)體量大、種類(lèi)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)據(jù)流動(dòng)方向和路徑復(fù)雜，數(shù)據(jù)保護(hù)難度增大。各類(lèi)數(shù)據(jù)不管是通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)存儲(chǔ)，還是分布在用戶(hù)、生產(chǎn)終端、設(shè)計(jì)服務(wù)器等多種設(shè)備上，都將面臨重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)丟失、泄露、篡改等安全威脅。

可見(jiàn)，從智能制造的特點(diǎn)出發(fā)，智能制造在網(wǎng)絡(luò)與通信、設(shè)備與計(jì)算、應(yīng)用與數(shù)據(jù)等方面都存在安全風(fēng)險(xiǎn)，面臨多方面的安全挑戰(zhàn)，急需建立一套適應(yīng)智能制造新要求的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)框架。

3　智能制造生產(chǎn)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全框架

以智能工廠為例，智能制造安全防護(hù)從靜態(tài)防護(hù)和動(dòng)態(tài)防護(hù)兩個(gè)視角分析。靜態(tài)安全防護(hù)以滿(mǎn)足等保2.0—工業(yè)控制系統(tǒng)安全擴(kuò)展合規(guī)性要求為基礎(chǔ)，針對(duì)智能制造網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、控制、數(shù)據(jù)等方面的風(fēng)險(xiǎn)及安全防護(hù)需求，采用體系化的智能制造網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)技術(shù)，重點(diǎn)解決網(wǎng)絡(luò)與通信、設(shè)備與計(jì)算、應(yīng)用與數(shù)據(jù)三方面存在的安全問(wèn)題^[5]。

但是，僅靠靜態(tài)安全防護(hù)手段還無(wú)法解決智能工廠網(wǎng)絡(luò)靈活組網(wǎng)后需要?jiǎng)討B(tài)化、靈活化的防護(hù)策略。因此，需要結(jié)合動(dòng)態(tài)防護(hù)手段，主要通過(guò)靜態(tài)安全防護(hù)措施匯集的安全數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行安全數(shù)據(jù)分析，建立統(tǒng)一安全協(xié)同管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)整體安全態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)、通報(bào)預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)，達(dá)到動(dòng)靜協(xié)同聯(lián)動(dòng)、安全全景可視的安全保障能力。智能制造網(wǎng)絡(luò)安全框架，如圖1所示。

3.1　靜態(tài)安全防護(hù)

3.1.1　網(wǎng)絡(luò)與通信安全

智能工廠網(wǎng)絡(luò)與通信安全重點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)邊界安全防護(hù)角度，按照區(qū)域重要性和業(yè)務(wù)需求進(jìn)行安全域劃分。區(qū)域之間部署工控網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)、邊界防護(hù)與隔離系統(tǒng)，如采用工業(yè)防火墻或網(wǎng)閘進(jìn)行邏輯隔離安全防護(hù)，保證只有合法合規(guī)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)交換，阻斷內(nèi)部誤操作、攻擊和病毒對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的威脅途徑，防止病毒的傳播和攻擊；在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署工控安全監(jiān)控審計(jì)系統(tǒng)，監(jiān)控信息系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)間下發(fā)和上傳的數(shù)據(jù)，特別是未知的新型網(wǎng)絡(luò)攻擊的檢測(cè)和分析，實(shí)時(shí)監(jiān)控、審計(jì)和預(yù)警生產(chǎn)控制層和生產(chǎn)設(shè)備層間的交互業(yè)務(wù)。

針對(duì)無(wú)線(xiàn)技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用，對(duì)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信安全防護(hù)提出了新要求，實(shí)時(shí)檢測(cè)制造環(huán)境下的無(wú)線(xiàn)干擾，有效阻斷私接無(wú)線(xiàn)路由；保障智能制造環(huán)境的合法無(wú)線(xiàn)連接，阻止非法用戶(hù)關(guān)聯(lián)；精確定位無(wú)線(xiàn)干擾和攻擊源，同時(shí)采用自主研發(fā)的輕量級(jí)密碼算法，對(duì)無(wú)線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理防止信息的篡改和竊取。智能制造網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全框架（網(wǎng)絡(luò)與通信安全），如圖2所示。

3.1.2　設(shè)備與計(jì)算安全

控制設(shè)備能夠做好身份認(rèn)證、權(quán)限、訪問(wèn)控制方面的安全防護(hù)。控制層到操作層的指令應(yīng)建立數(shù)據(jù)完整性審計(jì)功能，保障傳輸指令過(guò)程中不被修改，確保操作層執(zhí)行命令的真實(shí)性，具有校驗(yàn)功能，以智能制造生產(chǎn)過(guò)程。對(duì)于終端，通過(guò)建立完善的終端安全防護(hù)體系，包含防病毒、身份鑒別、標(biāo)準(zhǔn)化管控、日志審計(jì)，確保操作系統(tǒng)的安全性，防止工控系統(tǒng)外部和內(nèi)部的非法操作，做到監(jiān)測(cè)預(yù)警，主動(dòng)防御。部署的終端安全防護(hù)系統(tǒng)提供工控環(huán)境中典型的操作員站、工程師站、上位機(jī)、服務(wù)器等主機(jī)終端的基于白名單的安全管控；一體化安全PLC/DCS，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)低延時(shí)的指令級(jí)識(shí)別、監(jiān)測(cè)和防護(hù)功能，保證典型工業(yè)控制設(shè)備的安全；利用安全檢測(cè)評(píng)估技術(shù)產(chǎn)品定期對(duì)智能工廠中的設(shè)備進(jìn)行安全檢查，修補(bǔ)漏洞；利用智能終端安全防護(hù)設(shè)備管控?cái)?shù)控機(jī)床U口、串口、網(wǎng)口，審計(jì)輸入輸出數(shù)據(jù)，對(duì)非法數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)過(guò)濾和阻斷，防止非法數(shù)據(jù)傳遞。智能制造網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全框架（設(shè)備與計(jì)算安全），如圖3所示。

3.1.3　應(yīng)用與數(shù)據(jù)安全

制定標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境，制定統(tǒng)一的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范定制應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件的審計(jì)功能。要監(jiān)控整個(gè)應(yīng)用族群的情況，定期檢查智能工廠中常見(jiàn)的工業(yè)軟件漏洞情況，對(duì)發(fā)現(xiàn)的漏洞及時(shí)打補(bǔ)丁修復(fù)，確保及時(shí)清理和修復(fù)病毒、木馬和漏洞。數(shù)據(jù)安全能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)、備份的安全。采用節(jié)點(diǎn)認(rèn)證和通信加密技術(shù)，對(duì)控制系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報(bào)文中的相關(guān)控制、參數(shù)設(shè)置等敏感指令信息進(jìn)行輕量級(jí)密碼算法加密，對(duì)關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)如工藝參數(shù)、配置文件、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、控制指令等進(jìn)行定期備份和異地備份。同時(shí)，需實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，采用大數(shù)據(jù)分析整體掌握網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)，及時(shí)做出響應(yīng)和預(yù)警。智能制造網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全框架（應(yīng)用與數(shù)據(jù)安全），如圖4所示。

3.2　動(dòng)態(tài)安全防護(hù)

智能制造使得工業(yè)的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)、應(yīng)用等各環(huán)節(jié)、各層面緊密結(jié)合。這個(gè)過(guò)程重塑了網(wǎng)絡(luò)安全保障思路，需要打造統(tǒng)一的、貫穿生產(chǎn)制造全生命周期的智能制造安全保障框架，打破傳統(tǒng)單點(diǎn)靜態(tài)防御體系，建立統(tǒng)一的安全管控平臺(tái)，在網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生時(shí)能夠及時(shí)感知風(fēng)險(xiǎn)，各個(gè)安全防護(hù)設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)，動(dòng)態(tài)調(diào)整，形成新的安全防護(hù)策略。

將智能工廠中針對(duì)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用、數(shù)據(jù)的安全防護(hù)設(shè)備產(chǎn)生的安全數(shù)據(jù)匯聚，發(fā)送至工控大數(shù)據(jù)安全運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，采用威脅情報(bào)、關(guān)聯(lián)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘等手段，發(fā)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)攻擊行為、用戶(hù)異常訪問(wèn)操作行為。安全數(shù)據(jù)分析結(jié)果通過(guò)態(tài)勢(shì)平臺(tái)對(duì)整個(gè)智能工廠的安全情況進(jìn)行整體態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)，對(duì)發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全局通報(bào)預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)安全策略和安全域的動(dòng)態(tài)調(diào)整，達(dá)到安全的自感知、自決策和自執(zhí)行。智能制造網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)安全框架，如圖5所示。

3.3　動(dòng)靜協(xié)同安全防護(hù)

習(xí)近平總書(shū)記在2018年4月的網(wǎng)信工作會(huì)議中指出，“在信息時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)安全是整體的而不是割裂的，是動(dòng)態(tài)的而不是靜態(tài)的，是開(kāi)放的而不是封閉的，是相對(duì)的而不是絕的，是共同的而不是孤立的”。動(dòng)靜協(xié)同的統(tǒng)一安全協(xié)同管控和整體態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)，有效拓展了基礎(chǔ)安全防護(hù)體系，健全了工控安全防護(hù)手段，提高了工控企業(yè)的系統(tǒng)安全可見(jiàn)性；及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)和存在的威脅，提供高效的數(shù)據(jù)分析和決策支持能力，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)安全態(tài)勢(shì)感知的理解和預(yù)測(cè)功能。動(dòng)態(tài)主動(dòng)發(fā)現(xiàn)威脅與被動(dòng)靜態(tài)防御有效協(xié)同，提升了應(yīng)急響應(yīng)效率，使得企業(yè)的工控安全管理從被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，為企業(yè)推進(jìn)“智能制造”“工業(yè)4.0”“互聯(lián)網(wǎng)+”等策略提供了科學(xué)技術(shù)保障。

4　結(jié)　語(yǔ)

智能制造信息安全是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程。我國(guó)在深化推進(jìn)“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略目標(biāo)的過(guò)程中，既為制造企業(yè)提質(zhì)增效帶來(lái)了契機(jī)，也給企業(yè)的信息安全保障工作帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。本文從智能制造企業(yè)實(shí)際需求和長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃出發(fā)，在等保2.0—工業(yè)控制系統(tǒng)安全擴(kuò)展合規(guī)性要求基礎(chǔ)上，提出具有特色的動(dòng)靜協(xié)同智能制造生產(chǎn)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全框架，以保障智能制造企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)及信息安全。后期將研究搭建覆蓋全生命周期（設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷(xiāo)售、服務(wù)）的智能制造網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)技術(shù)，以完善安全防護(hù)框架，解決智能制造生態(tài)系統(tǒng)階段的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。

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作者簡(jiǎn)介：

肖遠(yuǎn)軍，中國(guó)電子科技網(wǎng)絡(luò)信息安全有限公司，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)楣I(yè)控制信息安全；

劉　波，中國(guó)電子科技網(wǎng)絡(luò)信息安全有限公司，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)楣I(yè)控制信息安全；

陳　琳，中國(guó)電子科技網(wǎng)絡(luò)信息安全有限公司，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)楣I(yè)控制信息安全。

來(lái)源：信息安全與通信保密