我們的工業(yè)安全究到底多脆弱?

　　引言：智能制造時代，工業(yè)領域在實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)的同時，也為黑客帶來了方便。黑客攻擊工業(yè)網(wǎng)絡，是每個企業(yè)所擔心的問題，許多國家提到黑客，都會感到膽戰(zhàn)心驚。在受到黑客攻擊的時候，我們的第一反應就是：他們是如何做到呢?我們的工業(yè)安全就這么脆弱嗎?

　　2015年冬天，烏克蘭西部突然陷入黑暗，某州一半的人口失去電力供應。自從爆發(fā)局部沖突以后，停電已經(jīng)是烏克蘭人民最常見的“娛樂形式”，但這次卻和以往有所不同：幽靈般的黑客潛入了電力供應系統(tǒng)，在千里之外切斷了電網(wǎng)。

　　黑客進攻工業(yè)網(wǎng)絡，這個可怕的夢魘終于撲向了現(xiàn)實。許多國家都三觀顛覆，膽戰(zhàn)心驚。他們要搞清的第一件事就是：這樣的攻擊究竟是怎么成功的?

　　一個excel引發(fā)的血案

　　美國網(wǎng)絡情報公司 iSightPartners最先拿到了攻擊程序樣本，并且從各種渠道流傳出來。王得金拿到樣本的時候，是事件發(fā)生的十天以后。王得金是一名工控安全專家，安全公司知道創(chuàng)宇旗下404實驗室成員，他為記者詳解了這個攻擊工具的奧秘。

　　造成了一百萬人斷電的元兇，是一個看上很普通的excel文件。然而你一旦打開它，就會親手把魔鬼從瓶中放出來。它會悄無聲息地釋放一個下載器，前臺風平浪靜，后臺卻在暗流奔涌全速下載一套兇殘的攻擊程序。

　　【excel攻擊文件截圖 提示“由新版本 Office 創(chuàng)建，需要加載宏才可以查看”】

　　這個攻擊程序就是臭名昭著的“暗黑能源”專為破壞工業(yè)控制系統(tǒng)量身定制的武器。有證據(jù)表明俄羅斯人曾經(jīng)使用這個工具攻擊過北約、波蘭和烏克蘭。

　　王得金發(fā)現(xiàn)：為了逃脫查殺，有人在攻擊前一個多月對它進行了最新的變種編譯。這一版的“暗黑能源”中整合了數(shù)十個強大的木馬和病毒，其中包括“殺盤”(Killdisk)一個可以刪除電腦中所有數(shù)據(jù)和引導信息的病毒。

　　這些木馬病毒侵入了核心輸電系統(tǒng)，合力切斷了電網(wǎng)。并且由于磁盤全部被破壞，系統(tǒng)根本無法重啟，以至于電網(wǎng)用了3-6小時才得以恢復運轉。

　　有證據(jù)顯示，黑客還同時攻擊了烏克蘭多個電網(wǎng)節(jié)點，但是并沒有達到預期目標。也就是說，他們原本的計劃，比實際呈現(xiàn)出來的效果還要兇殘。更可怕的是：直到現(xiàn)在都沒有人可以判斷，究竟是什么組織進行了這次攻擊。也就是說，黑客造成了如此巨大的破壞之后，居然還可以全身而退。

　　那么問題來了：如此可怕的攻擊，是否會發(fā)生在中國呢?

　　如果工業(yè)系統(tǒng)被黑，會發(fā)生什么?

　　有基本操守的國家都會對電力、能源等重要網(wǎng)絡實行物理隔離。這些網(wǎng)絡根本不會和互聯(lián)網(wǎng)連通，僅僅通過遠程滲透是無法進入的。然而事實證明，這并不妨礙美國黑客用“震網(wǎng)”病毒干掉了伊朗的核電站，也沒有阻擋來路不明的組織撂倒烏克蘭電網(wǎng)。

　　【時任伊朗總統(tǒng)內(nèi)賈德視察核電站，紅圈內(nèi)的紅點表示有兩臺離心機已經(jīng)無故損壞，后證實為震網(wǎng)病毒所為】

　　他們是怎么做到的呢?

　　從伊朗的情況來看，美國把震網(wǎng)病毒放置在了某個核專家的U盤之內(nèi)，而這位核專家也許為了方便，把U盤連到了核設施內(nèi)部網(wǎng)絡的主機上。業(yè)內(nèi)“黑話”把這種行為稱作“擺渡”。至于這個病毒是怎么進入專家的U盤之中，眾說紛紜，其中最有趣的版本是：美國間諜在核電站周圍撒了眾多精美的U盤，而這位專家敲撿到一個。(這是一個教育我們不要貪小便宜的故事。)

　　可見，工業(yè)系統(tǒng)很難和外界完全隔離，因為總會有人有意無意破壞規(guī)則。而一旦發(fā)生違規(guī)操作，就會使得所有的隔離失去效果，破壞程序會抓住轉瞬即逝的機會把自己“擺渡”進去。

　　【CNN展示：黑客通過入侵工控網(wǎng)絡，讓設備過載起火】

　　像這個視頻中展示的一樣，如果黑客進入了工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡，就可以直接讓設備過載報廢。但這只是最沒有技術含量的一種玩法。

　　理論上來說，惡意程序一旦進入工業(yè)或軍事系統(tǒng)，就可以任意修改其中的指令，

　　如果進入工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡，可以提高載荷造成機器毀壞，甚至可以關閉防護系統(tǒng)造成人員傷亡;

　　如果進入能源系統(tǒng)，可以切斷電力的供應，甚至改變煉油廠的工序，造成爆炸;

　　如果進入水利系統(tǒng)，可以控制水壩的開合;

　　如果進入軍事系統(tǒng)，可以控制導彈的發(fā)射。

　　這么可怕的場景，是否真的會發(fā)生呢?

　　我們的工業(yè)系統(tǒng)安全嗎?

　　記者走訪了數(shù)位工控專家，他們普遍認為中國電力行業(yè)的安全防護比較到位，不僅在網(wǎng)絡隔離防護方面做得較好，而且全中國的電網(wǎng)分布層級眾多。即使黑客有能力打癱一個節(jié)點，也不會造成大面積斷電事故。

　　綠盟是一家專長于工業(yè)領域的安全公司，它的客戶包括很多電力企業(yè)。其威脅分析系統(tǒng)產(chǎn)品經(jīng)理劉弘利告訴記者，在第一時間他們也拿到了烏克蘭電網(wǎng)攻擊的excel文件，在自己的防御系統(tǒng)上運行，結果系統(tǒng)提示：這個文件存在高危風險。他解釋說：

　　因為這只是個excel文件，它卻反常地試圖生成另一個文件。另外，分析系統(tǒng)還在其中測出shellcode(利用漏洞的代碼)，因此判斷它存在危險。一旦發(fā)現(xiàn)了高危文件，防御系統(tǒng)就可以對惡意程序的行為進行阻斷，防止它進行下一步的攻擊。

　　【綠盟的檢測系統(tǒng)認為這個excel文件為高威脅文件】

　　原來，烏克蘭電網(wǎng)被攻擊，要怪他們沒有采購天朝的工控安全系統(tǒng)咯。

　　不過，讓人遺憾的是，中國這些先進的技術并沒有武裝大多數(shù)本土企業(yè)。普遍來看，中國工業(yè)的安全程度讓人“目不忍視”。

　　一般來說，企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡分為兩部分：工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡和生產(chǎn)監(jiān)控網(wǎng)絡。從安全角度考慮，這兩個網(wǎng)絡都不應該和互聯(lián)網(wǎng)相連通。但通過對中國所有連接到互聯(lián)網(wǎng)的設備進行掃描，王得金和團隊發(fā)現(xiàn)，有諸多和工業(yè)相關的設備竟然毫無隱藏，直接暴露在互聯(lián)網(wǎng)上。即使一些工業(yè)網(wǎng)絡表面上實現(xiàn)了隔離，也存在諸多漏洞：

　　一些生產(chǎn)監(jiān)控所用的攝像頭，和其他工業(yè)監(jiān)控設備處在同一個隔離網(wǎng)絡中。但問題在于這個監(jiān)控攝像頭連通了Internet，所以實際上把整個監(jiān)控網(wǎng)絡都“牽連”了出來。與此同時，生產(chǎn)網(wǎng)絡和監(jiān)控網(wǎng)絡大多需要進行數(shù)據(jù)交換，這就使得黑客可以通過攝像頭進入監(jiān)控網(wǎng)絡，最終進入生產(chǎn)網(wǎng)絡實現(xiàn)破壞。

　　王得金描述了這樣一條隱秘又有效的進攻路徑。

　　【全球及我國(含臺灣)暴露在Internet上的工控設備統(tǒng)計表】

　　【黑客通過監(jiān)控攝像頭入侵工控網(wǎng)絡】

　　對于很多企業(yè)來說，黑進他們的工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡比想象中還要容易。

　　那么，讓企業(yè)重視工控安全真的有這么難嗎?一位在工控安全領域從業(yè)多年的業(yè)務經(jīng)理這樣吐槽：

　　實際上，大多工業(yè)掌握在國企手中。很多企業(yè)的領導人并不認為自己會成為敵對勢力的進攻對象。他們要做的就是“不求有功，但求無過”。給自己的工業(yè)生產(chǎn)添加安全系統(tǒng)并不是他們的選擇。

　　其實，企業(yè)這樣選擇也有充分的理由：工業(yè)生產(chǎn)的首要任務就是穩(wěn)定，任何擾動或者升級都可能帶來意想不到的后果。如果是民用的電腦，升級之后出現(xiàn)bug還可以想辦法修復，甚至重裝系統(tǒng)。而生產(chǎn)線系統(tǒng)要求非常精密，連輕微的卡死都可能造成無法挽回的事故。

　　所以，什么“小步快跑，快速迭代”根本不適用于工業(yè)控制系統(tǒng)。對于工控來說，最好能一個系統(tǒng)用到地老天荒。

　　你可以看到很多企業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)還在用Windows 2003系統(tǒng)，運氣好的話甚至還可以見到跑Windows 98的系統(tǒng)。對于這樣的系統(tǒng)，用弱不禁風來形容絲毫不為過。甚至拿一臺外部電腦和它建立連接，它都會“一命嗚呼”。

　　面對如此脆弱的工控設備，目前能夠?qū)崿F(xiàn)的保護大多是在生產(chǎn)系統(tǒng)外圍進行安全加固，這種模式的問題在于：一旦黑客成功突破外圍防護，就可以一路直搗黃龍，幾乎必然造成損失。

　　王得金給記者展示了一段視頻。用黑客手段侵入工業(yè)邏輯控制器中，可以隨意對工業(yè)生產(chǎn)流程進行更改：

　　【黑客入侵工控設備的演示】

　　看到這里，你一定會得出這樣的結論：中國大多數(shù)工業(yè)網(wǎng)絡安全措施非常落后，但是有關國計民生的能源、電網(wǎng)因為隔離措施做得較好，還是比較安全的。

　　然而，事實真的是這樣嗎?

　　劇情反轉：中國的工業(yè)安全也許只是“虛擬現(xiàn)實”

　　中國最早的黑客之一、工控安全界的元老級人物魏強(Funnywei)提出了一個讓所有人菊花一緊的設想。

　　先補充兩個驚悚的背景資料：

　　1、中國沒有能力制造精密的數(shù)控機床和工業(yè)控制器，工業(yè)中用到的邏輯控制器95%是來自國外品牌。

　　2、中國沒有能力制造尖端的控制芯片，英特爾、高通、博通、德州儀器等有能力設計生產(chǎn)芯片的企業(yè)，無一例外全部屬于美國。

　　魏強說：

　　一塊小小的芯片，有十幾億個晶體管，制程是以納米計算的。甚至在那么小的電路板上會有七層印刷電路，想破解芯片的結構是幾乎不可能的。如果美國企業(yè)在芯片中多設了一個引腳，安插一個后門，我們幾乎不可能發(fā)現(xiàn)。甚至一個后門可以分成數(shù)個，分散在代碼之中，我們完全沒有能力察覺。

　　另外，為了實現(xiàn)更多的功能，現(xiàn)在芯片越來越多地具有了自主連接藍牙、Wi-Fi等無線網(wǎng)絡的能力。在理論上可以實現(xiàn)遠程改寫代碼。

　　如果果真如魏強猜測的那樣，那么以下的推論就能夠成立：

　　1、法國、日本等數(shù)控機床和控制器生產(chǎn)國，通過自家的后門可以得知機床生產(chǎn)零件的G代碼(進而可以得知零件的參數(shù)和用途)，并且可以隨意對生產(chǎn)設備進行改動。

　　2、美國可以對所有使用美國芯片的設備(包括工業(yè)控制器)進行控制。

　　3、一旦發(fā)生戰(zhàn)爭或嚴重的對立，以上的遏制措施可以短時間內(nèi)建立。

　　4、由于芯片帶有無線通訊功能，即使設備不聯(lián)網(wǎng)，破壞活動也可以由設備附近的特工通過無線電完成。

　　這個設想并不是沒有佐證，君不見，2003年美國進攻伊拉克的時候，讓伊拉克引以為傲的飛毛腿導彈命中率為0。

　　這個推測在軟件層面同樣成立。

　　工信部可以進入IBM看任何一行代碼。

　　這是2015年IBM副總裁米爾斯為了向中國銷售其產(chǎn)品所做出的承諾。但即使每一行代碼我們都進行審計，也不可能排除在硬件層面的不可靠性。很多情況下我們購買進口工業(yè)軟硬件，并不是因為他們的話語真誠，而是我們別無選擇。

　　當所有工業(yè)和國防都建立在不透明的黑盒子組成的體系之上，沒有人可以證明這個供應鏈的可靠性?？v然在和平年代一切看起來按部就班，紅紅火火。但是一旦進入戰(zhàn)爭狀態(tài)，世界可能在一瞬間就變成了你不認識的樣子之前所構建的一切工控安全體系，都有可能在降維打擊之下變得不堪一擊。

　　【美國F-35戰(zhàn)機】

　　王得金告訴記者：“美國對于軍工產(chǎn)品生產(chǎn)要求極其嚴格。例如F-35，連一顆螺絲釘都不允許在美國以外生產(chǎn)?！狈从^中國，很多導彈所使用的芯片卻都是美國進口的。連圓珠筆珠都做不出來的中國，不知什么時候才能有底氣說出和美國同樣的話。這就是龍芯、飛騰、兆芯的科學家們拼死也要研制出“中國芯”的原因。

　　然而，芯片的國產(chǎn)替代誰心中都沒有時間表。面對現(xiàn)狀，魏強提出了一個無奈但是有效的解決方案：

　　同一個生產(chǎn)流程，采用多套預備系統(tǒng)，分別采用不同國家的控制器，不同的操作系統(tǒng)、不同的軟件邏輯。在這種情況下，機器的每一個動作都需要三套控制系統(tǒng)進行表決，如果有一套系統(tǒng)被攻擊，給出異常的數(shù)據(jù)，那么它就會被表決踢出局。即使出現(xiàn)極端的情況：三個系統(tǒng)都遭到攻擊，產(chǎn)生的結果全不一致，此時會自動調(diào)用備用系統(tǒng)。備用系統(tǒng)可以是一套隱藏系統(tǒng)，平時處于靜默狀態(tài)。攻擊者根本感覺不到這套備用系統(tǒng)的存在，從而無法預先進行攻擊。這就是所謂的“異構冗余”系統(tǒng)。

　　這種“異構冗余”系統(tǒng)的實質(zhì)就是：在一堆不可靠的部件之上，構建出一個相對可靠的體系。這個體系有一個明顯的缺點，就是需要增加大量的投資。不過魏強說：“核心工業(yè)的價值非常巨大，用這些投資來換取安全系數(shù)的增加，是非常劃算的?！?/FONT>