工业互联网建设中的网络安全体系

工业互联网建设中的网络安全体系工业互联网作为新一代信息技术与制造业深度融合的关键基础设施，是支撑制造业数字化、网络化、智能化转型的核心载体，其网络安全直接关系到工业生产稳定、产业链供应链安全乃至国家经济安全。随着我国工业互联网建设进入规模化推广阶段，网络安全风险持续向工业生产核心领域渗透，构建与工业互联网发展水平相适应的网络安全体系，已成为当前工业数字化转型必须筑牢的底线工程。一、工业互联网网络安全体系的建设背景与核心定位（一）建设背景据工信部2024年公开数据，2023年我国工业互联网核心产业规模超过1.35万亿元，同比增长11.8%，已覆盖制造业全部大类行业，重点工业互联网平台连接设备总量超过9000万台（套），工业互联网应用已从研发设计、生产制造向供应链协同、远程运维等全产业链延伸。伴随工业互联网的快速发展，网络安全边界持续扩展，传统工业系统的封闭性被打破，原本隐藏在物理隔离背后的安全风险逐步暴露。国家工业信息安全发展研究中心《2023年工业信息安全态势报告》显示，2023年全球新增工业控制领域漏洞2957个，其中高危漏洞占比42.3%，漏洞数量连续5年保持20%以上的增速；针对我国工业互联网平台的攻击事件超18.7万起，同比增长15.2%，其中勒索攻击占工业企业网络攻击总量的27.4%，平均单次攻击造成的直接经济损失超100万元，部分企业因勒索攻击导致生产中断长达数周。与此同时，工业数据泄露事件数量同比增长23.7%，内部权限滥用、外部攻击、供应链风险等多类隐患交织，对工业生产安全和企业核心利益构成严重威胁。政策层面，《网络安全法》《数据安全法》《个人信息保护法》等法律法规相继落地，网络安全等级保护2.0标准、工业互联网安全系列标准逐步完善，对工业互联网安全建设提出了明确的合规要求。在此背景下，仅靠单一的边界防护、终端防护已无法应对复杂的安全形势，必须构建覆盖全层级、全流程、全要素的网络安全体系，才能为工业互联网高质量发展提供坚实保障。（二）核心定位工业互联网网络安全体系是工业互联网的重要组成部分，与工业互联网业务系统同步规划、同步建设、同步运行，是保障工业生产连续性、数据安全性、业务可靠性的核心支撑。其核心定位体现在三个层面：一是底线保障，即防范各类网络安全攻击对工业生产核心系统的破坏，避免因安全事件导致生产中断、设备损坏、人员伤亡等重大事故；二是合规支撑，即满足国家网络安全、数据安全相关法律法规和标准要求，避免合规风险；三是价值赋能，即通过完善的安全能力提升企业数字化转型的信任基础，支撑跨企业、跨区域的业务协同和数据共享，为工业互联网创新应用保驾护航。二、工业互联网网络安全体系的总体架构工业互联网网络安全体系遵循“分层防护、纵深防御、协同联动、持续优化”的原则，构建“技术+管理+运营”三位一体的完整框架，覆盖工业互联网设备层、控制层、网络层、平台层、应用层全层级，贯穿工业生产全业务流程。（一）分层递进的技术防护体系按照工业互联网的层级架构，从底层设备到上层应用逐级部署安全防护措施，形成“端侧防护-边界隔离-平台管控-应用赋能-数据兜底”的纵深防御链条，同时将数据安全、身份安全、密码应用贯穿各层级，实现全要素安全覆盖。（二）全生命周期的安全管理体系从组织、制度、人员、合规等维度建立安全管理机制，覆盖工业互联网规划、建设、运维、废弃全生命周期，明确各岗位安全职责，规范安全操作流程，确保技术防护体系有效落地。（三）动态协同的安全运营体系以态势感知为核心，整合监测、预警、响应、处置、恢复全流程能力，建立“监测-分析-处置-优化”的闭环运营机制，实现安全风险的早发现、早预警、早处置。三、工业互联网网络安全体系的核心建设内容（一）分层技术防护体系建设1.设备层安全防护设备层是工业互联网的感知终端，包括PLC、RTU、工业机器人、传感器、工业主机、智能仪表等各类现场设备，是网络安全攻击的首要入口。当前工业设备普遍存在计算资源有限、无法安装传统安全软件、固件漏洞多、弱口令问题突出等短板，2023年监测发现的新增工业控制领域漏洞中，设备侧漏洞占比达67.2%，其中嵌入式固件漏洞占设备漏洞总量的58.7%，高危漏洞占比超45%。设备层安全建设的核心是实现终端资产的可管可控，具体措施包括：一是开展全量资产测绘，采用主动扫描+被动流量分析相结合的方式，对工业现场所有终端资产进行识别和梳理，建立包含资产类型、固件版本、部署位置、责任人、安全状态等信息的动态资产台账，解决工业企业普遍存在的“资产不清、底数不明”问题；二是实施终端安全加固，针对工业主机采用白名单机制，仅允许合法的工业软件和进程运行，禁止无关软件安装和运行，针对PLC、RTU等嵌入式设备，关闭不必要的端口和服务，修改默认口令，采用强身份认证机制，定期开展固件安全检测，及时修复已知漏洞，对于无法打补丁的老旧设备，采用虚拟补丁、边界隔离等方式进行防护；三是强化设备准入管控，建立工业终端入网审批机制，新设备入网前必须经过安全检测，符合安全要求方可接入网络，通过端口绑定、MAC地址认证、802.1X认证等方式防止非法设备接入工业网络。2.控制层安全防护控制层是工业生产的核心，包括SCADA系统、DCS系统、PLC控制系统、组态软件等，直接负责工业生产过程的监控和控制，一旦遭到攻击将直接导致生产中断、设备损坏等严重后果。传统工业控制系统采用封闭架构设计，缺乏身份认证、数据加密等安全机制，Modbus、S7、Profinet等主流工业协议普遍采用明文传输，无身份校验和完整性校验，攻击者可轻易篡改控制指令。控制层安全建设的核心是保障生产控制的可靠性和指令的合法性，具体措施包括：一是构建控制网“白环境”，基于工业防火墙、工业网闸等设备对控制网与上层管理网、外部网络进行严格隔离，只允许符合工业协议规范的合法流量通过，禁止所有非授权的访问和操作；二是部署工业协议深度检测（DPI）能力，支持对主流工业协议的字段级解析和指令级审计，能够识别非法的PLC写操作、固件更新、参数修改等高危指令，及时阻断恶意控制行为，同时对所有控制操作进行日志记录，实现操作行为可追溯；三是强化控制操作权限管理，对组态软件、SCADA系统的操作账号进行最小权限划分，采用多因素认证方式，禁止共享账号，重要操作实行双人复核机制，防止误操作和越权操作；四是做好控制系统备份与恢复，定期对控制系统的配置、程序、组态文件进行离线备份，制定系统快速恢复预案，确保在遭遇攻击或故障时能够快速恢复生产。3.网络层安全防护网络层是工业互联网数据传输和交互的通道，包括工厂内部的工业以太网络、现场总线网络，以及连接企业与平台、上下游企业的外部网络。随着工业互联网的发展，工业网络从封闭走向开放，网络边界日益模糊，传统的边界防护模式难以应对复杂的攻击场景。2023年针对我国工业互联网平台的DDoS攻击峰值最高达1.2Tbps，单次攻击持续时间最长超过72小时，对工业业务的连续性造成严重冲击。网络层安全建设的核心是实现网络的分层隔离和传输安全，具体措施包括：一是实施网络分段隔离，按照生产工艺段、业务职能等维度对工业网络进行细粒度划分，采用VLAN、工业交换机ACL、虚拟专网等技术实现不同网段之间的隔离，防止攻击横向扩散，比如将汽车制造企业的冲压、焊接、涂装、总装等工艺段划分为独立的安全区域，区域之间的访问必须经过严格的审批和过滤；二是强化边界安全防护，在网络边界部署下一代防火墙、工业入侵检测/防御系统（IDS/IPS）、抗DDoS设备等安全设施，对出入网络的流量进行实时检测和过滤，阻断恶意攻击流量，对于需要远程接入的场景，采用工业VPN、零信任网关等方式进行安全接入，禁止直接将工业系统暴露在公网；三是保障传输安全，对于工业数据传输链路，采用加密技术保障数据的机密性和完整性，尤其是跨地域、跨企业的数据传输，优先采用专线或国密算法加密的VPN链路，防止数据在传输过程中被窃取或篡改；四是加强无线接入安全，对于工业现场的无线传感器、工业Wi-Fi、5G专网等无线接入场景，采用强加密、强认证机制，关闭不必要的无线功能，定期排查“影子”无线接入点，防止非法接入。4.平台层安全防护平台层是工业互联网的核心枢纽，包括工业PaaS平台、工业互联网平台、边缘计算平台等，承载着工业数据汇聚、分析、应用开发等核心功能，是网络攻击的重点目标。当前工业互联网平台普遍存在多租户隔离不到位、身份认证机制不完善、工业APP安全水平参差不齐等问题，2023年国家工业信息安全发展研究中心对全国1200余款工业APP的安全检测显示，存在高危漏洞的工业APP占比达31.2%，主要问题包括权限过度申请、数据明文传输、敏感信息泄露、远程代码执行漏洞等。平台层安全建设的核心是保障平台运行安全和租户数据安全，具体措施包括：一是强化平台基础安全，对平台的IaaS层、PaaS层进行安全加固，定期开展漏洞扫描和渗透测试，及时修复系统漏洞，部署主机安全、数据库安全、Web应用防火墙（WAF）等安全设施，防范SQL注入、XSS跨站脚本等常见Web攻击；二是完善多租户隔离机制，采用网络隔离、数据隔离、应用隔离相结合的方式，确保不同租户之间的业务系统和数据相互独立，防止租户越权访问其他租户的数据，对于敏感工业数据，采用数据加密、沙箱隔离等技术进一步提升隔离强度；三是建立统一身份与权限管理体系，部署统一身份管理（IAM）系统，实现平台所有用户、设备、应用的统一身份认证和授权，采用多因素认证、单点登录（SSO）等技术提升身份认证的安全性，基于最小权限原则对用户权限进行精细化管理，定期开展权限审计，清理冗余权限；四是强化工业APP全生命周期安全管理，建立工业APP上架安全检测机制，对上架的工业APP进行漏洞检测、恶意代码检测、合规性检测，不符合安全要求的不得上架，同时对APP的运行状态进行持续监测，发现异常行为及时处置；五是加强边缘计算节点安全，针对分布在工业现场的边缘网关、边缘服务器等节点，进行安全加固，部署边缘安全防护能力，实现边缘侧的流量监测、威胁检测、数据加密，防止边缘节点被攻击者控制作为入侵平台的跳板。5.应用层安全防护应用层是工业互联网服务工业生产的直接载体，包括生产管控、远程运维、供应链协同、设备管理等各类工业应用，直接面向企业生产经营的核心业务。随着工业互联网应用的不断深化，业务场景的复杂性不断提升，应用层的安全风险也日益凸显，其中远程运维、供应链协同等跨主体、跨网络的应用场景风险尤为突出，2023年我国工业企业遭遇的勒索攻击中，有34.6%是通过远程运维通道侵入的。应用层安全建设的核心是保障业务应用的安全可靠和业务流程的合规有序，具体措施包括：一是强化应用自身安全，在工业应用的开发阶段融入安全要求，开展安全设计、代码审计、安全测试，从源头减少应用漏洞，上线后定期开展安全评估和漏洞修复；二是强化远程运维安全，全面梳理远程运维通道，取消不必要的远程访问，对于确需保留的远程运维，采用零信任架构进行访问控制，实现“先认证后连接、最小权限访问、操作全程审计”，所有远程运维操作均进行录屏和日志记录，确保可追溯，禁止在运维过程中传输敏感生产数据；三是强化供应链协同安全，在与上下游企业开展数据共享、业务协同前，对合作方的安全能力进行评估，签订安全保密协议，明确数据安全责任，对共享的数据进行分类分级，采用脱敏、加密等技术进行保护，仅提供业务必要的最小数据集；四是强化业务安全监测，对工业应用的业务流程进行建模，建立业务正常运行的基线，通过异常行为检测发现业务流程中的异常操作，比如异常的生产计划调整、异常的设备参数修改等，及时防范业务风险。6.数据安全防护（贯穿各层）工业数据是工业互联网的核心生产要素，涵盖研发设计、生产制造、经营管理、运维服务等全生命周期数据，直接关系到企业的核心竞争力和产业链供应链安全。2023年监测数据显示，我国工业数据泄露事件数量同比增长23.7%，其中因内部权限滥用导致的泄露占比达41.5%，因外部攻击导致的泄露占比达38.2%。数据安全建设的核心是保障工业数据的机密性、完整性、可用性，覆盖数据全生命周期，具体措施包括：一是开展数据分类分级，按照《工业数据分类分级指南（试行）》要求，结合企业自身业务实际，对工业数据进行全面梳理，按照数据的重要程度和泄露造成的影响，划分为一般数据、重要数据、核心数据，建立数据分类分级台账，为差异化防护提供依据；二是落实全生命周期安全防护，在数据采集环节，规范采集行为，对采集的敏感数据进行脱敏处理，防止过度采集；在数据传输环节，采用加密技术保障传输安全，重要数据传输采用国密算法加密；在数据存储环节，对重要数据进行加密存储，建立数据备份机制，重要数据实行离线备份和异地备份；在数据使用环节，实施细粒度的权限控制，对敏感数据的访问进行审批和审计，采用数据脱敏、水印等技术防止数据泄露；在数据共享环节，开展安全评估，明确共享范围和用途，采用接口鉴权、数据脱敏等方式保障共享安全；在数据销毁环节，采用专业的数据擦除或物理销毁方式，确保数据不可恢复；三是强化数据出境安全管理，严格按照《数据出境安全评估办法》要求，重要工业数据出境前必须开展安全评估，未经评估不得出境；四是建立数据安全监测预警能力，对数据的访问、传输、共享等行为进行实时监测，及时发现异常数据操作，防范数据泄露风险。（二）安全管理体系建设技术防护体系的有效落地离不开完善的安全管理体系，当前我国工业企业普遍存在“重技术、轻管理”的问题，据中国电子信息产业发展研究院2023年调研数据，有62.3%的工业企业未建立专门的工业信息安全管理团队，有57.8%的企业未制定完善的工业信息安全管理制度。安全管理体系建设的核心是建立权责清晰、流程规范的管理机制，具体内容包括：一是建立健全安全组织架构，明确工业信息安全第一责任人，设立专门的工业信息安全管理岗位或团队，负责统筹企业工业互联网安全建设、运维、管理等工作，明确各业务部门、生产部门的安全职责，形成“全员参与、责任到人”的安全管理格局；二是完善安全管理制度体系，制定覆盖资产安全、漏洞管理、访问控制、应急响应、数据安全、人员管理等方面的安全管理制度和操作规范，明确各项工作的流程和要求，定期对制度的执行情况进行检查和评估，根据实际情况及时更新制度；三是加强人员安全管理，定期开展工业信息安全培训和考核，提升全体员工的安全意识和技能，尤其是生产一线操作人员的安全意识，防止因误操作导致的安全事件，对离职人员及时回收账号和权限，防止内部人员恶意破坏；四是强化合规管理，严格落实《网络安全法》《数据安全法》《个人信息保护法》等法律法规要求，按照网络安全等级保护2.0标准、工业互联网安全相关标准的要求，开展等级保护测评、商用密码应用安全性评估等合规工作，确保安全建设符合国家相关要求。（三）安全运营体系建设工业互联网安全不是静态的，而是动态持续的过程，需要通过常态化的安全运营实现风险的动态管控。当前很多工业企业存在“重建设、轻运营”的问题，购买了大量安全设备，但缺乏专业的运营人员和运营机制，安全设备的作用未能充分发挥，据统计，工业企业安全设备的有效利用率平均不足40%。安全运营体系建设的核心是建立“监测-分析-处置-优化”的闭环运营机制，具体内容包括：一是建设工业安全态势感知平台，整合终端、边界、网络、平台、应用等各层面的安全数据，通过大数据分析、关联分析等技术，对工业互联网的安全态势进行实时监测和分析，及时发现安全威胁和异常行为，实现安全风险的可视化、可感知；二是建立威胁情报能力，通过订阅专业机构的工业威胁情报、参与行业威胁情报共享等方式，及时掌握最新的工业漏洞、攻击手段、威胁主体等情报信息，结合企业自身的安全状况，提前采取防护措施，提升主动防御能力；三是完善应急响应机制，制定完善的工业互联网安全应急预案，明确不同等级安全事件的处置流程、责任分工、处置措施，定期开展应急演练，提升应急处置能力，建立与监管部门、安全厂商、产业链上下游企业的应急联动机制，发生重大安全事件时及时协同处置；四是持续优化安全策略，定期开展风险评估和攻防演练，排查安全隐患，根据威胁变化、业务调整、技术迭代等情况，及时优化安全防护策略和防护措施，确保安全体系的有效性。四、工业互联网网络安全体系建设的关键支撑技术（一）零信任架构技术传统的基于边界的安全防护模式难以适应工业互联网边界模糊、接入主体多样的场景，零信任架构以“永不信任、始终验证”为核心原则，基于身份对所有访问行为进行动态认证和授权，是当前工业互联网安全领域的核心技术方向。Gartner预测，到2026年，全球60%的工业企业将在工业互联网场景中部署零信任架构，取代传统的边界防护模式。工业场景下的零信任架构部署需要充分考虑工业系统的实时性、可用性要求，采用轻量化的认证授权机制，重点针对远程运维、工业APP访问、跨厂区访问等场景开展零信任改造，实现访问主体的身份可信、权限可控、行为可溯。（二）AI赋能的威胁检测技术工业生产流量具有稳定性、规律性强的特点，业务流程和网络流量的基线相对固定，适合采用人工智能技术开展异常检测。通过机器学习、深度学习等技术对工业流量、设备运行状态、业务行为进行基线建模，能够快速识别偏离基线的异常行为，有效发现未知威胁和高级持续性威胁（APT）。目前AI技术在工业异常流量检测、设备异常行为分析、威胁情报分析等场景已经得到广泛应用，据行业测试数据，AI驱动的工业威胁检测准确率可达95%以上，误报率比传统特征检测方式降低60%以上，能够大幅提升安全运营的效率和准确性。（三）内生安全技术内生安全是指从系统设计阶段就将安全能力内置到系统中，从根本上提升系统的安全防护能力，而不是依赖外部的安全设备进行防护。工业设备、工业软件、工业平台的内生安全能力，是工业互联网安全的基础。内生安全技术包括工业设备的嵌入式安全模块、安全芯片、工业协议的原生安全扩展、工业软件的安全开发框架等，通过将安全能力内置到系统的各个环节，实现安全与业务的深度融合，从源头减少安全漏洞和风险。（四）商用密码技术商用密码是保障网络安全的核心技术和基础支撑，在工业互联网数据加密、身份认证、完整性校验等方面发挥着不可替代的作用。按照国家相关要求，重要工业控制系统、工业互联网平台必须采用商用密码技术开展安全防护，并通过商用密码应用安全性评估。工业场景下的商用密码应用需要适配工业系统的实时性、低功耗要求，重点推进国密算法在工业协议加密、工业数据加密、设备身份认证等场景的应用，构建基于国密算法的工业互联网安全信任体系。五、工业互联网网络安全体系的落地实施路径与注意事项（一）分阶段实施路径工业互联网网络安全体系建设是一项系统性工程，不可能一蹴而就，企业需要结合自身的数字化转型阶段、安全现状、业务需求，分阶段逐步推进：第一阶段为摸底排查阶段，主要任务是开展全面的资产梳理和风险评估，摸清工业互联网资产底数，识别存在的安全漏洞和风险点，形成风险评估报告，明确安全建设的优先级和路线图。第二阶段为基础防护阶段，主要任务是补齐安全短板，建设基础的边界隔离、终端加固、网络防护、监测预警等安全措施，落实网络安全等级保护等合规要求，保障工业系统的基本安全，防范常见的网络攻击。第三阶段为体系完善阶段，主要任务是构建完整的技术、管理、运营体系，部署零信任、数据安全、态势感知等能力，实现全层级、全生命周期的安全防护，提升整体安全防护水平。第四阶段为持续优化阶段，主要任务是开展常态化安全运营，通过威胁情报、攻防演练、风险监测等方式，持续优化安全策略和防护措施，实现安全能力的动态提升，适应业务发展和威胁变化的需求。（二）建设注意事项1.平衡安全与生产的关系工业系统的核心目标是保障生产的连续性和稳定性，工业互联网安全建设必须坚持“安全为生产服务”的原则，不能为了安全牺牲生产效率和生产稳定性。在部署安全设备、实施安全策略前，必须充分评估对生产业务的影响，优先采用不影响生产运行的防护方式，比如在工业控制层部署安全设备时，要确保设备的时延控制在毫秒级，不影响工业控制的实时性，补丁安装、策略调整等操作必须在非生产时段进行，并经过充分的测试验证。2.避免“重建设、轻运营”的误区安全建设不是一劳永逸的，而是持续动态的过程，很多企业投入大量资金购买安全设备，但缺乏专业的运营人员和运营机制，导致安全设备形同虚设。企业要将安全运营放在重要位置，配备专业的安全运营人员，或者委托具备资质的第三方安全服务商开展托管运营，充分发挥安全设备的作用，实现安全风险的动态管