工业互联网要警惕身后的魔影

赵敏

2018年09月13日08:19  来源:人民网-中国经济周刊
 
原标题:工业互联网要警惕身后的魔影

  工业互联,方兴未艾。各路设备,加速入网。

  以信息网络技术加速创新与渗透融合为突出特征的新工业革命,正不断加速全球经济数字化转型步伐。世界主要国家竞相把深化制造业与互联网融合、发展工业互联网作为制造业转型升级的重要途径,中国也不例外。

  早在2016年2月,我国就成立了工业互联网产业联盟,力推工业互联网产学研用协同发展。据不完全统计,国内有百余家厂商致力于工业互联网平台的技术和生态发展,既包括航天云网、东土科技等信息技术领域的领先者,也包括海尔、徐工等传统制造商孕育的新行家。

  不过,在看到工业互联网巨大作用的同时,行业自身也越来越关心工业设备互联后的安全问题。8月3日,台积电(台湾积体电路制造股份有限公司)突遭病毒攻击一事再次震动工业互联网业界。数小时内,这家全世界最大的半导体代工厂的多个芯片制造厂受到波及,多条生产线被迫停产,这也是半导体制造业罕见的安全事故。

  这样的安全事件并非第一次,当然更不会是最后一次。从早些年伊朗的“震网事件”到去年肆虐全球的勒索病毒,再到这次台积电遭病毒攻击,一次次看似不同的安全事件,其实隐含着相同的规律,偶然中潜伏着必然,这不能不引起人们对万物互联时代安全的担忧、警惕和应对。

  前言

  世界又多了个“赛博空间”

  与上个世纪相比,今天的世界有了很大变化:世界之上叠加了一个赛博空间。

  什么是赛博空间?

  赛博空间(Cyberspace)是哲学和计算机领域中的一个抽象概念,指在计算机及计算机网络里的虚拟现实。赛博空间一词是控制论(cybernetics)和空间(space)两个词的组合,是由居住在加拿大的科幻小说作家威廉?吉布森在1982年发表于《omni》杂志的短篇小说《全息玫瑰碎片(Burning Chrome)》中首创造,并在后来的小说《神经漫游者》中被普及。

  高度重视赛博空间的美国国防部,早在2009年就组织出版了《赛博力量和国家安全》一书,书中这样定义赛博空间:

  赛博空间是一个可操作的领域,由电磁频谱、电子系统及网络化基础设施三部分组成,人类通过电子技术和电磁频谱进入该领域,进行信息的创建、存储、修改、交换和利用。该定义强调赛博空间包含三个基本部分:

  1.电磁频谱——主要指远程控制与信息承载能力;

  2.电子系统——主要指计算机所形成的计算能力;

  3.网络设施——主要指基于网络的互联互通能力。

  国内出版的《三体智能革命》一书则是这样定义赛博空间:20世纪的赛博空间是一个抽象的科技概念,指在计算机以及计算机网络里的数字化虚拟现实。

  一直以来,很多人认为用一个“数字空间”就可做计算、存储和无线传输,这是不可能实现的。数字空间仅仅是一个二进制数理系统,所有的“1、0”的具体实现,都必须有能量、有载体。目前最方便的能量场是电(做计算)、磁(做存储)和电磁波(无线传输),一切不谈能量场或电磁波的“数字空间”都是虚幻的假说。

  正是这个赛博空间,让电磁场以比特数据流的载体形式存在。无形无态的比特数据流可由人来构建和管控,彼此间以数字化信息的方式互联,可以通达并控制与其连接的物理设备,其作用范围伴随着电磁波的运动可以无限延伸,例如人类利用电磁波对人造系统(旅行者1号)的作用已经达到170亿公里。

  在赛博空间中,诸多事物的特点是:

  1.每一个物理设备都在赛博空间中有了名称、位置、功能等基本数据,甚至建立了与物理设备完全虚实映射的“数字孪生体”;

  2.不仅物理设备与数字孪生体之间是彼此互联互通的,而且数字孪生体之间也是互联互通的;

  3.工业物联网和工业互联网(统称“工联网”)的迅猛发展,既让越来越多的物理设备成为终端入口,也让这些物理设备成为被侵害的牺牲品。

  总而言之,赛博空间,无处不在。原本互不相连的事物经由赛博空间中的数据通道(简称“赛博通道”)联到了一起。因此,正常善意的赛博通道建立了,异常恶意的赛博通道也建立了。天使与魔鬼同在。

  实际上,在赛博空间经常发生的4种恶意行为,如同悬在工联网头上的4把达摩克利斯之剑,随时都可能落下。这四把剑是黑客攻击之“暗剑”、木马植入之“毒剑”、软件后门之“阴剑”、为钱卖钥之“鬼剑”,都是经由赛博通道发生。

  不管你是否看得到,只要你行走在赛博空间,只要你使用任何一种可以联网的终端产品建立起赛博通道,4把利剑就高悬在那里,是否砍到你的头上,那就要看你的技术与防御能力,还有你的运气。

  工业互联网头悬四把利剑

  黑客攻击之“暗剑”

  2015年12月23日15:30,乌克兰西部伊万诺-弗兰科夫斯克电力控制中心。运维人员猛然发现,计算机屏幕上的光标被一只看不见的“幽灵之手”控制了,光标指向屏幕上的变电站断路器按钮,一个断路器被断开。城外某区域内数以千计的居民立即陷入黑暗和寒冷。随后一个又一个断路器被“幽灵之手”断开,最终导致约30座变电站下线,两座配电中心停摆,23万当地居民无电可用。

  虽然变电站在数小时后以手动方式恢复了电力供应,但黑客们对16座变电站的断路器设备固件(指嵌入式软件)进行了改写,用恶意固件替代了合法固件,这些断路器全部失灵,任凭黑客摆布。高大上的供电设备似乎被武功高手点了穴,瘫倒在地。

  你看不见它们,但它们却可以接管并攻击你的设备,这就是黑客刺向受害者的“暗剑”。刀光剑影闪过,一片狼藉,设备尸横遍野。

  事实上,乌克兰电站拥有强大的安全防火墙,其控制系统的安全水平比美国境内部分设施还要高。可即使在如此强悍防御措施下,经过“完美预谋和精心组织”,黑客仍然攻破了电站防线。

  在更早的2008年8月5日,里海石油大动脉“巴库-第比利斯-杰伊汉石油管道”30号阀门站因遭受攻击在土耳其境内发生爆炸。令人奇怪的是,攻击阀门站的武器并非炸弹,而是黑客,而黑客进入控制系统的切入点竟是监控摄像头。

  黑客利用监控摄像头存在的通信软件漏洞,用一个恶意程序建立了随时可进入内部系统的赛博通道,接下来的攻击行动就很简单了。在不触动警报的情况下,黑客通过加大石油管道内的压力,当压力大到管道或阀门难以承受时,爆炸就发生了。

  2015年,两名黑客查理·米勒和克里斯·瓦拉赛克就曾演示过如何侵入Uconnect车载系统。利用Uconnect软件的缺陷,很容易从任何接入互联网的地方展开攻击,远程获取汽车的关键功能操作权限,利用汽车CAN总线将恶意控制信息发送至电子控制单元,由此而控制汽车的物理系统——如启动雨刷、调大冷风、踩下刹车、让引擎熄火、令所有电子设备宕机等。幸好这两位是白帽子黑客(指不做坏事的黑客)——他们是在通知了原厂商9个月后才对外公布Uconnect漏洞的。也许在不远的将来,一辆无人驾驶汽车被恐怖分子劫持,加速撞向某个指定目标,这是否有可能发生?

  明枪易躲,暗“剑”难防。人为刀俎,汝为鱼肉。这是“暗剑”的显著特点。

  这些安全隐患皆源于软件缺陷、赛博通道以及意想不到的疏漏。设备太多,防护太少。防不胜防。

  木马植入之“毒剑”

  木马病毒植入最具代表性的案例,当属大规模破坏了伊朗浓缩铀工厂离心机的“震网”病毒。

  伊朗浓缩铀工厂的离心机是仿制的法国老产品,加工精度差,承压性差,只能低速运转,而且是完全物理隔离的。但是,美以情报部门通过长时间的研究与合作,设计出了最强的“震网”病毒,通过加速旋转摧毁了大批离心机,“效果比全炸毁还好”,主要步骤可谓精心设计。

  无形植入:通过感染所有潜在工作者(如西门子员工)的U盘,病毒不知不觉被带入工厂。伊朗方面会用查杀病毒软件做常规检测,但这种病毒根本查不出来。病毒悄悄嵌入系统,使杀毒软件看不到病毒文件名。如果杀毒软件扫描U盘,木马就修改扫描命令并返回一个正常的扫描结果!

  感染传播:利用电脑系统的.lnk漏洞、Windows键盘文件漏洞、打印缓冲漏洞来传播病毒,8种感染方式确保电脑内网上的病毒都会相互自动更新和互补。

  动态隐藏:把所需的代码存放在虚拟文件中,重写系统的API(应用程序接口)以将自己藏入,每当系统有程序访问这些API时就会将病毒代码调入内存。

  内存运行:病毒会在内存中运行时自动判断CPU负载情况,只在轻载时运行,以避免系统速度表现异常而被发现。关机后代码消失,开机病毒重启。

  精选目标:由于铀浓缩厂使用了西门子S7-315和S7-417两个型号的PLC(可编程逻辑控制器),病毒就把它们作为目标。如果网内没有这两种PLC,病毒就潜伏。如找到目标,病毒利用Step 7软件中漏洞突破后台权限,并感染数据库,于是所有使用该软件连接数据库的人的电脑和U盘都被感染,他们都变成了病毒输送者。

  巧妙攻击:在难以察觉中,病毒对其选中的某些离心机进行加速,让离心机承受不可承受的高转速而损毁。初期伊朗人还以为这种损坏仅仅是设备本身的质量问题,直到发现大量设备损毁之后,才醒悟过来,但为时已晚。

  2017年5月13日,坊间被一款名为WanaCrypt0r 2.0的比特币勒索病毒爆发的消息刷屏,该病毒大规模集中爆发于英国医疗机构以及中国高校。一时间,人人自危,谈勒索病毒色变。刚刚应对完过去这一波勒索病毒,很多人还没有喘过气来,当年6月27日晚间,一波大规模PetyaWrap勒索蠕虫病毒攻击再度席卷全球。近百个国家的政府部门、银行、电力系统、通信系统、企业以及机场等都不同程度地受到影响。不少依靠网络设备进行“无纸办公”的政府部门,重新用上了纸文件,加油站、医疗设备停止运行,待抢救的病人只能等死。

  剑上涂毒,见血封喉;伪装潜伏,择机爆发。这是“毒剑”的显著特点。

  由此可见,软件的漏洞让诸如“震网”这类病毒变得无比狡猾,且让病毒攻击变得很有针对性。谁能说赛博通道是安全的?谁又能说在我国某地或某企业的内网中,一定没有类似“震网”病毒存在呢?

  软件后门之“阴剑”

  目前国内在用的工业软件中,国外的软件普遍具有明显优势。在大型央企、国企、民企等关键企业中,国外软件占据垄断地位。这些软件多数为美、欧、日等西方发达国家开发,并且绝大多数对中国客户不开放源代码,特别是近年来这些软件又都融合了互联网技术。

  根据笔者多年来在企业调研和在市场上观察到的种种现象,在泄露商业机密和军工机密的案例中,除了国外黑客网络攻击和木马病毒植入之外,国外软件的数据“走后门”现象也十分普遍。这种现象大致源于两种情况:

  一是软件原厂商为了改进产品质量,对用户使用软件产品的情况进行跟踪。厂商希望通过收集使用大数据,找出用户的使用习惯和操作不便之处,以便在后期版本中改进软件功能。这种收集数据的出发点是善意的,通常也用“是否愿意加入XX产品的改进计划”的名义问询用户的意愿。

  二是完全出于某种不可告人的目的,特定设计的软件“后门”。如果安装使用软件的电脑是联网的,那么某些“厂商所需数据”就在以某种触发机制(如按照累积量)随机或定时发送。如果电脑是不联网(如物理隔绝)的,那么就伺机寻找网络发送。其实这种发送机制已经就是“明偷暗抢”了。只不过,用户可能知道,也可能不知道,即使知道了也没办法制止。因为软件代码都是不可见的二进制执行代码,通常很难查出这种后门发送数据的代码处于软件中的位置。

  阴损之剑,杀人无形;每日一剑,伤皮放血。这是“阴剑”的显著特点。

  企业里的各种杀毒软件,对软件后门是发现不了的,因为软件后门并非病毒,而是前门紧闭,后门洞开,开门揖盗。长此以往,情况就会变得严重。国外软件厂商(和情报部门)甚至能对央企、国企的人事变动、管理规章、内部报价、产品数据、合同文本、谈判条款等机密数据一清二楚,即使在服务器物理隔绝的状态下,有些数据仍可能外泄。

  为钱卖钥之“鬼剑”

  6月25日,发生在两年前的国内一个工程领域的盗窃大案宣判,案值涉及近10亿元,首犯仅判4年半,内鬼获刑两年半。

  事情起源于2016年3月,国内某工程机械企业不断接到各地分公司反馈称,多台已销售出的设备突然失联,从该企业的控制大屏幕上莫名其妙地“消失”了。随后,“消失”的设备越来越多,数量多达千台,价值近10亿元。

  该企业检查发现,连接设备的远程监控系统(简称ECC系统)被人非法解锁破坏,使该企业对在外的工程机械设备失去了网络监控能力。

  国内大部分工程机械企业都会在泵车中安装类似的远程操控系统,系统内置的传感器会把泵车的GPS位置信息、耗油、机器运行时间等数据传回总部。因为这类大型设备较为昂贵,客户很难一次全款买断,往往采用“按揭销售”的形式购买:泵车开机干活就付钱,停机就无需付费,这原本是一个对双方都有利的“结果经济”模式。工程机械企业对泵车的基本控制思路是,如果客户每个月正常还款,则泵车运行正常;如果还款延后,泵车的运行效率会降为正常情况下的30%至50%;如果一再拖延,泵车就会被锁死,无法运转。

  警方发现,破坏ECC系统的是一群熟知系统后台操作的团伙成员。其中一名成员竟然是该企业在职员工。另一名成员虽然在2013年离职,但同为熟知ECC系统操作的技术人员。他们合伙利用ECC系统的软件漏洞进行远程解锁,几分钟就可以解锁一台设备GPS,非法获利一两万元。该团伙一而再再而三地作案,最终酿成震惊全国的大案。

  家有内鬼,鬼必作祟;“鬼剑”刺处,机失难追。这是“鬼剑”的显著特点。

  再好、再严密的设备防御措施,也禁不住内鬼为钱卖钥,贪财解锁。其实,无论多么严密的设备上网防护措施,多么完美的加密算法,当人心有鬼时,防护都可以破解。最可靠的加密钥匙,是人心、制度和法律。

  如果按照此案的涉案值而不是按照其获利额度来判决的话,首犯起码应该入狱10年以上。乱世用重典,如果此案重判,可能未来鲜有人敢做此事。看来,与工联网相适应的法律条款,仍然在不断完善和修订的路上。

  后记

  赛博空间,谁主沉浮

  设备联网了,数据流通了,控制精准了,管理提升了……工联网仅仅呈现这些正面美好的景象吗?每遇重大判断,笔者常做反向思考:万物互联的反面是什么?或如“祸兮福所倚,福兮祸所伏”。

  显然,4把达摩克利斯之剑高悬于工联网之上。如果仔细寻找,恐怕还不止于此。

  在对工联网的认知中,太多人都在强调:“网络是基础,平台是核心,安全是保障。”但知行难以合一,人有认知局限和惰性,往往后知后觉。剑不砍在自己身上,并不能体察彻骨之痛,亦难做到未雨绸缪。

  病毒、黑客、后门、内鬼,无论哪一把剑都足以让企业鲜血淋漓。4种灾害场景的区别仅仅是,企业感受到身上有多少道伤口,流了多少血,是否致命。

  牛顿曾言:“给我一个支点,我可以撬动地球。”今人亦言:“给我一个赛博通道,我可以隔空打牛。”到了工联网时代,一切都可以互联互通互操作,比特数据已经可以往返太阳系边缘,遍布全球的无数终端形成了无数赛博通道。

  此间,究竟是谁来操控谁?笔者以为,一定是恶意侵入者操控毫无防范者,黑客高手操控技术菜鸟,赛博强国操控赛博弱国。无他。

  若没有技术金盾、严格内控以及法律重典,工联网就难有不破金身,也就难以健康发展。

(责编:赵超、毕磊)