构建多层次工业互联网安全保障体系的思考

◎方滨兴 院士

理解工业泛在网

工业互联网，首先应该叫工业泛在网，但是说工业泛在网很多人会接受不了，因为工业互联网已经是被传播很广的概念。我们一说互联网肯定想的是IP化，工业网不一定是IP化的，到末端控制肯定还不是IP的，无非是“互联网+”的概念，将工业和互联网融合在一起。

构造工业互联网有三个要素：控制、通信、计算。控制是根本，我们对它做互联化的时候，需要把信息进行传递，传递靠的是通信，所以通信是它的支撑。通信的目的是要拿出来计算，来决定怎么控制更好，我们最后追求的是智能控制，工业控制角度来说是要实现智能制造，这要靠计算。这是它的三要素，控制、通信、计算是最基本的逻辑。它还需要传感网从控制端把信息采出来，然后通过通信传出去，再传给计算平台。这时候才是真正的工业互联网，工业互联网下面还有一个互联网，叫工业计算机网。

工业传感网和工业互联网是子集关系，围绕着从控制网往外走，从控制辐射到通信就是传感，从控制辐射到计算就是物联。为了把这个事情说清楚，当我做数据采集时关注的是传感网的建设，当我计算完了之后做反馈、控制时我关注的是物联网。这是我讲的“3+3模型”，讨论的前提。

计算机侧重于信息处理，需要构建大规模信息处理平台（云计算平台），因为柔性制造、智能制造都需要很复杂的计算，需要有云来解决问题。还要基于广域网，远程互联网控制体系，实现远程管理。因为强调远程所以才强调IP化，IP化解决远程是最容易，这样就能建立面向工业大数据的存储、集成、访问、分析、管理的开发环境，最终形成智能控制体系，支撑智能制造。

工业互联网侧重的是厂内网络传输，进厂就不再IP化了，它要解决的是传输、标识与控制。通过工业网关，短距离无线通信、低功耗广域网和OPC UA等互联互通技术，将信息化通信技术与行业特征有效结合，反馈到控制端的控制行为。

工业传感网是工业物联网的一部分，它是个子集。它侧重于信息收集，主要是构成精准高效、实时的传输体系，实现末端智能感知，包括各种类型的传感器、RFID、摄像头以及中短距离的传感器与无线传感网络等，实现现场的数据采集。

任何东西的发展都是循序渐进的过程，不是从局部到整体的发展，而是从模糊到清晰的发展过程。很早就有了传感网，那时候传感网的概念比现在还大，那时候互联网又是另一个概念，但这个技术到现在才拎清了，每个概念就这样走过来了，包括从工业里辅助、支撑、变革，都有一个过程。但这个过程并不是说以前先做了这款，现在完成了那款，并不完全是这样。以前做这款有了这个技术，现在这个技术清晰化了，我要扮演确切的角色，而不是完整的角色。

这样我们形成了智能制造的愿景。智能制造首先要有工业互联网，也就是工业泛在网，因为它包含了计算机网、物联网和传感网，还要加上材料、设计、工艺等等。一是信息化，二是工业化，电子技术和机械技术加在一起，才能构成这样的智能制造的解析，具体可以涉及到传感机器、智能机器、分析、计算、互联、工业App等等。

工业互联网面临多层面的威胁

威胁可以表现为多个层面，底层是工业传感网，信息要抓出来，这里面有它的问题，因为它是特别底层，里面有核心设备，最底层的核心设备都是别人的，核心技术自主可控的程度很低，受制于人，别人的设备我们可能会有些风险；到了物联网这一层，我们首先有控制层，一样比较核心的东西在别人手里；还有管理层，管理层有管理层的问题；还要有再上层计算机网络层，有企业层和决策层，把这五个层对应五个问题简单这样表达一下。

工业终端控制层面，从闭环走向开环，我们才能解决工业互联问题，从闭环走向开环就会有开放带来的问题，过去我们是在真空罐里，里面没有外来的威胁，只有人为的破坏，只要把人为破坏控制住就可以了。突然把它打开了，离开真空，走向大气，问题也就来了。我经常演示进入别人的工控系统里，比如西门子系统、电力控制系统，很多原因是他们的口令很简单。这些搞控制的人过去都是习惯于封闭，觉得安全是由警卫保证的、探头保证的、门禁保证的，都是一种物理空间的局域保障。没有想到网络控制，别人确实很容易就进去了，这是开放带来的问题。

说到工控的安全，我知道一个颠覆不破的真理，只要软件是代码做成的，代码是可替换的，你就会有被攻击的机会。柔性的一定是代码方式，哪怕你是FPGA也是可擦除的FPGA。早的震网是从WinCC进去的，一直走到它的PLC。2015年“黑色能量”直接攻击到电力部门，它有个Killdisk的释放，对它进行了删除。2016年“工业破坏者”可以对负载进行攻击，包括探测器都内置在里面。2017年，工业“勒索病毒”，也是直接控制它的控制器进行勒索，你不给我钱电源就会断掉，所有这些最后都是因为你背后还是代码制，除非你这块完全不是代码，不可改动。什么情况完全不是代码？我们搞可信计算，可信根不是代码，不可改动。一旦可改的话，你无法保证它不会被别人改动。

后门的问题，大家都以为是一些穿梭式的，这是一个现实，一个军工企业在广州采购的设备运到兰州使用，用不了。为什么用不了呢？人家可以监控你的地理坐标，发现地理坐标改了就禁止你使用，你不知道有这个功能，没有人告诉你有这个功能。我们说什么叫后门？没有通知你有这种功能，还能控制你。如果是漏洞的话他也不知道，如果授权的话，这就是前门，你不能这么做，我这里专门有这么一个系统，你要这么做就有什么问题。比如Windows历史上给人做完黑屏之后就告诉大家，只要你不是正版我就可以黑屏。当他把这个话说出来的时候就不是后门了，就是事先告诉你。可是有些事儿他不告诉你，悄悄放一个，他可能还悄悄把你东西拖走。我认为他还比较仁慈，就限制而已，如果不仁慈的话，你用吧，首先看能不能和我连通，只要能连通你就用吧，把你的参数我都带走，因为我知道你搞机密的，拿你机密更好，你用就用吧。这种事情都叫后门，后门谁制裁呢？只有靠法律制裁。

为什么我们老说民族产品，不是说民族产品就不做坏事，是他不敢做坏事，因为法律能制裁它。要是外国人试试，你能把我怎么着，顶多不让我做市场。所以，我们在关键部门要自主可控，要在法律框架下保证安全。我们经常说，管理解决不了的问题靠技术，技术解决不了的问题靠管理。这里面有这么多的核心设备和核心技术都在别人手里。

开放也是个问题，历史上说隔离，你现在要有工业云，就必须开放，开放的话，各种协议你若掌握不全，人们利用他所熟悉的协议可以渗透进来做各种攻击，这种风险变得非常重要。我们说工业大数据来了，你搞智能制造，搞柔性制造，都是需要这些基础。大数据也有大数据的安全问题，当然，隐私是个比较主要的事情。还有比较关键的，我给你一些错误数据，尤其当我们想用智能的时候。人工智能安全里的算法很容易被攻击，他把数据一定假设成是精确的，不精确就有问题。

举个例子，大家都知道AlphaGo下棋非常牛，谁都下不过它。但从安全视角来说，AlphaGo有个被攻击的地方，AlphaGo是没有手的，下棋的时候它出个棋谱，有人替他下，它说我走这儿，这个人把子放在那儿，有一只人的手替它做。这里出现一个什么问题，当他决定把子下到比如H9点，这个人脑袋晕了，把子下到H8点，然后AlphaGo可以一输到底。为什么？他一直以为你在H9点，就按着H9点往下走，可是那个人看的是H8点。

这说明什么问题，一个数据输入的错误可以让它崩溃掉。大数据也一样，当你高度依赖大数据，而且工业大数据不一定是大数据，但依赖是要精准的，不能够是模糊的、概念的。真正大数据可以模糊概念，比如医疗大数据可以模糊概念，我改你的数据会给你带来问题。现在我们需要新的思路来应对信息安全问题，来应对它的融合问题，他们按照这个思路走就可以走得非常好，我们需要有实验、经验、评估攻防演练拟合的平台，才能够去发现什么是可被攻击的点，什么是风险点。

构建工业互联网安全保障体系

构建工业互联网安全综合保障体系，我们的认识应该从自主可控开始，这是本质安全，还有安全实验平台，深度防护体系和公共服务体系。本质保障就是我们从各个层面都要自主可控，各个层面都要解决自己的问题，包括工业控制系统自动化的实施，工业核心产品设备产业化，工控核心技术的创新研究。

物联网安全核心在控制安全，控制、通信和计算这个三角形历史上早就有，历史上没有从计算到控制这个边，都是控制转给通信，通信转给计算，计算算完结束。过去没有远程控制，都是近场控制，事先定好的控制模型就地控制。现在柔性之后要远程控制，控制结果会给它带来不可逆的后果。当然，制造方面没有什么危险，我们说如果不是制造，是飞机的飞行控制，你告诉他，现在速度很低，你给我再加速，这个速度很低是哪儿来的呢？是采样来的速度。我说这个速度不够，应该再加速，加速完了再从计算结果回馈，但它采样数据对不对？采样数据错了怎么办？传感网出问题就决策出问题，给的访问控制就出问题，访问控制出问题就是灾难。

我们需要有个感知，把仿真的速度和采集结果做个比较，如果差异很大，就要人为控制，肯定是哪儿出了问题，这是我们感知要解决的问题。任何攻击过来，给它一个异常的东西，我得知道什么叫异常，发命令永远是对的，但这个时候该不该发这个命令，我事先该有个预判，这个命令有没有异常。比如现在我做了一个被黑网页发现系统，我现在知道很多网页被黑，他自己不知道我知道。这个道理很简单，我就搜原来网页的框架，比如新浪原来网页的框架，别看它内容老改，框架不改，每次比较这个框架变没变，框架变了我就假定被黑了，这就相当于一种态势感知，我先知道你应该是什么，正常是什么。当然，还有漏洞和管制都是要做的。

关于安全模型，安全从哪儿下手？首先是计算，计算的本质是云和大数据，所以，要解决的是云安全和大数据安全，也就是要有云端可信，大数据协同安全。然后是通讯，通讯其实就是保证可靠传输，你要有多条传输通道，有多种传输方式，如果信息很重要的话，不能是单一方式，因为容灾的前提是异构。控制，就是漏洞发现和审计，本质安全也要解决不会有人为的后门，当这个东西是人为设计的就叫后门，如果设计者都不知道还有这个东西，它就叫漏洞。所以，很多后门都被冒充为漏洞，因为它不想担责任，有人发现他就说我不知道，我打补丁。

所以，构建工业互联网安全综合保障体系最核心的还是要本质安全，实现自主可控。