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★南京訊石數(shù)據(jù)科技有限公司 牛毅

1　背景

在油田開采過程中，采油數(shù)據(jù)一般通過運營商無線網(wǎng)絡(luò)進行傳輸和交互，數(shù)據(jù)采集終端缺少安全防護，生產(chǎn)數(shù)據(jù)明文傳輸，實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（Scada）也缺少安全防護，系統(tǒng)發(fā)送遠程終端的操控指令、調(diào)整參數(shù)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)也全部明文下發(fā)，使得油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)面臨很大安全風(fēng)險。

采油過程的數(shù)據(jù)全面反映了油田開發(fā)的細節(jié)和總體趨勢，一旦遭遇黑客攻擊發(fā)生泄露，黑客可全面分析油田的采油情況，對油井儲量、品質(zhì)及相關(guān)技術(shù)做出統(tǒng)計分析，甚至可以通過對監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析，對相關(guān)操作指令或調(diào)整參數(shù)進行修改，從而產(chǎn)生不可估量的嚴重后果。因此，必須對采油數(shù)據(jù)從實時傳輸開始到數(shù)據(jù)庫存儲實現(xiàn)安全防護，保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)的安全可靠。另外，數(shù)據(jù)回傳信息中心后，由于要對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行進一步挖掘、分析和應(yīng)用，回傳數(shù)據(jù)庫的生產(chǎn)數(shù)據(jù)也往往是明文存儲，同樣埋下了極大的安全隱患。

隨著我國《數(shù)據(jù)安全法》《關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施安全保護條例》等的出臺，能源數(shù)據(jù)的安全防護已上升至國家戰(zhàn)略的高度。油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)是能源企業(yè)重要的數(shù)字資產(chǎn)，也是保持核心競爭力的基礎(chǔ)。實現(xiàn)能源自主安全，首先要基于國有自主產(chǎn)品與技術(shù)來實現(xiàn)，但更重要的是須加強企業(yè)對安全產(chǎn)品本身的可控，產(chǎn)品的核心密鑰不再依靠設(shè)備廠商提供，而是掌握在企業(yè)自己手中，將數(shù)據(jù)安全掌握在企業(yè)自己手中，真正實現(xiàn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全的自主可控。

2　案例實施與應(yīng)用

案例實現(xiàn)整體框架如圖1所示。在油井端為RTU采油終端加裝加密終端，加密終端采用即插即用的方式，并通過標(biāo)識使得加密終端與對應(yīng)RTU終端一一對應(yīng)，實現(xiàn)RTU終端與加密終端的物理綁定。在生產(chǎn)指揮中心，將邊緣安全網(wǎng)關(guān)部署于SCADA前端，對實時加密傳輸上傳的采油數(shù)據(jù)完成實時解密后發(fā)送業(yè)務(wù)系統(tǒng)，同時，邊緣安全網(wǎng)關(guān)也負責(zé)將SCADA工控系統(tǒng)發(fā)送油井端的指令、參數(shù)等數(shù)據(jù)實時加密后發(fā)送。在運維中心，部署密鑰系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫加密系統(tǒng)，保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的加密存儲。

圖1 系統(tǒng)框架圖

項目結(jié)合某油田采油數(shù)據(jù)明文傳輸和明文存儲的現(xiàn)狀，有針對性地提出了滿足國家網(wǎng)絡(luò)安全要求和相關(guān)政策的數(shù)據(jù)加密解決方案，在數(shù)字化運維中心建立自主密鑰系統(tǒng)，實現(xiàn)了采油數(shù)據(jù)的加密傳輸和數(shù)據(jù)庫的加密存儲，且整個方案對原有網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用不產(chǎn)生影響，提高了油田采油數(shù)據(jù)安全的防御能力，加強了系統(tǒng)應(yīng)用登錄的授權(quán)管理，取得了良好的應(yīng)用效果，最大程度地避免了由于網(wǎng)絡(luò)攻擊或入侵給石油生產(chǎn)帶來的巨大風(fēng)險和損失，也為采油廠的安全生產(chǎn)奠定堅實基礎(chǔ)，對油田數(shù)字化建設(shè)起到保駕護航的作用。

3　應(yīng)用難點問題及解決思路

保障工控安全應(yīng)用的技術(shù)和手段是實現(xiàn)工控應(yīng)用發(fā)展的基礎(chǔ)，但安全防護不能成為工控應(yīng)用發(fā)展的攔路虎，安全實現(xiàn)必須要為工控應(yīng)用服務(wù)，不能用傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)安全思維去考慮工控安全，必須真正地了解工控生產(chǎn)、了解工控應(yīng)用才可以真正實現(xiàn)工控物聯(lián)網(wǎng)的安全防護。項目組在油田進行多次調(diào)研、深入了解，分析歸納出以下需要解決的問題：

（1）工控應(yīng)用時效問題

以物為中心的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與傳統(tǒng)的以人為中心的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不同，尤其對于工控應(yīng)用場景來講，應(yīng)用時效要求較高，需滿足工控應(yīng)用的低時延、高并發(fā)場景，傳統(tǒng)的安全認證方式需要第三方參與才可以完成，需進行在線認證，而工控場景中窄帶通信方式很難實現(xiàn)對在線認證的支撐。采用數(shù)據(jù)實時上傳SCADA系統(tǒng)后，SCADA系統(tǒng)將會對相關(guān)數(shù)據(jù)進行調(diào)配，并實時下發(fā)采油端，安全防護的實現(xiàn)必須滿足應(yīng)用的時延要求，在關(guān)鍵點時延需要毫秒級實現(xiàn)。

（2）免改造安全防護實現(xiàn)的問題

采油業(yè)務(wù)應(yīng)用復(fù)雜，存在各種設(shè)備和系統(tǒng)，且廠家不統(tǒng)一，安全改造要涉及不同廠家的系統(tǒng)、終端設(shè)備，如要求這些廠家全部配合，將會大大增加改造成本，同時，也會大大提高安全改造的難度。所以，必須采用免改造的方式來實現(xiàn)油田物聯(lián)網(wǎng)的安全防護。

（3）密鑰生成、簽發(fā)管理的自主性問題

傳統(tǒng)的安全實現(xiàn)基于第三方證書或設(shè)備廠家提供的密鑰協(xié)議，這使得真正的安全核心并不能掌握在油田企業(yè)自己手中。采油生產(chǎn)數(shù)據(jù)是企業(yè)重要的數(shù)字資產(chǎn)，也是保持企業(yè)核心競爭力的基礎(chǔ)，安全核心密鑰必須掌握在企業(yè)自己手中，不能依靠第三方，也不能依靠產(chǎn)品設(shè)備廠家，這樣才可以真正實現(xiàn)應(yīng)用的安全自主可控。

（4）中心密鑰數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險問題

傳統(tǒng)的密鑰管理方式，是在密鑰中心存儲所有用戶密鑰，當(dāng)用戶數(shù)量增加時，不僅會造成密鑰管理復(fù)雜度的大大增加，更重要的是，一旦中心被入侵發(fā)生數(shù)據(jù)泄露，將導(dǎo)致整個工控應(yīng)用的安全防護體系失效。目前，能源數(shù)據(jù)已經(jīng)成為國際關(guān)注的重點，敵對勢力或競爭對手往往不是一次性的攻擊入侵，而是長期潛伏或進行人員策反，從而獲取密鑰中心的相關(guān)數(shù)據(jù)，這對于從事正常生產(chǎn)的工控應(yīng)用來講，可能是致命的。中心備份密鑰的方式存在極大的安全隱患。

經(jīng)過項目組的調(diào)研，本項目采用了全國產(chǎn)自主的IPK標(biāo)識公鑰（Identity Public Key）技術(shù)作為項目的基礎(chǔ)安全技術(shù)進行安全實現(xiàn)，IPK技術(shù)基礎(chǔ)是橢圓曲線密碼體制，應(yīng)用算法協(xié)議是SM2和SM3密碼算法，IPK技術(shù)實現(xiàn)了對SM2和SM3算法的應(yīng)用創(chuàng)新，簡化了密鑰生成的復(fù)雜度和管理難度，同時降低了密鑰體系建設(shè)成本與運維成本，終端最終使用的SM2密鑰在終端自主生成，密鑰中心僅參與終端最終密鑰生成，但中心不備份也無法通過中心推算出終端密鑰，這就使得密鑰中心具備了強容災(zāi)性，杜絕了中心關(guān)鍵數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險。

采用IPK技術(shù)，基于設(shè)備標(biāo)識，標(biāo)識即公鑰，為油田企業(yè)建立自主的密鑰管理中心，實現(xiàn)安全密鑰的自主簽發(fā)管理；基于IPK技術(shù)，終端設(shè)備基于標(biāo)識傳遞實現(xiàn)安全應(yīng)用，無須第三方參與，可實現(xiàn)本地離線認證，不需要進行傳統(tǒng)的在線驗證國產(chǎn)，所以IPK認證時延可實現(xiàn)毫秒級，同時，IPK技術(shù)還可支撐海量終端的密鑰管理，這不僅完全滿足了油田生產(chǎn)工控物聯(lián)應(yīng)用的低時延、高并發(fā)需求，同時也可以靈活實現(xiàn)密鑰的自主簽發(fā)管理。

在IPK標(biāo)識公鑰的基礎(chǔ)上，項目組對所有終端的接口和協(xié)議進行研究，技術(shù)上實現(xiàn)即插即用的專用終端產(chǎn)品，同時考慮到即插即用專用終端接入可能會造成服務(wù)管理端大量IP的占用，項目組采用了一種無IP物聯(lián)技術(shù)，在無須對油田系統(tǒng)、終端、網(wǎng)絡(luò)進行改造，也無須增加或占用IP的方式，快速靈活地實現(xiàn)了油田物聯(lián)應(yīng)用的整體安全防護。

4　效益分析

項目結(jié)合某油田采油廠采油數(shù)據(jù)明文傳輸和明文存儲的現(xiàn)狀，有針對性地提出了滿足國家網(wǎng)絡(luò)安全要求和相關(guān)政策的數(shù)據(jù)加密解決方案，在油田運維中心建立了自主密鑰管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了采油數(shù)據(jù)的實時加密傳輸和數(shù)據(jù)庫的加密存儲，而且整個方案實施對原網(wǎng)絡(luò)、終端和應(yīng)用不產(chǎn)生任何影響，大大提升了采油數(shù)據(jù)的安全防護能力，實現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的加密存儲，取得了較好的應(yīng)用效果。本項目滿足《中華人民共和國網(wǎng)絡(luò)安全法》、信息安全等級保護2.0要求及相關(guān)安全管理辦法。項目實施完全滿足油田生產(chǎn)的要求，系統(tǒng)部署簡單且方便易用，大大降低了油田數(shù)據(jù)泄露的安全風(fēng)險，進一步加強了油田物聯(lián)網(wǎng)的安全防護和安全管理，實現(xiàn)了油田自主生產(chǎn)和管理密鑰，達到了安全自主可控的目的。

5　案例意義

目前，工控網(wǎng)絡(luò)安全是國家的基礎(chǔ)安全，隨著國家關(guān)鍵數(shù)據(jù)安全要求等相關(guān)政策法規(guī)的出臺，工控網(wǎng)絡(luò)安全正成為工控安全應(yīng)用的核心。但工控網(wǎng)絡(luò)不同于傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)，不能按照傳統(tǒng)的IT思維進行思考，安全防護首先要建立在保證工控應(yīng)用穩(wěn)定、可靠運行的基礎(chǔ)上進行，必須考慮工控場景存在的復(fù)雜性需求，保證工控應(yīng)用的低時延、高并發(fā)的應(yīng)用要求，同時，要考慮敵對勢力或競爭對手通過入侵潛伏或人為因素造成中心泄露帶來的風(fēng)險；更重要的，要實現(xiàn)工控企業(yè)對安全核心密鑰的自主生產(chǎn)管理，安全靠自己，才可以真正實現(xiàn)企業(yè)對自身數(shù)字資產(chǎn)的安全自主可控。

工控應(yīng)用可控采油數(shù)據(jù)實時加密傳輸與存儲項目案例具有良好的借鑒意義，從工控物聯(lián)的需求上以及工控場景的復(fù)雜性、多樣性上做出了典范，為工控安全行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展提供了最佳實踐。

精彩觀點

南京訊石數(shù)據(jù)科技有限公司副總經(jīng)理 牛毅

記者：訊石科技能夠為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域提供哪些產(chǎn)品或者解決方案？這些產(chǎn)品和解決方案具有怎樣的特色？核心優(yōu)勢是什么？

牛毅：訊石科技立足工控物聯(lián)網(wǎng)安全，主要為工控領(lǐng)域提供滿足工控時效的專用終端、安全網(wǎng)關(guān)、統(tǒng)一接入認證平臺等終端可信、數(shù)據(jù)實時防護類產(chǎn)品和解決方案。公司核心團隊來自于華北電力大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)安全團隊，提供的產(chǎn)品和解決方案不同于傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)安全產(chǎn)品，是團隊經(jīng)過多年研究和實踐開發(fā)的適合工控安全應(yīng)用場景的系列產(chǎn)品，主要的特點就是安全認證低時延（時延可小于1ms）、高并發(fā)，終端密鑰具備唯一性，中心不備份，杜絕中心泄露。公司團隊擁有多年的學(xué)術(shù)研究和應(yīng)用實踐經(jīng)驗，對能源、工控、制造等行業(yè)應(yīng)用熟悉，擁有自主的安全技術(shù)，不僅懂安全，也更了解業(yè)務(wù)。

記者：訊石科技近年來在物聯(lián)網(wǎng)市場發(fā)展情況如何？您感受到物聯(lián)網(wǎng)市場正在發(fā)生著哪些變化，呈現(xiàn)出哪些特點？

牛毅：訊石科技是技術(shù)型團隊，在物聯(lián)網(wǎng)市場剛剛開始階段，大多是基于自主技術(shù)的產(chǎn)學(xué)研合作與推廣，近年來，隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)安全應(yīng)用的需求與日俱增，我們也能明顯感覺到國家對數(shù)據(jù)安全要求的不斷提升，疫情之后，工控企業(yè)對于數(shù)據(jù)安全的認知正在大大改善，企業(yè)負責(zé)人意識到了工控數(shù)據(jù)的重要性，工控網(wǎng)絡(luò)從之前的網(wǎng)絡(luò)安全防護正在進入數(shù)據(jù)安全防御的階段。網(wǎng)絡(luò)防護經(jīng)歷了多年發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)基本趨于成熟，隨著數(shù)字化應(yīng)用的推廣，數(shù)據(jù)安全的重要性正受到各行業(yè)應(yīng)用的重視，我們預(yù)測3-5年內(nèi)，各行業(yè)的數(shù)據(jù)安全需求，尤其是工控物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)安全防護需求將會大幅度提升。

記者：近年來智能制造、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的快速發(fā)展給物聯(lián)網(wǎng)帶來了新的機遇，您認為此趨勢對于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品提出了哪些新需求？訊石科技未來在產(chǎn)品和應(yīng)用創(chuàng)新方面有何規(guī)劃？

牛毅：訊石科技立足物聯(lián)網(wǎng)安全方向，從這個方向來講，目前數(shù)據(jù)正成為企業(yè)重要的數(shù)字資產(chǎn)，也是行業(yè)應(yīng)用發(fā)展的核心，安全產(chǎn)品要實現(xiàn)的是對實時動態(tài)數(shù)據(jù)的防護，而不是傳統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)據(jù)，實時動態(tài)數(shù)據(jù)防護最重要的就是要和業(yè)務(wù)應(yīng)用結(jié)合起來，安全不能成為應(yīng)用的絆腳石，不能增加安全導(dǎo)致應(yīng)用受到拖累，這樣的安全沒有意義。

工控應(yīng)用多年來都是封閉系統(tǒng)，現(xiàn)在要實現(xiàn)數(shù)字化，實現(xiàn)互聯(lián)互通，一方面要考慮安全改造后的應(yīng)用效率，另一方面還要考慮改造的難度，比如改造成本、維護的方便性等。因此，對于物聯(lián)網(wǎng)安全產(chǎn)品來講，采用適合物的安全技術(shù)來提升安全應(yīng)用效率，實現(xiàn)安全接入的方便性、易用性就非常重要。訊石科技針對智能制造和數(shù)字化轉(zhuǎn)型，正在實現(xiàn)基于輕量級安全技術(shù)的、免改造安全防護的系列終端和平臺產(chǎn)品，基于我們多年來的工控應(yīng)用研究和安全技術(shù)儲備為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供滿足工控應(yīng)用時效的安全產(chǎn)品和方案。

記者：您認為當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)最具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域有哪些？訊石科技對于在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的未來發(fā)展，將有哪些戰(zhàn)略布局？

牛毅：從工控應(yīng)用的角度來講，目前物聯(lián)網(wǎng)最具潛力的領(lǐng)域有能源生產(chǎn)、智能制造領(lǐng)域，這兩個領(lǐng)域也是目前物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用最有場景的領(lǐng)域。訊石科技主要針對物聯(lián)網(wǎng)安全方向，對于這個領(lǐng)域，我們認為未來將會在無人系統(tǒng)或裝備領(lǐng)域產(chǎn)生大量需求，因此，我們在無人系統(tǒng)指令加固、低時延驗證、信源加密等方面做了大量的技術(shù)儲備工作，目前，我們正在研究國產(chǎn)算法的自組網(wǎng)安全協(xié)議以及低軌衛(wèi)星安全交互應(yīng)用，同時也對后量子密碼算法進行相關(guān)研究。

記者：針對訊石科技在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)所從事領(lǐng)域，從技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展角度您認為具有怎樣的趨勢？

牛毅：訊石科技從事物聯(lián)網(wǎng)安全領(lǐng)域，目前，絕大多數(shù)的安全和應(yīng)用都是分離的，安全做安全的事情，應(yīng)用完成應(yīng)用的事情，但往往是兩者結(jié)合之后就會造成應(yīng)用的時效降低；隨著無人技術(shù)的推廣和應(yīng)用，今后發(fā)展的趨勢一定是安全和應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)合，安全必將成為系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，要為應(yīng)用建立主動防御，或者換句話來說，無論應(yīng)用系統(tǒng)是否遭遇安全攻擊，應(yīng)用都會實施主動性防御，而不是被動挨打。所以，從技術(shù)上來講，應(yīng)用技術(shù)必須和安全技術(shù)結(jié)合起來，總體設(shè)計規(guī)劃，安全和應(yīng)用將不再是兩個技術(shù)領(lǐng)域，而是融為一體。

摘自《自動化博覽》2023年6月刊