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工業互聯網要警惕身后的魔影

趙敏
2018年09月13日08:19 | 來源:人民網-中國經濟周刊
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原標題:工業互聯網要警惕身后的魔影

  工業互聯,方興未艾。各路設備,加速入網。

  以信息網絡技術加速創新與滲透融合為突出特征的新工業革命,正不斷加速全球經濟數字化轉型步伐。世界主要國家競相把深化制造業與互聯網融合、發展工業互聯網作為制造業轉型升級的重要途徑,中國也不例外。

  早在2016年2月,我國就成立了工業互聯網產業聯盟,力推工業互聯網產學研用協同發展。據不完全統計,國內有百余家廠商致力於工業互聯網平台的技術和生態發展,既包括航天雲網、東土科技等信息技術領域的領先者,也包括海爾、徐工等傳統制造商孕育的新行家。

  不過,在看到工業互聯網巨大作用的同時,行業自身也越來越關心工業設備互聯后的安全問題。8月3日,台積電(台灣積體電路制造股份有限公司)突遭病毒攻擊一事再次震動工業互聯網業界。數小時內,這家全世界最大的半導體代工廠的多個芯片制造廠受到波及,多條生產線被迫停產,這也是半導體制造業罕見的安全事故。

  這樣的安全事件並非第一次,當然更不會是最后一次。從早些年伊朗的“震網事件”到去年肆虐全球的勒索病毒,再到這次台積電遭病毒攻擊,一次次看似不同的安全事件,其實隱含著相同的規律,偶然中潛伏著必然,這不能不引起人們對萬物互聯時代安全的擔憂、警惕和應對。

  前言

  世界又多了個“賽博空間”

  與上個世紀相比,今天的世界有了很大變化:世界之上疊加了一個賽博空間。

  什麼是賽博空間?

  賽博空間(Cyberspace)是哲學和計算機領域中的一個抽象概念,指在計算機及計算機網絡裡的虛擬現實。賽博空間一詞是控制論(cybernetics)和空間(space)兩個詞的組合,是由居住在加拿大的科幻小說作家威廉?吉布森在1982年發表於《omni》雜志的短篇小說《全息玫瑰碎片(Burning Chrome)》中首創造,並在后來的小說《神經漫游者》中被普及。

  高度重視賽博空間的美國國防部,早在2009年就組織出版了《賽博力量和國家安全》一書,書中這樣定義賽博空間:

  賽博空間是一個可操作的領域,由電磁頻譜、電子系統及網絡化基礎設施三部分組成,人類通過電子技術和電磁頻譜進入該領域,進行信息的創建、存儲、修改、交換和利用。該定義強調賽博空間包含三個基本部分:

  1.電磁頻譜——主要指遠程控制與信息承載能力﹔

  2.電子系統——主要指計算機所形成的計算能力﹔

  3.網絡設施——主要指基於網絡的互聯互通能力。

  國內出版的《三體智能革命》一書則是這樣定義賽博空間:20世紀的賽博空間是一個抽象的科技概念,指在計算機以及計算機網絡裡的數字化虛擬現實。

  一直以來,很多人認為用一個“數字空間”就可做計算、存儲和無線傳輸,這是不可能實現的。數字空間僅僅是一個二進制數理系統,所有的“1、0”的具體實現,都必須有能量、有載體。目前最方便的能量場是電(做計算)、磁(做存儲)和電磁波(無線傳輸),一切不談能量場或電磁波的“數字空間”都是虛幻的假說。

  正是這個賽博空間,讓電磁場以比特數據流的載體形式存在。無形無態的比特數據流可由人來構建和管控,彼此間以數字化信息的方式互聯,可以通達並控制與其連接的物理設備,其作用范圍伴隨著電磁波的運動可以無限延伸,例如人類利用電磁波對人造系統(旅行者1號)的作用已經達到170億公裡。

  在賽博空間中,諸多事物的特點是:

  1.每一個物理設備都在賽博空間中有了名稱、位置、功能等基本數據,甚至建立了與物理設備完全虛實映射的“數字孿生體”﹔

  2.不僅物理設備與數字孿生體之間是彼此互聯互通的,而且數字孿生體之間也是互聯互通的﹔

  3.工業物聯網和工業互聯網(統稱“工聯網”)的迅猛發展,既讓越來越多的物理設備成為終端入口,也讓這些物理設備成為被侵害的犧牲品。

  總而言之,賽博空間,無處不在。原本互不相連的事物經由賽博空間中的數據通道(簡稱“賽博通道”)聯到了一起。因此,正常善意的賽博通道建立了,異常惡意的賽博通道也建立了。天使與魔鬼同在。

  實際上,在賽博空間經常發生的4種惡意行為,如同懸在工聯網頭上的4把達摩克利斯之劍,隨時都可能落下。這四把劍是黑客攻擊之“暗劍”、木馬植入之“毒劍”、軟件后門之“陰劍”、為錢賣鑰之“鬼劍”,都是經由賽博通道發生。

  不管你是否看得到,隻要你行走在賽博空間,隻要你使用任何一種可以聯網的終端產品建立起賽博通道,4把利劍就高懸在那裡,是否砍到你的頭上,那就要看你的技術與防御能力,還有你的運氣。

  工業互聯網頭懸四把利劍

  黑客攻擊之“暗劍”

  2015年12月23日15:30,烏克蘭西部伊萬諾-弗蘭科夫斯克電力控制中心。運維人員猛然發現,計算機屏幕上的光標被一隻看不見的“幽靈之手”控制了,光標指向屏幕上的變電站斷路器按鈕,一個斷路器被斷開。城外某區域內數以千計的居民立即陷入黑暗和寒冷。隨后一個又一個斷路器被“幽靈之手”斷開,最終導致約30座變電站下線,兩座配電中心停擺,23萬當地居民無電可用。

  雖然變電站在數小時后以手動方式恢復了電力供應,但黑客們對16座變電站的斷路器設備固件(指嵌入式軟件)進行了改寫,用惡意固件替代了合法固件,這些斷路器全部失靈,任憑黑客擺布。高大上的供電設備似乎被武功高手點了穴,癱倒在地。

  你看不見它們,但它們卻可以接管並攻擊你的設備,這就是黑客刺向受害者的“暗劍”。刀光劍影閃過,一片狼藉,設備尸橫遍野。

  事實上,烏克蘭電站擁有強大的安全防火牆,其控制系統的安全水平比美國境內部分設施還要高。可即使在如此強悍防御措施下,經過“完美預謀和精心組織”,黑客仍然攻破了電站防線。

  在更早的2008年8月5日,裡海石油大動脈“巴庫-第比利斯-杰伊漢石油管道”30號閥門站因遭受攻擊在土耳其境內發生爆炸。令人奇怪的是,攻擊閥門站的武器並非炸彈,而是黑客,而黑客進入控制系統的切入點竟是監控攝像頭。

  黑客利用監控攝像頭存在的通信軟件漏洞,用一個惡意程序建立了隨時可進入內部系統的賽博通道,接下來的攻擊行動就很簡單了。在不觸動警報的情況下,黑客通過加大石油管道內的壓力,當壓力大到管道或閥門難以承受時,爆炸就發生了。

  2015年,兩名黑客查理·米勒和克裡斯·瓦拉賽克就曾演示過如何侵入Uconnect車載系統。利用Uconnect軟件的缺陷,很容易從任何接入互聯網的地方展開攻擊,遠程獲取汽車的關鍵功能操作權限,利用汽車CAN總線將惡意控制信息發送至電子控制單元,由此而控制汽車的物理系統——如啟動雨刷、調大冷風、踩下剎車、讓引擎熄火、令所有電子設備宕機等。幸好這兩位是白帽子黑客(指不做壞事的黑客)——他們是在通知了原廠商9個月后才對外公布Uconnect漏洞的。也許在不遠的將來,一輛無人駕駛汽車被恐怖分子劫持,加速撞向某個指定目標,這是否有可能發生?

  明槍易躲,暗“劍”難防。人為刀俎,汝為魚肉。這是“暗劍”的顯著特點。

  這些安全隱患皆源於軟件缺陷、賽博通道以及意想不到的疏漏。設備太多,防護太少。防不勝防。

  木馬植入之“毒劍”

  木馬病毒植入最具代表性的案例,當屬大規模破壞了伊朗濃縮鈾工廠離心機的“震網”病毒。

  伊朗濃縮鈾工廠的離心機是仿制的法國老產品,加工精度差,承壓性差,隻能低速運轉,而且是完全物理隔離的。但是,美以情報部門通過長時間的研究與合作,設計出了最強的“震網”病毒,通過加速旋轉摧毀了大批離心機,“效果比全炸毀還好”,主要步驟可謂精心設計。

  無形植入:通過感染所有潛在工作者(如西門子員工)的U盤,病毒不知不覺被帶入工廠。伊朗方面會用查殺病毒軟件做常規檢測,但這種病毒根本查不出來。病毒悄悄嵌入系統,使殺毒軟件看不到病毒文件名。如果殺毒軟件掃描U盤,木馬就修改掃描命令並返回一個正常的掃描結果!

  感染傳播:利用電腦系統的.lnk漏洞、Windows鍵盤文件漏洞、打印緩沖漏洞來傳播病毒,8種感染方式確保電腦內網上的病毒都會相互自動更新和互補。

  動態隱藏:把所需的代碼存放在虛擬文件中,重寫系統的API(應用程序接口)以將自己藏入,每當系統有程序訪問這些API時就會將病毒代碼調入內存。

  內存運行:病毒會在內存中運行時自動判斷CPU負載情況,隻在輕載時運行,以避免系統速度表現異常而被發現。關機后代碼消失,開機病毒重啟。

  精選目標:由於鈾濃縮廠使用了西門子S7-315和S7-417兩個型號的PLC(可編程邏輯控制器),病毒就把它們作為目標。如果網內沒有這兩種PLC,病毒就潛伏。如找到目標,病毒利用Step 7軟件中漏洞突破后台權限,並感染數據庫,於是所有使用該軟件連接數據庫的人的電腦和U盤都被感染,他們都變成了病毒輸送者。

  巧妙攻擊:在難以察覺中,病毒對其選中的某些離心機進行加速,讓離心機承受不可承受的高轉速而損毀。初期伊朗人還以為這種損壞僅僅是設備本身的質量問題,直到發現大量設備損毀之后,才醒悟過來,但為時已晚。

  2017年5月13日,坊間被一款名為WanaCrypt0r 2.0的比特幣勒索病毒爆發的消息刷屏,該病毒大規模集中爆發於英國醫療機構以及中國高校。一時間,人人自危,談勒索病毒色變。剛剛應對完過去這一波勒索病毒,很多人還沒有喘過氣來,當年6月27日晚間,一波大規模PetyaWrap勒索蠕虫病毒攻擊再度席卷全球。近百個國家的政府部門、銀行、電力系統、通信系統、企業以及機場等都不同程度地受到影響。不少依靠網絡設備進行“無紙辦公”的政府部門,重新用上了紙文件,加油站、醫療設備停止運行,待搶救的病人隻能等死。

  劍上涂毒,見血封喉﹔偽裝潛伏,擇機爆發。這是“毒劍”的顯著特點。

  由此可見,軟件的漏洞讓諸如“震網”這類病毒變得無比狡猾,且讓病毒攻擊變得很有針對性。誰能說賽博通道是安全的?誰又能說在我國某地或某企業的內網中,一定沒有類似“震網”病毒存在呢?

  軟件后門之“陰劍”

  目前國內在用的工業軟件中,國外的軟件普遍具有明顯優勢。在大型央企、國企、民企等關鍵企業中,國外軟件佔據壟斷地位。這些軟件多數為美、歐、日等西方發達國家開發,並且絕大多數對中國客戶不開放源代碼,特別是近年來這些軟件又都融合了互聯網技術。

  根據筆者多年來在企業調研和在市場上觀察到的種種現象,在泄露商業機密和軍工機密的案例中,除了國外黑客網絡攻擊和木馬病毒植入之外,國外軟件的數據“走后門”現象也十分普遍。這種現象大致源於兩種情況:

  一是軟件原廠商為了改進產品質量,對用戶使用軟件產品的情況進行跟蹤。廠商希望通過收集使用大數據,找出用戶的使用習慣和操作不便之處,以便在后期版本中改進軟件功能。這種收集數據的出發點是善意的,通常也用“是否願意加入XX產品的改進計劃”的名義問詢用戶的意願。

  二是完全出於某種不可告人的目的,特定設計的軟件“后門”。如果安裝使用軟件的電腦是聯網的,那麼某些“廠商所需數據”就在以某種觸發機制(如按照累積量)隨機或定時發送。如果電腦是不聯網(如物理隔絕)的,那麼就伺機尋找網絡發送。其實這種發送機制已經就是“明偷暗搶”了。隻不過,用戶可能知道,也可能不知道,即使知道了也沒辦法制止。因為軟件代碼都是不可見的二進制執行代碼,通常很難查出這種后門發送數據的代碼處於軟件中的位置。

  陰損之劍,殺人無形﹔每日一劍,傷皮放血。這是“陰劍”的顯著特點。

  企業裡的各種殺毒軟件,對軟件后門是發現不了的,因為軟件后門並非病毒,而是前門緊閉,后門洞開,開門揖盜。長此以往,情況就會變得嚴重。國外軟件廠商(和情報部門)甚至能對央企、國企的人事變動、管理規章、內部報價、產品數據、合同文本、談判條款等機密數據一清二楚,即使在服務器物理隔絕的狀態下,有些數據仍可能外泄。

  為錢賣鑰之“鬼劍”

  6月25日,發生在兩年前的國內一個工程領域的盜竊大案宣判,案值涉及近10億元,首犯僅判4年半,內鬼獲刑兩年半。

  事情起源於2016年3月,國內某工程機械企業不斷接到各地分公司反饋稱,多台已銷售出的設備突然失聯,從該企業的控制大屏幕上莫名其妙地“消失”了。隨后,“消失”的設備越來越多,數量多達千台,價值近10億元。

  該企業檢查發現,連接設備的遠程監控系統(簡稱ECC系統)被人非法解鎖破壞,使該企業對在外的工程機械設備失去了網絡監控能力。

  國內大部分工程機械企業都會在泵車中安裝類似的遠程操控系統,系統內置的傳感器會把泵車的GPS位置信息、耗油、機器運行時間等數據傳回總部。因為這類大型設備較為昂貴,客戶很難一次全款買斷,往往採用“按揭銷售”的形式購買:泵車開機干活就付錢,停機就無需付費,這原本是一個對雙方都有利的“結果經濟”模式。工程機械企業對泵車的基本控制思路是,如果客戶每個月正常還款,則泵車運行正常﹔如果還款延后,泵車的運行效率會降為正常情況下的30%至50%﹔如果一再拖延,泵車就會被鎖死,無法運轉。

  警方發現,破壞ECC系統的是一群熟知系統后台操作的團伙成員。其中一名成員竟然是該企業在職員工。另一名成員雖然在2013年離職,但同為熟知ECC系統操作的技術人員。他們合伙利用ECC系統的軟件漏洞進行遠程解鎖,幾分鐘就可以解鎖一台設備GPS,非法獲利一兩萬元。該團伙一而再再而三地作案,最終釀成震驚全國的大案。

  家有內鬼,鬼必作祟﹔“鬼劍”刺處,機失難追。這是“鬼劍”的顯著特點。

  再好、再嚴密的設備防御措施,也禁不住內鬼為錢賣鑰,貪財解鎖。其實,無論多麼嚴密的設備上網防護措施,多麼完美的加密算法,當人心有鬼時,防護都可以破解。最可靠的加密鑰匙,是人心、制度和法律。

  如果按照此案的涉案值而不是按照其獲利額度來判決的話,首犯起碼應該入獄10年以上。亂世用重典,如果此案重判,可能未來鮮有人敢做此事。看來,與工聯網相適應的法律條款,仍然在不斷完善和修訂的路上。

  后記

  賽博空間,誰主沉浮

  設備聯網了,數據流通了,控制精准了,管理提升了……工聯網僅僅呈現這些正面美好的景象嗎?每遇重大判斷,筆者常做反向思考:萬物互聯的反面是什麼?或如“禍兮福所倚,福兮禍所伏”。

  顯然,4把達摩克利斯之劍高懸於工聯網之上。如果仔細尋找,恐怕還不止於此。

  在對工聯網的認知中,太多人都在強調:“網絡是基礎,平台是核心,安全是保障。”但知行難以合一,人有認知局限和惰性,往往后知后覺。劍不砍在自己身上,並不能體察徹骨之痛,亦難做到未雨綢繆。

  病毒、黑客、后門、內鬼,無論哪一把劍都足以讓企業鮮血淋漓。4種災害場景的區別僅僅是,企業感受到身上有多少道傷口,流了多少血,是否致命。

  牛頓曾言:“給我一個支點,我可以撬動地球。”今人亦言:“給我一個賽博通道,我可以隔空打牛。”到了工聯網時代,一切都可以互聯互通互操作,比特數據已經可以往返太陽系邊緣,遍布全球的無數終端形成了無數賽博通道。

  此間,究竟是誰來操控誰?筆者以為,一定是惡意侵入者操控毫無防范者,黑客高手操控技術菜鳥,賽博強國操控賽博弱國。無他。

  若沒有技術金盾、嚴格內控以及法律重典,工聯網就難有不破金身,也就難以健康發展。

(責編:趙超、畢磊)

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