一、協(xié)議概述

提到OPC協(xié)議，大家想到最多的就是OPC Classic 3.0，實(shí)際上現(xiàn)在OPC協(xié)議有兩個(gè)大類(lèi)，一種是基于微軟COM/DCOM技術(shù)的“Classic”，另一種是基于Web service的OPC UA。前者在DCOM協(xié)議之上，誕生較早，已廣泛應(yīng)用在各種工業(yè)控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)，成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。后者與前者比出生較晚，但在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了安全因素，有了加密機(jī)制，不過(guò)目前應(yīng)用范圍較小。本文主要討論的是前者在工控系統(tǒng)中的防護(hù)。

微軟的DCOM協(xié)議是在網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題被廣泛認(rèn)識(shí)之前設(shè)計(jì)的，而基于DCOM協(xié)議的OPC Classic基本沒(méi)有增加任何安全相關(guān)的特性，幾乎所有著名的工業(yè)自動(dòng)化軟件(包括HMI軟件、先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件、監(jiān)控平臺(tái)軟件、綜合集成軟件等)都是基于windows平臺(tái)開(kāi)發(fā),都采用或部分采用了OPC技術(shù)，所以對(duì)使用OPC協(xié)議進(jìn)行通信的工控系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù)也變得復(fù)雜和困難。

二、動(dòng)態(tài)端口

與大多數(shù)應(yīng)用層協(xié)議不同，OPC的基礎(chǔ)協(xié)議DCOM協(xié)議使用動(dòng)態(tài)端口機(jī)制，在真正建立數(shù)據(jù)連接之前通訊雙方還需要協(xié)商需要使用的端口。示例圖如下：

OPC動(dòng)態(tài)端口協(xié)商過(guò)程

上圖中，OPC客戶(hù)端使用5568作為源端口首先向OPC服務(wù)器的135端口發(fā)起連接，連接成功后再經(jīng)過(guò)OPC服務(wù)器分配新端口1118，并通過(guò)接口ISystemActivator的方法RemoteCreateInstance的應(yīng)答報(bào)文返回給客戶(hù)端，之后客戶(hù)端使用5569作為源端口向服務(wù)器的1118端口發(fā)起新的連接用來(lái)后面的真正數(shù)據(jù)的傳輸。

三、面臨的安全威脅

基于OPC協(xié)議的工控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)面臨各種各樣的威脅。在“兩網(wǎng)”融合的大背景下，工業(yè)控制系統(tǒng)的隔離性被打破，面臨來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的威脅空前加劇。無(wú)用端口的開(kāi)放、工業(yè)軟件依賴(lài)的操作系統(tǒng)本身存在的安全漏洞、工業(yè)協(xié)議本身安全性的缺失等等都將給工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)巨大的安全隱患。在真正接入到企業(yè)管理網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)之前，基于OPC協(xié)議的工業(yè)控制系統(tǒng)必須加入相應(yīng)的安全設(shè)備進(jìn)行防護(hù)，才能提高自身網(wǎng)絡(luò)的安全。由于OPC協(xié)議不同與傳統(tǒng)的IT應(yīng)用層協(xié)議，對(duì)OPC協(xié)議的解析深度決定了安全產(chǎn)品在工業(yè)控制系統(tǒng)安全防護(hù)中的真正作用。

四、防護(hù)方案簡(jiǎn)介

1. 傳統(tǒng)IT系統(tǒng)防火墻

如果在基于OPC協(xié)議的工業(yè)控制系統(tǒng)中安裝傳統(tǒng)IT系統(tǒng)防火墻(以下簡(jiǎn)稱(chēng)：傳統(tǒng)防火墻)進(jìn)行防護(hù)，由于傳統(tǒng)防火墻不支持OPC協(xié)議的任何解析，為了能夠保證OPC業(yè)務(wù)的正常使用，不得不開(kāi)放OPC服務(wù)器的所有可開(kāi)放端口，而OPC服務(wù)器可以分配的端口號(hào)范圍很廣-如果OPC服務(wù)器安裝在Windows Server 2008，超過(guò)16000個(gè)端口號(hào)都可能被使用，早期的Windows版本則超過(guò)了48000個(gè)端口號(hào)。

傳統(tǒng)防火墻部署示意圖

上圖中傳統(tǒng)防火墻安裝在企業(yè)管理網(wǎng)和生產(chǎn)控制網(wǎng)的邊界進(jìn)行防護(hù)，由于OPC服務(wù)器可能使用任何可使用的端口來(lái)進(jìn)行真正的數(shù)據(jù)連接，而具體使用的端口號(hào)在響應(yīng)客戶(hù)端請(qǐng)求的應(yīng)答報(bào)文中。傳統(tǒng)防火墻無(wú)法識(shí)別出OPC服務(wù)器具體使用的端口號(hào)，為確保OPC客戶(hù)端可以正常連接OPC服務(wù)器，防火墻需要配置全部端口可訪(fǎng)問(wèn)，這樣的傳統(tǒng)防火墻形同虛設(shè)，生產(chǎn)控制網(wǎng)的門(mén)口大開(kāi)，幾乎安全暴露在攻擊者面前。

2. 端口防護(hù)工業(yè)防火墻

區(qū)別與傳統(tǒng)防火墻，近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的專(zhuān)門(mén)用于防護(hù)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)級(jí)防火墻基本支持了OPC的深度解析，但依據(jù)解析深度的不同，在OPC協(xié)議為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)中，工業(yè)防火墻的防護(hù)能力也有所不同。

對(duì)OPC進(jìn)行簡(jiǎn)單解析的工業(yè)防火墻可以跟蹤OPC連接建立的動(dòng)態(tài)端口，最小化的開(kāi)放工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的端口。如下圖：

端口防護(hù)級(jí)工業(yè)防火墻部署示意圖

端口防護(hù)級(jí)工業(yè)防火墻同樣部署在企業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)和生產(chǎn)控制網(wǎng)的邊界，此時(shí)配置策略只需要配置開(kāi)放OPC服務(wù)器的135端口，當(dāng)OPC客戶(hù)端與服務(wù)器建立連接時(shí)，端口防護(hù)級(jí)防火墻跟蹤并解析OPC服務(wù)器與OPC客戶(hù)端協(xié)商出來(lái)的動(dòng)態(tài)端口，然后自動(dòng)將動(dòng)態(tài)端口加入到防火墻的開(kāi)放端口中，從而最小化開(kāi)放生產(chǎn)控制網(wǎng)的端口，與傳統(tǒng)防火墻相比，防護(hù)能力有了進(jìn)一步提升。

3. 指令防護(hù)工業(yè)防火墻

端口防護(hù)工業(yè)防火墻相比傳統(tǒng)防火墻雖然提升了防護(hù)能力，但攻擊者仍然可以通過(guò)建立的數(shù)據(jù)通道發(fā)送惡意的OPC操作指令，所以?xún)H僅做到動(dòng)態(tài)端口跟蹤還無(wú)法保證基于OPC協(xié)議的工業(yè)控制系統(tǒng)的安全。所以對(duì)OPC協(xié)議的進(jìn)一步解析，催生了指令級(jí)防護(hù)工業(yè)防火墻，這也是目前市面上主流的工業(yè)防火墻。OPC協(xié)議的深度解析要求也加入到了工業(yè)防火墻國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的草稿中(此標(biāo)準(zhǔn)尚未正式發(fā)布)。下圖是指令級(jí)防護(hù)工業(yè)防火墻的典型部署：

指令級(jí)防護(hù)工業(yè)防火墻部署圖

部署在企業(yè)管理網(wǎng)和生產(chǎn)控制網(wǎng)邊界處的指令級(jí)工業(yè)防火墻，深度解析OPC協(xié)議到指令級(jí)別，不僅可以跟蹤OPC服務(wù)器和OPC客戶(hù)端之間協(xié)商的動(dòng)態(tài)端口，最小化開(kāi)放生產(chǎn)控制網(wǎng)的端口，還對(duì)OPC客戶(hù)端與OPC服務(wù)器之間傳輸?shù)闹噶钫?qǐng)求進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，對(duì)于不符合安全要求的操作指令進(jìn)行攔截和報(bào)警，極大提升了基于OPC協(xié)議的工業(yè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。

除了做到指令防護(hù)外，還有更人性化一點(diǎn)的工業(yè)防火墻內(nèi)置只讀模板，滿(mǎn)足使用OPC協(xié)議的大部分業(yè)務(wù)場(chǎng)景，因?yàn)槭褂肙PC協(xié)議的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)一般只是用來(lái)采集數(shù)據(jù)，使用只讀模板來(lái)防護(hù)完全滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)安全要求。工業(yè)防火墻內(nèi)置的只讀模板一鍵部署，安全、方便，降低管理員維護(hù)成本，有效保障工業(yè)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)不被惡意篡改。

4. 優(yōu)缺點(diǎn)比較

五、結(jié)論

隨著國(guó)家網(wǎng)絡(luò)安全法的頒布和國(guó)家“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略的要求，逐漸打破物理隔離的工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)安全的需求越來(lái)越迫切。對(duì)于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有OPC協(xié)議的企業(yè)來(lái)講，綜合自身實(shí)力選擇適合自己的安全防護(hù)產(chǎn)品顯得越來(lái)越重要。而對(duì)OPC協(xié)議的解析到指令級(jí)還不夠，后續(xù)還需要深度解析到OPC協(xié)議操作指令所操作的對(duì)象是否在安全范圍內(nèi)，對(duì)操作對(duì)象的值進(jìn)行安全檢測(cè)，確保OPC協(xié)議發(fā)送的每一個(gè)字節(jié)都是可識(shí)別、可控制、安全無(wú)害的。