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數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)信息安全綜合防護(hù)方案

文檔作者：劉杰汪京培李丹云雷陳晶晶文檔來源： 1．中國(guó)賽寶實(shí)驗(yàn)室信息安全研究中心 2．中國(guó)和平利用軍工技術(shù)協(xié)會(huì)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月02日
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第3期
2016年3月
組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)
M odular M achine Tool&amp;amp; Autom atic M anufacturing Technique
No．3
Mar．2016
文章編號(hào)：1001—2265(2016)03—0082—04 DOI：10．13462／j．cnki．mnltalnt．2016．03．023
數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)信息安全綜合防護(hù)方案術(shù)
劉 杰 ，汪京培 ，李
(1．中國(guó)賽寶實(shí)驗(yàn)室信息安全研究中心，廣州
100088)
丹 ，云 雷 ，陳晶晶
510610；2．中國(guó)和平利用軍工技術(shù)協(xié)會(huì)，北京
摘要：為了解決數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)后的信息安全威脅，提出了一種數(shù)控網(wǎng)絡(luò)信息安全綜合防護(hù)方案。該
方案基于數(shù)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)，以事件生命周期為主線，采用可信安全防護(hù)技術(shù)、自治愈理論，融合基
礎(chǔ)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)安全防護(hù)技術(shù)，形成數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)安全綜合防護(hù)功能。對(duì)方案的功能、性能以
及基于數(shù)控系統(tǒng)的高級(jí)持續(xù)性威脅實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)分析，結(jié)果表明了所提方案的合理性和較好防護(hù)效
果。該方案的建立實(shí)現(xiàn)了數(shù)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)事前監(jiān)控、事中檢測(cè)和自治愈、事后審計(jì)系統(tǒng)化的信息安全
防護(hù)。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；數(shù)控系統(tǒng)；信息安全防護(hù)；可信；自治愈
中圖分類號(hào)：THI66：TH659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Integrated Information Security Protection M ethod in the Autom atic Network of CNC
LIU Jie ，WANG Jing—pei ，LI Dan ，YUN Lei ，CHEN Jing-jing
(1．Information Security Research Center，China CEPREI Laboratory，Guangzhou 510610．China：2．China
Associauon of Peaceful User of Military Industrial Technology，Beijing 1 00088。China)
Abstract：In order to solve the information security threats for the interconnected CNC，an inforillation secu—
rity integrated protection method for automatic network of CNC is studied in this PaDer．Based on the NC
network system architecture．this method takes the event lifecycle as the main line．a(chǎn)dopts the trusted securi—
ty protection，self-healing theory，and integrates into basic data and system security protection technologies，
finally form s a comprehensive security protection for automation network of CNC． Detailed analysis from
functionality，performance，and an example of advanced persistent threats for NC system are performed，the
results validate the rationality and effectiveness of the proposed method．The integrated protection method re
alizes the systematic security protection covering the proactive monitoring，detection，self-healing，post au—
diting and evidence collecting for the network systems of CNC．
Key words：CNC ；NC system ；inform ation security protection；trusted；self-healing
0 引言
數(shù)控系統(tǒng)固有安全漏洞和聯(lián)網(wǎng)后的開放性，使其
面臨的信息安全威脅持續(xù)擴(kuò)大。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床
的“大腦”，高端數(shù)控系統(tǒng)核心技術(shù)基本被工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)
家壟斷，數(shù)控系統(tǒng)存在不可控的漏洞、后門等安全隱
患。同時(shí)針對(duì)控制系統(tǒng)的信息安全攻擊事件持續(xù)發(fā)
生 。數(shù)控系統(tǒng)一旦遭到破壞，將會(huì)導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床乃
至整個(gè)生產(chǎn)線停機(jī)，造成企業(yè)重大損失。所以研究數(shù)
控機(jī)床信息安全防護(hù)理論與技術(shù)，對(duì)保障工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)
施穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
美國(guó)能源部國(guó)家SCADA測(cè)試床計(jì)劃(NSTB)L2j發(fā)
布了防護(hù)控制系統(tǒng)路線圖。歐洲網(wǎng)絡(luò)與信息安全局
(ENSIA)制定的防護(hù)控制系統(tǒng)的指導(dǎo)文件也于201 1年
發(fā)布。國(guó)內(nèi)王琦魁 提出一種數(shù)控加工網(wǎng)絡(luò)信息安全
防護(hù)方案，部署數(shù)控加工網(wǎng)絡(luò)邊界隔離設(shè)備和數(shù)控系統(tǒng)
終端防護(hù)設(shè)備，保障數(shù)控網(wǎng)絡(luò)安全。王劍 提出了DNC
數(shù)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全防護(hù)架構(gòu)，部署防火墻在辦公局域網(wǎng)
和DNC數(shù)控網(wǎng)之問過濾數(shù)據(jù)，然而該方案對(duì)于內(nèi)部信
息泄露缺乏有效的防護(hù)。于立業(yè) 提出工業(yè)控制系統(tǒng)
信息安全縱深防御解決方案，采用邊界隔離和入侵檢測(cè)
的訪問控制機(jī)制，缺乏系統(tǒng)化協(xié)同防護(hù)。
可信計(jì)算和自治愈被認(rèn)為是解決控制系統(tǒng)本質(zhì)安
全的重要方法。Fadul 將可信計(jì)算理論應(yīng)用到智能
電網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)安全防護(hù)中。伍江江 提出一種
基于虛擬隔離數(shù)據(jù)可信存儲(chǔ)體系來進(jìn)行數(shù)據(jù)非授權(quán)防
護(hù)，魏占禎 提出了一種基于可逆向擴(kuò)展的可信數(shù)據(jù)
封裝方案。目前可信網(wǎng)絡(luò)理論和技術(shù)的研究主要在普
收稿日期：2015—12—16；修回日期：2016—02—03
基金項(xiàng)目：國(guó)防基礎(chǔ)科研計(jì)劃資助(JSQB2014205AO05)
作者簡(jiǎn)介：劉杰(1963一)，男，安徽泗縣人，中國(guó)賽寶實(shí)驗(yàn)室信息安全研究中心研究員，研究領(lǐng)域?yàn)閿?shù)控機(jī)床、信息安全與軟件可靠性測(cè)評(píng)，(E—
mail)liujie@ceprei．eom；通信作者：汪京培(1983一)，男，湖北嘉魚縣人，中國(guó)賽寶實(shí)驗(yàn)室工程師，博士，研究方向?yàn)樾畔⒕W(wǎng)絡(luò)安全，(E—
mail)wjpbupt@163．eom。

· 84· 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù) 第3期
制，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，如圖4所示。
可信存儲(chǔ) 安全保護(hù)域
— — r_—— — — — 一
TPM I+ 卜匾垂
1可信接口
． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． — — I h
● —．H 預(yù)測(cè)策略 1三二二二 曩售h厘
一i安全保護(hù)域 ／f f
砸溺 一l 管理器
一 要
圖4可信數(shù)據(jù)防護(hù)機(jī)制
在控制網(wǎng)總線上動(dòng)態(tài)構(gòu)建類似于VPN的通信隔
離環(huán)境來保證設(shè)備控制數(shù)據(jù)不被泄漏。結(jié)合可信計(jì)算
和虛擬化技術(shù)，在DNC數(shù)控網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建虛擬機(jī)系統(tǒng)，
建立敏感數(shù)據(jù)安全保護(hù)域(SPD，Secure Protection Do—
main)，通過將敏感數(shù)據(jù)綁定在安全域內(nèi)，根據(jù)數(shù)據(jù)的
保護(hù)預(yù)期對(duì)DNC數(shù)據(jù)訪問請(qǐng)求進(jìn)行安全驗(yàn)證和策略
控制，阻止不可信進(jìn)程對(duì)數(shù)據(jù)的讀寫操作和傳遞到不
可信區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)防泄漏功能。對(duì)不可信的進(jìn)
程傳遞給惡意代碼檢測(cè)服務(wù)器，查驗(yàn)惡意入侵行為。
可信虛擬數(shù)據(jù)防護(hù)機(jī)制主要用于事前監(jiān)控、安全隔離，
事中入侵檢測(cè)，事后審計(jì)查驗(yàn)。
第三，在辦公網(wǎng)絡(luò)上部署可信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。動(dòng)態(tài)
運(yùn)行中，可信節(jié)點(diǎn)具有一定的智能性，其可信與行為動(dòng)
作相關(guān)，信任理論就是解決行為可信的有效方法，根據(jù)
節(jié)點(diǎn)歷史表現(xiàn)確定可信值，大于可信閾值的節(jié)點(diǎn)才能
參與服務(wù)，從而隔離惡意節(jié)點(diǎn)?？尚啪W(wǎng)絡(luò)主要用于事
中檢測(cè)，結(jié)合入侵防御、惡意代碼防御，為審計(jì)提供證
據(jù)?；谏鲜鋈齻€(gè)方面，建立數(shù)控系統(tǒng)可信防護(hù)模型。
配合傳統(tǒng)數(shù)據(jù)防護(hù)和系統(tǒng)防護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)數(shù)
據(jù)安全和系統(tǒng)安全。
2．3 數(shù)據(jù)和系統(tǒng)安全防護(hù)
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)安全防護(hù)技術(shù)主要包括傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)隔離
技術(shù)(如訪問控制、防火墻等)，數(shù)據(jù)防泄露技術(shù)、數(shù)據(jù)
安全存儲(chǔ)技術(shù)。數(shù)據(jù)隔離設(shè)備部署在數(shù)控系統(tǒng)外部接
口網(wǎng)絡(luò)、接入網(wǎng)總線、控制網(wǎng)總線之間，作為基礎(chǔ)防護(hù)
手段，用于事前監(jiān)控、事中檢測(cè)。
數(shù)據(jù)安全防護(hù)主要配合可信數(shù)據(jù)防護(hù)機(jī)制，對(duì)運(yùn)行
的數(shù)據(jù)，設(shè)置移動(dòng)設(shè)備數(shù)據(jù)控制功能，存儲(chǔ)在移動(dòng)設(shè)備
上。一旦接入系統(tǒng)或遭遇不正常訪問，主動(dòng)接通數(shù)據(jù)訪
問監(jiān)控服務(wù)器，啟動(dòng)訪問控制機(jī)制。DNC數(shù)據(jù)服務(wù)器中
的敏感數(shù)據(jù)配合信息保護(hù)域管理器進(jìn)行安全存儲(chǔ)。
系統(tǒng)運(yùn)行基礎(chǔ)防護(hù)技術(shù)主要包括協(xié)議檢測(cè)、入侵
檢測(cè)、惡意代碼檢測(cè)。
系統(tǒng)安全防護(hù)主要配合可信防護(hù)和自治愈機(jī)制。
在辦公網(wǎng)和DNC數(shù)控網(wǎng)絡(luò)部署入侵檢測(cè)／防御系統(tǒng)。
對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)專用工業(yè)通信協(xié)議進(jìn)行分
析，發(fā)掘入侵線索，用于事后審計(jì)?？尚欧雷o(hù)予以拒絕
的進(jìn)程，由入侵檢測(cè)系統(tǒng)予以判斷，做出防御響應(yīng)。同
時(shí)收集惡意攻擊證據(jù)，用于事后審計(jì)。在攻擊威脅影響
到數(shù)控機(jī)床的可用性時(shí)，啟動(dòng)自治愈容錯(cuò)恢復(fù)機(jī)制。
2．4 自治愈容錯(cuò)
自治愈機(jī)制的原理是在攻擊發(fā)生的情況下，系統(tǒng)
通過接受風(fēng)險(xiǎn)、反饋調(diào)整，使系統(tǒng)處于健康工作范圍
內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)攻擊的免疫性。
在數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)接口與交換系統(tǒng)上建立自治愈管
理器。通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和行為來判斷系統(tǒng)的改
變是否在可接受范圍，進(jìn)而執(zhí)行相應(yīng)的策略。檢測(cè)數(shù)
控系統(tǒng)異常運(yùn)行行為，監(jiān)測(cè)采集到的值抽象化，與數(shù)控
系統(tǒng)功能屬性(如可用性)關(guān)聯(lián)，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)各個(gè)部
件的約束評(píng)估值，推理確定數(shù)控系統(tǒng)是否運(yùn)行在可接
受范圍內(nèi)，超出某個(gè)部件／網(wǎng)絡(luò)的閾值時(shí)，進(jìn)行系統(tǒng)異
常預(yù)警。同時(shí)，啟動(dòng)自治愈響應(yīng)機(jī)制，根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀
態(tài)需要達(dá)到的目標(biāo)生成防御恢復(fù)策略和推理演化機(jī)
制，通過恢復(fù)機(jī)制對(duì)違反系統(tǒng)約束的情況進(jìn)行恢復(fù)，并
反饋?zhàn)饔玫竭\(yùn)行系統(tǒng)上。
容錯(cuò)恢復(fù)主要是保障系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)難時(shí)仍能繼續(xù)提
供服務(wù)的能力，或是能夠快速恢復(fù)被攻擊系統(tǒng)到正常
狀況。冗余技術(shù)是最基本的容錯(cuò)恢復(fù)技術(shù)，在數(shù)控機(jī)
床網(wǎng)絡(luò)適量部署冗余機(jī)床，在數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)接口和交
換網(wǎng)上部署軟件冗余模塊。同時(shí)啟動(dòng)自檢技術(shù)，找到
故障位置，屏蔽或隔離故障部件。系統(tǒng)改變和故障定
位的過程信息以日志的形式記錄，存儲(chǔ)在審計(jì)服務(wù)器
中，以備必要時(shí)審計(jì)。
2．5 綜合防護(hù)機(jī)制
將前述分步建立的模型依次融合到數(shù)控系統(tǒng)事件
生命周期中。主要將可信防護(hù)技術(shù)融入到事前實(shí)時(shí)監(jiān)
控中，實(shí)現(xiàn)可信訪問控制；將自治愈機(jī)制融合到事后容
錯(cuò)恢復(fù)中；將數(shù)據(jù)安全防護(hù)技術(shù)與可信機(jī)制結(jié)合，保護(hù)
事件周期中的數(shù)據(jù)安全；將系統(tǒng)安全技術(shù)融合到事中
檢測(cè)，配合可信機(jī)制，進(jìn)行事后取證審計(jì)。
3 數(shù)控系統(tǒng)安全綜合防護(hù)方案分析
3．1 防護(hù)方案功能分析
所提方案可針對(duì)如下幾種攻擊的應(yīng)對(duì)。
惡意代碼攻擊：利用數(shù)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件、軟件、
協(xié)議漏洞進(jìn)行惡意代碼攻擊。在綜合防護(hù)體系中，部
署在外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)惡意代碼檢測(cè)機(jī)制可檢測(cè)惡意攻擊，
可信訪問監(jiān)控可發(fā)現(xiàn)通過移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的入侵，可信
虛擬防護(hù)域基于完整性的訪問控制需求可阻斷惡意代
碼攻擊，并預(yù)警或啟動(dòng)自治愈修復(fù)。
未授權(quán)訪問：首先由安全隔離設(shè)備進(jìn)行初步隔離，可
信數(shù)據(jù)防護(hù)機(jī)制進(jìn)行拒絕訪問操作，并提交審計(jì)服務(wù)器。
信息泄露：主要是內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)信息泄露，可依靠可信
數(shù)據(jù)隔離環(huán)境、敏感數(shù)據(jù)安全保護(hù)域、對(duì)數(shù)據(jù)讀寫的認(rèn)
證來防護(hù)。根據(jù)操作日志，進(jìn)行審計(jì)。
拒絕服務(wù)攻擊：主要針對(duì)DNC數(shù)控網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)
服務(wù)器、DNC傳輸服務(wù)器、接口交換機(jī)進(jìn)行攻擊，使之不
能正常工作或緩沖區(qū)溢出。綜合防護(hù)方案中主要通過
協(xié)議檢測(cè)監(jiān)控訪問流量，通過可信計(jì)算平臺(tái)阻止非可信
訪問請(qǐng)求。一旦數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障，啟動(dòng)自治愈機(jī)制中
的冗余機(jī)制，保證可用性，同時(shí)利用自檢機(jī)制恢復(fù)故障。
防護(hù)方案協(xié)同性：當(dāng)面臨各種攻擊時(shí)，綜合利用可
信防護(hù)、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)基礎(chǔ)防護(hù)、自治愈防護(hù)，協(xié)同防護(hù)
數(shù)控系統(tǒng)。
(1)防護(hù)方案的時(shí)間協(xié)同?？尚欧雷o(hù)用于事前監(jiān)
2016年3月 劉 杰，等：數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)信息安全綜合防護(hù)方案 ·85·
控，實(shí)現(xiàn)可信訪問控制；自治愈機(jī)制用于事后容錯(cuò)恢
復(fù)；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)安全防護(hù)配合可信數(shù)據(jù)防護(hù)，用于事中主
動(dòng)數(shù)據(jù)訪問控制；基礎(chǔ)系統(tǒng)安全防護(hù)配合可信防護(hù)，對(duì)
可信防護(hù)拒絕進(jìn)程進(jìn)行入侵檢測(cè)，收集攻擊證據(jù)，用于
事后審計(jì)。在攻擊威脅到數(shù)控系統(tǒng)可用性時(shí)，啟動(dòng)自
治愈容錯(cuò)恢復(fù)機(jī)制。
(2)防護(hù)方案的空間協(xié)同。所提方案充分利用數(shù)
控網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不同資源屬性來部署防護(hù)技術(shù)，數(shù)控機(jī)床
網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性要求高，采用可信虛擬域隔離機(jī)制防止非
授權(quán)訪問，并把針對(duì)數(shù)控機(jī)床的入侵防護(hù)機(jī)制部署在
數(shù)控網(wǎng)絡(luò)中。一旦突破所有防護(hù)措施，啟動(dòng)自治愈機(jī)
制，隔離修復(fù)受損設(shè)備。在DNC數(shù)控網(wǎng)絡(luò)中，部署可
信平臺(tái)、人侵防御監(jiān)控平臺(tái)，確保核心控制系統(tǒng)安全
性。在辦公網(wǎng)中部署復(fù)雜可信網(wǎng)絡(luò)、入侵檢測(cè)、惡意代
碼檢測(cè)等措施，確保外圍網(wǎng)絡(luò)可靠性。
3．2 防護(hù)方案性能分析
所提防護(hù)方案相對(duì)典型的縱深防御方案 ，主要
增加了可信防護(hù)模塊(T)、自治愈模塊(S)、與IPS、惡
意代碼檢測(cè)模塊的接口機(jī)制(，)，其時(shí)間復(fù)雜度分別為
，(t( )) t(s)) t( )) 是時(shí)間函數(shù)，事前監(jiān)控階
段主要是可信防護(hù)模塊的持續(xù)監(jiān)控，所提防護(hù)方案
(P)的時(shí)間復(fù)雜度為 ￡(P))= ( ))=O(n)， 為
可信模塊部署數(shù)量。事中檢測(cè)階段包括可信防護(hù)檢
測(cè)、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)防護(hù)檢測(cè)、自治愈恢復(fù)?？尚啪W(wǎng)絡(luò)計(jì)算
的復(fù)雜度為0(n )，／'b 為傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)，可信數(shù)據(jù)防護(hù)
機(jī)制的事件復(fù)雜度為D(／／,)+o(1)，O(1)為偶爾的外
部移動(dòng)設(shè)備訪問監(jiān)控時(shí)間，自治愈恢復(fù)為O(1)，數(shù)據(jù)
和系統(tǒng)防護(hù)的復(fù)雜度為O(n)，因此事中檢測(cè)階段f(t
(P))=．廠( (T))+ ￡(S))+，(￡(，))= 0(n )+
20(rt)+20(1)。事后審計(jì)取證階段的時(shí)間復(fù)雜度為
0(1)?？臻g復(fù)雜度主要是增加了可信管理服務(wù)器、自
治愈管理服務(wù)器以及相應(yīng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，空間復(fù)雜
度為30( )。
3．3 對(duì)比分析
相對(duì)于王琦魁等所提出數(shù)控加工網(wǎng)絡(luò)防護(hù)方案
(簡(jiǎn)稱王方案)，本文所提方案增加了可信防護(hù)、自治愈、
以及系統(tǒng)協(xié)同防護(hù)模塊。王方案主要采用加工網(wǎng)絡(luò)邊
界隔離設(shè)備和終端防護(hù)設(shè)備，配合審計(jì)和防護(hù)協(xié)議保護(hù)
數(shù)控系統(tǒng)。在抗攻擊方面，王方案針對(duì)外部攻擊具有較
好效果，但對(duì)惡意內(nèi)部泄露攻擊防護(hù)較弱；在效率方面，
王方案通信內(nèi)容深度檢查、細(xì)粒度訪問控制、主機(jī)入侵
防御都需要模式匹配和計(jì)算，時(shí)間復(fù)雜度介于0(n)和
D(n )之間，n為計(jì)算實(shí)體數(shù)量。在防護(hù)效果方面，現(xiàn)場(chǎng)
設(shè)備的深度檢查會(huì)降低可用性，對(duì)完整性破壞的防護(hù)措
施沒有提及，對(duì)安全攻擊處置較為滯后。
相對(duì)于Fadul提出智能電網(wǎng)可信防護(hù)方案 ，本
文所提方案更為全面。Fadul方案利用基于信譽(yù)的信
任管理系統(tǒng)來緩和針對(duì)未來智能電網(wǎng)設(shè)施脆弱性的攻
擊，可信系統(tǒng)部署在智能電網(wǎng)通信支持防護(hù)系統(tǒng)中。
在抗攻擊方面，F(xiàn)adul方案由于信譽(yù)的反饋延時(shí)，抗突
發(fā)攻擊能力較弱。在效率方面，信譽(yù)計(jì)算和信任管理
需要多域的網(wǎng)絡(luò)社區(qū)參與迭代計(jì)算，時(shí)間復(fù)雜度接近
D(n )，空間復(fù)雜度為mn，m為實(shí)體歷史向量長(zhǎng)度，n
為實(shí)體數(shù)量。在防護(hù)效果方面，基于信譽(yù)的惡意攻擊
免疫機(jī)制和通信帶寬合理分配機(jī)制，使得具有較好的
安全性，適宜的可用性，但完整性防護(hù)欠缺。
以上分析結(jié)果列于表1中，防護(hù)效果用三個(gè)級(jí)別的
屬性值表示：“優(yōu)”、“中”、“差”，“差”表示相應(yīng)的屬性未
提及或效果較差。有一定效果，略顯不足為“中”?？构?
擊效果分為2個(gè)狀態(tài)：可信和不可信。效率用時(shí)間復(fù)雜
度表示。表1所示結(jié)果為以本文方法作為當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的
相對(duì)性能，可以推測(cè)出本文所提方案的優(yōu)越性。
表1 防護(hù)方案對(duì)比
3．4 實(shí)例分析
以高級(jí)持續(xù)性威脅(Advanced Persistent Threat，
APT)攻擊為例，分析所提綜合防護(hù)方案的有效性。
APT 攻擊靈活組合多種新型攻擊方法，對(duì)目標(biāo)長(zhǎng)
時(shí)間滲透，在特定時(shí)刻實(shí)施攻擊。典型的針對(duì)數(shù)控系
統(tǒng)的APT攻擊過程分為5個(gè)階段。① 收集情報(bào)。利
用社會(huì)工程，搜集并鎖定特定的數(shù)控機(jī)床。②突破防
線。利用服務(wù)器漏洞、網(wǎng)站掛馬、釣魚軟件、移動(dòng)客戶
端漏洞，攻人辦公網(wǎng)主機(jī)，獲取受害主機(jī)的權(quán)限。③建
立據(jù)點(diǎn)，橫向滲透。建立控制服務(wù)器到受害主機(jī)的信
道并獲取系統(tǒng)權(quán)限，橫向探測(cè)辦公網(wǎng)系統(tǒng)和DNC網(wǎng)絡(luò)
的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)訪問規(guī)則，入侵更多主機(jī)，并規(guī)避被發(fā)
現(xiàn)。④ 攻擊DNC系統(tǒng)服務(wù)器。模擬正常節(jié)點(diǎn)，連接
DNC系統(tǒng)服務(wù)器和DNC傳輸服務(wù)器，利用服務(wù)器漏
洞，獲取系統(tǒng)代碼執(zhí)行權(quán)限。⑤ 完成攻擊。修改或破
化控制數(shù)據(jù)，造成數(shù)控機(jī)床設(shè)備損壞或停機(jī)，并伴隨蹤
跡銷毀等撤退策略。
所提綜合防護(hù)方案的防護(hù)主要分為4個(gè)階段：
第一階段，攻擊辦公網(wǎng)絡(luò)主機(jī)。在辦公網(wǎng)部署的
防火墻、入侵檢測(cè)、惡意代碼檢測(cè)機(jī)制可阻斷部分入侵
行為；部署的可信網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)期歷史表現(xiàn)，隔離
不可信主機(jī)。并提交取證審計(jì)模塊。
第二階段，橫向滲透攻擊。辦公網(wǎng)內(nèi)的滲透通過
上述人侵檢測(cè)和可信網(wǎng)絡(luò)隔離。針對(duì)DNC數(shù)控網(wǎng)絡(luò)
的滲透采用協(xié)議檢測(cè)、數(shù)據(jù)訪問監(jiān)控、可信數(shù)據(jù)防護(hù)機(jī)
制來監(jiān)控異常數(shù)據(jù)流，阻斷惡意節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)控網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)
信息讀寫和對(duì)控制信息的截獲，并預(yù)警。
第三階段，攻擊DNC系統(tǒng)服務(wù)器。在服務(wù)器上部
署的可信計(jì)算平臺(tái)通過完整性認(rèn)證，拒絕惡意節(jié)點(diǎn)對(duì)
操作系統(tǒng)的非預(yù)期控制，并確定數(shù)據(jù)篡改，實(shí)時(shí)預(yù)警；
在DNC傳輸服務(wù)器上關(guān)聯(lián)的可信數(shù)據(jù)防護(hù)機(jī)制阻斷
惡意指令的傳輸，并提交惡意代碼檢測(cè)服務(wù)器進(jìn)一步
檢測(cè)防御，進(jìn)行取證審計(jì)。
第四階段，惡意行為繞過可信平臺(tái)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行攻
擊。啟動(dòng)虛擬隔離機(jī)制，隔離受害數(shù)控機(jī)床，控制攻擊
范圍；啟動(dòng)自治愈機(jī)制，通過無故障冗(下轉(zhuǎn)第89頁)
2016年3月 張彥龍，等：基于位置域頻率和相位辨識(shí)的永磁直線電機(jī)推力波動(dòng)抑制技術(shù)研究 ·89·
運(yùn)行時(shí)的噪聲影響，使得補(bǔ)償效果更好。
時(shí)間
(b)補(bǔ)償前后的速度曲線
圖7 補(bǔ)償前后的推力波動(dòng)曲線和穩(wěn)態(tài)速度波形
4 結(jié)論
針對(duì)推力波動(dòng)對(duì)直驅(qū)伺服系統(tǒng)的影響，本文建立
了基于推力波動(dòng)數(shù)學(xué)模型的前饋補(bǔ)償策略。首先將測(cè)
得的推力波動(dòng)信號(hào)通過FFr提取信號(hào)中的特征頻率，
然后采用遺傳算法推力波動(dòng)辨識(shí)出推力波動(dòng)模型中的
參數(shù)，最后根據(jù)推力波動(dòng)模型設(shè)計(jì)前饋控制器。通過
在一臺(tái)永磁同步直驅(qū)電機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究表明，該方法明
顯抑制了直線電機(jī)穩(wěn)態(tài)速度波動(dòng)。同時(shí)該方法實(shí)現(xiàn)過
程較為簡(jiǎn)單，不需要額外的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和傳感器，前饋補(bǔ)
償器不復(fù)雜且運(yùn)算量小，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。
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(編輯李秀敏)
(上接第85頁)余機(jī)床持續(xù)提供服務(wù)；同時(shí)啟動(dòng)自檢
技術(shù)，屏蔽或隔離故障部件，并及時(shí)修復(fù)和審計(jì)。從而
最大化消除APT攻擊的影響。
按照?qǐng)D2的基本結(jié)構(gòu)搭建模擬環(huán)境，部署防護(hù)方
案，模擬APT 攻擊方式，配合各種滲透技術(shù)，入侵到
DNC數(shù)控網(wǎng)絡(luò)20次，以讀取和破壞DNC控制文件為
攻擊目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示攻擊都被有效阻斷，第一階
段攻擊阻斷概率(阻斷的攻擊次數(shù)占比總攻擊次數(shù))
為40％ ，第二階段檢測(cè)概率為30％ ，最后30％ 都在第
三階段被阻斷。
綜上所述，所提出的綜合防護(hù)方案對(duì)APT 攻擊具
有較好的防護(hù)效果。
4 結(jié)論
本文提出了一種數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全綜
合防護(hù)方案，有效解決了數(shù)控機(jī)床信息安全防護(hù)難題，
相對(duì)于以往的方案具有更好的協(xié)同性和有效性。該方
案可形成完整的過程防護(hù)，并自成體系，對(duì)APT 有較
好的防護(hù)效果。由于可信防護(hù)技術(shù)和自治愈的本質(zhì)安
全特點(diǎn)，該方案可部署在異構(gòu)混雜的數(shù)控系統(tǒng)中。
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