核电厂仪控系统网络安全防护策略研究及应用

贺腾飞

核电厂作为重要的能源供应设施，其仪控系统安全防护至关重要。随着信息技术的不断发展和网络化程度的提升，核电厂仪控系统面临着越来越复杂的安全挑战和威胁。一旦仪控系统受到攻击或遭遇故障，可能对核电厂的安全运行和人员生命财产造成严重影响。因此，研究核电厂仪控系统安全防护策略具有重要的现实意义和深远的战略意义。通过深入研究核电厂仪控系统的安全问题，探讨安全防护策略的制定和应用，能够提高核电厂仪控系统的安全性和稳定性，降低安全风险，保障核电厂的正常运行。这不仅关乎核电工业的发展和现代化建设，也关乎国家的能源安全和国民生活的稳定。

一、核电行业仪表控制系统信息安全的威胁

（一）硬件和软件方面的安全隐患

核电厂仪表控制系统信息安全受到硬件和软件方面的威胁。硬件方面可能存在不安全设备使用风险，如未认证的传感器或控制器，易受供应链攻击。软件方面存在漏洞和不安全代码风险，可能遭受恶意软件或病毒攻击，导致系统故障或数据泄露。此外，必须关注软件更新、权限管理和未经授权访问问题，以免系统受到内部或外部攻击威胁。

（二）网络安全风险

核电厂仪表控制系统存在网络安全风险。现代化的网络连接方式使得仪控系统与外部网络相连，为潜在的攻击者提供了入侵机会。黑客可能利用网络漏洞或弱密码入侵系统，并进行恶意操作，例如改变设备参数、干扰控制信号等，严重影响核电厂的安全运营。此外，针对网络协议的攻击如DDoS或中间人攻击（Man-in-the-Middle），也需要引起警觉，以避免通信中断、数据窃取或篡改等后果。

（三）社会工程学攻击

社会工程学攻击也是仪表控制系统面临的威胁之一。攻击者可能通过钓鱼邮件、冒充员工或供应商等手段，获取访问仪表控制系统的权限，并进行未经授权的操作。这种攻击方式可能会导致仪表控制系统的数据泄露、设备损坏或恶意篡改。

二、核电厂仪控系统安全防护策略

（一）软件修改防护

软件修改防护是核电厂仪控系统安全的重要策略之一。为确保系统的安全性和可靠性，核电厂需要建立严格的软件管理机制。这包括标准化管理软件程序、限制软件修改权限，并建立软件变更记录等措施。此外，可使用技术手段如数字签名技术进行软件验证、加密技术保护存储和传输安全，以及定期漏洞扫描维护软件的安全性。还需实施强有力的访问控制措施，仅授权人员可进行软件修改和更新操作，并建立定期审计机制，监控并应对异常行为，确保核电厂仪控系统的安全。（如图1所示）

图1  核电仪控系统信息安全防护体系

（二）优化通信网络

优化通信网络是核电厂仪控系统安全防护的重要策略之一。合理规划网络架构、加强数据加密和认证机制，以及定期更新维护设备与软件是关键措施。建立安全的网络结构、强化访问控制和监控机制可减少攻击面，加强数据保护。使用强加密算法保障传输数据安全，建立身份认证机制限制非授权用户访问。定期检查更新设备软件补丁、建立异常检测机制以确保网络稳定运行。

（三）黑白名单技术对比

黑白名单技术是一种用于过滤访问权限的方法，可以提高仪控系统的安全性。白名单技术则允许信任设备访问，限制系统与之交互，降低被攻击风险。黑白名单技术相比较而言，黑名单技术更适合防御未知的安全威胁，因为可以根据已知的安全威胁列表进行禁止访问的操作。然而，黑名单技术存在的一个问题是漏洞的零时性，即对于新的安全威胁或恶意软件，系统可能无法及时发现并添加至黑名单中。白名单技术则更注重信任设备和程序的访问，只有经过授权的设备和程序才能够与系统进行通信和交互，从而极大地降低了潜在的被攻击风险。然而，白名单技术需要管理员不断更新信任列表，确保系统能够与新的设备和程序进行正确的通信。

（四）TTCAN协议防护技术

TTCAN协议防护技术是核电厂仪控系统安全的重要策略之一。TTCAN（Time-Triggered Controller Area Network）是一种基于时间触发的控制器局域网络协议，常用于实时控制系统中，包括核电厂仪控系统。采用TTCAN协议防护技术可以有效保障核电厂仪控系统的通信安全和稳定性。通过建立严格的通信规则和安全策略，确保TTCAN通信数据的完整性和保密性。加强网络数据的加密和认证机制，采用加密算法保障数据传输安全，并建立有效的身份认证机制。定期检查和维护设备固件和软件，及时修复漏洞，确保系统的安全性和可靠性。同时，建立网络运行状态监测机制，实时发现并解决异常情况，保障TTCAN通信的稳定性。

（五）安全培训与意识培养

安全培训与意识培养是防范信息安全威胁的重要环节。通过培训活动，提高员工对安全风险的认知水平，加强安全意识，培养正确的安全行为习惯。培训内容包括安全知识和技能，帮助员工掌握安全工作方法，提高应对安全事件的能力。意识培养通过案例分析、模拟演练等形式，引导员工认识到安全对于核电厂运营的重要性，并激发他们主动关注安全风险、自觉遵守安全规定的主动性。同时，建立安全文化，倡导“安全第一”的理念，使安全意识融入每个工作环节中，确保安全工作成为全员共同的责任和习惯。根据岗位需求制定培训计划和内容，提升员工的专业素养和安全意识，增强核电厂仪控系统的安全防护水平。

三、核电厂仪控系统安全防护具体实施措施

白名单防护策略的实施一般分为以下步骤。

（一）规划与计划

在规划和计划阶段，需要对涉及的业务、区域和主机进行详细的排查和定义，明确选择适用的白名单技术和网络规划，并且充分考虑系统的整体安全和可用性。在白名单防护策略的实施过程中，需要明确核电厂仪控系统中涉及的具体业务功能、区域范围以及相关主机设备。针对每个主机设备，需要详细确定所采用的白名单技术。这可能涉及操作系统级别的白名单控制、应用程序级别的白名单管理以及设备间通信的白名单规划，并根据具体的技术特点和业务需求进行合理地选择。在制定白名单计划时，也需要考虑网络层面的白名单管理，包括对网络通信的控制、流量过滤、端口访问等方面的规划，确保网络通信符合设定的白名单策略。在进行规划和计划时，需要充分考虑业务需求、安全风险和系统可用性之间的平衡。白名单安全策略的实施不应影响核电厂仪控系统的正常运行，因此规划阶段需要进行充分的综合考虑和权衡。

（二）设计选型

根据之前的规划和计划，结合核电厂仪控系统的特点和需求，设计合理的网络白名单方案。这包括确定哪些网络通信应被允许，哪些应被阻止，如何管理和更新白名单列表等内容。对于核电厂仪控系统中的各个主机设备，需要设计相应的主机白名单方案。在设计白名单方案时，需要全面考虑核电厂仪控系统的业务流程和网络拓扑结构。根据实际的业务需求和网络架构，设计相应的白名单策略，保证白名单部署能够有效地支持核电厂的正常运行。在设计阶段需要评估市场上的不同白名单产品，并选择符合核电厂需求的合适产品。考虑产品的功能完备性、易用性、稳定性以及服务支持等因素，在设计选型阶段做出合理的选择。

（三）验证原型

在设计完成之后，根据设计方案制定白名单防护的原型。将设计好的白名单防护原型移至核实验室中进行验证。在受控的测试环境中，进行一系列测试，包括模拟攻击、访问控制、白名单策略实施等，以验证白名单产品的功能是否齐全，以及确保防护措施的有效性。检查白名单产品是否能够准确识别并允许合法流量通过，同时阻止非法或恶意访问。根据验证实验的结果和反馈，对白名单防护策略的原型进行必要的调整和改进。不断优化策略，直到确保白名单防护方案能够满足核电厂仪控系统的安全需求。

（四）实施

在验证通过后，通过白名单的程序进入实施阶段之前，就必须确保主机没有感染恶意软件。白名单产品通常需要经过学习阶段才能生效，这个过程被称为白名单过程。白名单过程非常关键，因为如果将恶意软件错误地添加到白名单中，那么白名单方案就无法保证主机的安全性。特别是对于工业控制行为，白名单策略需要长期地研究和细致地考量。实施阶段通常分为两个步骤。①学习阶段，在这个阶段内，系统会收集当前的网络流量、过程和计算环境的信息，并将其列入白名单。在这个阶段，白名单不会强制拦截任何内容，而只会生成警报并等待管理员的确认。②白名单正式生效阶段，此时白名单会开始拦截不符合白名单要求的工业控制程序、消息和操作，以确保系统运行的安全性。

（五）维护

实施白名单后，需要定期维护。维护内容主要包括：检查相关日志和产品告警信息，以验证系统是否正常运行，在安装或更新软件时需要进行白名单更新。

四、结语

本文通过对核电厂仪控系统安全防护策略的研究和应用，总结出了几项有效的措施，包括优化通信网络、TTCAN协议防护技术以及安全培训与意识培养。这些策略在实践中得到了验证，能够有效提升核电厂仪控系统的安全性和可靠性。然而，由于信息安全领域的不断发展和技术的进步，仍然需要不断研究和改进安全防护策略，以适应新形势下的安全威胁。只有保持高度警惕并不断加强核电厂仪控系统的安全防护，才能确保核电厂的安全稳定运行。

（作者单位：华能山东石岛湾核电有限公司）