核電廠儀控系統網絡安全防護策略研究及應用

賀騰飛

核電廠作為重要的能源供應設施，其儀控系統安全防護至關重要。隨著信息技術的不斷發展和網絡化程度的提升，核電廠儀控系統面臨著越來越復雜的安全挑戰和威脅。一旦儀控系統受到攻擊或遭遇故障，可能對核電廠的安全運行和人員生命財產造成嚴重影響。因此，研究核電廠儀控系統安全防護策略具有重要的現實意義和深遠的戰略意義。通過深入研究核電廠儀控系統的安全問題，探討安全防護策略的制定和應用，能夠提高核電廠儀控系統的安全性和穩定性，降低安全風險，保障核電廠的正常運行。這不僅關乎核電工業的發展和現代化建設，也關乎國家的能源安全和國民生活的穩定。

一、核電行業儀表控制系統信息安全的威脅

（一）硬件和軟件方面的安全隱患

核電廠儀表控制系統信息安全受到硬件和軟件方面的威脅。硬件方面可能存在不安全設備使用風險，如未認證的傳感器或控制器，易受供應鏈攻擊。軟件方面存在漏洞和不安全代碼風險，可能遭受惡意軟件或病毒攻擊，導致系統故障或數據泄露。此外，必須關注軟件更新、權限管理和未經授權訪問問題，以免系統受到內部或外部攻擊威脅。

（二）網絡安全風險

核電廠儀表控制系統存在網絡安全風險。現代化的網絡連接方式使得儀控系統與外部網絡相連，為潛在的攻擊者提供了入侵機會。黑客可能利用網絡漏洞或弱密碼入侵系統，并進行惡意操作，例如改變設備參數、干擾控制信號等，嚴重影響核電廠的安全運營。此外，針對網絡協議的攻擊如DDoS或中間人攻擊（Man-in-the-Middle），也需要引起警覺，以避免通信中斷、數據竊取或篡改等后果。

（三）社會工程學攻擊

社會工程學攻擊也是儀表控制系統面臨的威脅之一。攻擊者可能通過釣魚郵件、冒充員工或供應商等手段，獲取訪問儀表控制系統的權限，并進行未經授權的操作。這種攻擊方式可能會導致儀表控制系統的數據泄露、設備損壞或惡意篡改。

二、核電廠儀控系統安全防護策略

（一）軟件修改防護

軟件修改防護是核電廠儀控系統安全的重要策略之一。為確保系統的安全性和可靠性，核電廠需要建立嚴格的軟件管理機制。這包括標準化管理軟件程序、限制軟件修改權限，并建立軟件變更記錄等措施。此外，可使用技術手段如數字簽名技術進行軟件驗證、加密技術保護存儲和傳輸安全，以及定期漏洞掃描維護軟件的安全性。還需實施強有力的訪問控制措施，僅授權人員可進行軟件修改和更新操作，并建立定期審計機制，監控并應對異常行為，確保核電廠儀控系統的安全。（如圖1所示）

圖1??核電儀控系統信息安全防護體系

（二）優化通信網絡

優化通信網絡是核電廠儀控系統安全防護的重要策略之一。合理規劃網絡架構、加強數據加密和認證機制，以及定期更新維護設備與軟件是關鍵措施。建立安全的網絡結構、強化訪問控制和監控機制可減少攻擊面，加強數據保護。使用強加密算法保障傳輸數據安全，建立身份認證機制限制非授權用戶訪問。定期檢查更新設備軟件補丁、建立異常檢測機制以確保網絡穩定運行。

（三）黑白名單技術對比

黑白名單技術是一種用于過濾訪問權限的方法，可以提高儀控系統的安全性。白名單技術則允許信任設備訪問，限制系統與之交互，降低被攻擊風險。黑白名單技術相比較而言，黑名單技術更適合防御未知的安全威脅，因為可以根據已知的安全威脅列表進行禁止訪問的操作。然而，黑名單技術存在的一個問題是漏洞的零時性，即對于新的安全威脅或惡意軟件，系統可能無法及時發現并添加至黑名單中。白名單技術則更注重信任設備和程序的訪問，只有經過授權的設備和程序才能夠與系統進行通信和交互，從而極大地降低了潛在的被攻擊風險。然而，白名單技術需要管理員不斷更新信任列表，確保系統能夠與新的設備和程序進行正確的通信。

（四）TTCAN協議防護技術

TTCAN協議防護技術是核電廠儀控系統安全的重要策略之一。TTCAN（Time-Triggered?Controller?Area?Network）是一種基于時間觸發的控制器局域網絡協議，常用于實時控制系統中，包括核電廠儀控系統。采用TTCAN協議防護技術可以有效保障核電廠儀控系統的通信安全和穩定性。通過建立嚴格的通信規則和安全策略，確保TTCAN通信數據的完整性和保密性。加強網絡數據的加密和認證機制，采用加密算法保障數據傳輸安全，并建立有效的身份認證機制。定期檢查和維護設備固件和軟件，及時修復漏洞，確保系統的安全性和可靠性。同時，建立網絡運行狀態監測機制，實時發現并解決異常情況，保障TTCAN通信的穩定性。

（五）安全培訓與意識培養

安全培訓與意識培養是防范信息安全威脅的重要環節。通過培訓活動，提高員工對安全風險的認知水平，加強安全意識，培養正確的安全行為習慣。培訓內容包括安全知識和技能，幫助員工掌握安全工作方法，提高應對安全事件的能力。意識培養通過案例分析、模擬演練等形式，引導員工認識到安全對于核電廠運營的重要性，并激發他們主動關注安全風險、自覺遵守安全規定的主動性。同時，建立安全文化，倡導“安全第一”的理念，使安全意識融入每個工作環節中，確保安全工作成為全員共同的責任和習慣。根據崗位需求制定培訓計劃和內容，提升員工的專業素養和安全意識，增強核電廠儀控系統的安全防護水平。

三、核電廠儀控系統安全防護具體實施措施

白名單防護策略的實施一般分為以下步驟。

（一）規劃與計劃

在規劃和計劃階段，需要對涉及的業務、區域和主機進行詳細的排查和定義，明確選擇適用的白名單技術和網絡規劃，并且充分考慮系統的整體安全和可用性。在白名單防護策略的實施過程中，需要明確核電廠儀控系統中涉及的具體業務功能、區域范圍以及相關主機設備。針對每個主機設備，需要詳細確定所采用的白名單技術。這可能涉及操作系統級別的白名單控制、應用程序級別的白名單管理以及設備間通信的白名單規劃，并根據具體的技術特點和業務需求進行合理地選擇。在制定白名單計劃時，也需要考慮網絡層面的白名單管理，包括對網絡通信的控制、流量過濾、端口訪問等方面的規劃，確保網絡通信符合設定的白名單策略。在進行規劃和計劃時，需要充分考慮業務需求、安全風險和系統可用性之間的平衡。白名單安全策略的實施不應影響核電廠儀控系統的正常運行，因此規劃階段需要進行充分的綜合考慮和權衡。

（二）設計選型

根據之前的規劃和計劃，結合核電廠儀控系統的特點和需求，設計合理的網絡白名單方案。這包括確定哪些網絡通信應被允許，哪些應被阻止，如何管理和更新白名單列表等內容。對于核電廠儀控系統中的各個主機設備，需要設計相應的主機白名單方案。在設計白名單方案時，需要全面考慮核電廠儀控系統的業務流程和網絡拓撲結構。根據實際的業務需求和網絡架構，設計相應的白名單策略，保證白名單部署能夠有效地支持核電廠的正常運行。在設計階段需要評估市場上的不同白名單產品，并選擇符合核電廠需求的合適產品。考慮產品的功能完備性、易用性、穩定性以及服務支持等因素，在設計選型階段做出合理的選擇。

（三）驗證原型

在設計完成之后，根據設計方案制定白名單防護的原型。將設計好的白名單防護原型移至核實驗室中進行驗證。在受控的測試環境中，進行一系列測試，包括模擬攻擊、訪問控制、白名單策略實施等，以驗證白名單產品的功能是否齊全，以及確保防護措施的有效性。檢查白名單產品是否能夠準確識別并允許合法流量通過，同時阻止非法或惡意訪問。根據驗證實驗的結果和反饋，對白名單防護策略的原型進行必要的調整和改進。不斷優化策略，直到確保白名單防護方案能夠滿足核電廠儀控系統的安全需求。

（四）實施

在驗證通過后，通過白名單的程序進入實施階段之前，就必須確保主機沒有感染惡意軟件。白名單產品通常需要經過學習階段才能生效，這個過程被稱為白名單過程。白名單過程非常關鍵，因為如果將惡意軟件錯誤地添加到白名單中，那么白名單方案就無法保證主機的安全性。特別是對于工業控制行為，白名單策略需要長期地研究和細致地考量。實施階段通常分為兩個步驟。①學習階段，在這個階段內，系統會收集當前的網絡流量、過程和計算環境的信息，并將其列入白名單。在這個階段，白名單不會強制攔截任何內容，而只會生成警報并等待管理員的確認。②白名單正式生效階段，此時白名單會開始攔截不符合白名單要求的工業控制程序、消息和操作，以確保系統運行的安全性。

（五）維護

實施白名單后，需要定期維護。維護內容主要包括：檢查相關日志和產品告警信息，以驗證系統是否正常運行，在安裝或更新軟件時需要進行白名單更新。

四、結語

本文通過對核電廠儀控系統安全防護策略的研究和應用，總結出了幾項有效的措施，包括優化通信網絡、TTCAN協議防護技術以及安全培訓與意識培養。這些策略在實踐中得到了驗證，能夠有效提升核電廠儀控系統的安全性和可靠性。然而，由于信息安全領域的不斷發展和技術的進步，仍然需要不斷研究和改進安全防護策略，以適應新形勢下的安全威脅。只有保持高度警惕并不斷加強核電廠儀控系統的安全防護，才能確保核電廠的安全穩定運行。

（作者單位：華能山東石島灣核電有限公司）