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工业4.0带来的信息安全挑战
德国是全球制造业中最具竞争力的国家之一，其装备制造业世界领先。这在很大程度上源于德国在创新工业科技上的研发，以及在复杂工业过程上的专业化管理。德国拥有强大的机械和装备制造业，在全球信息技术领域占据重要地位，并在嵌入式系统和自动化工程方面具有很高的技术水平，这些因素共同奠定了德国在制造工业上的领军地位。作为全球工业实力最为强劲的国家之一，德国在新时代发展压力下，为进一步增强国际竞争力，于2011年提出“工业4.0”概念，并在2013年的汉诺威工业博览会上正式推出。“工业4.0”在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子等德国学术界和产业界的建议和推动下形成，由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助，并已上升为国家级战略。德国联邦政府计划投入2亿欧元资金，支持此新一代革命性技术的研发与创新。
“工业4.0”包含了由集中式控制向分散式智能化控制的转变，以及全新的涵盖整个价值链的商业模式和合作模式，目标是建立一个高度灵活、个性化、数字化和网络化的产品与服务的生产模式。“工业4.0”主要通过深度应用ICT（InformationCommunication Technology, 信息通信技术）技术，总体掌控从消费需求到生产制造的所有过程，由此实现高效生产管理。通过ICT技术，“工业4.0”将工厂内所有设备联网，形成“智能工厂”，是从嵌入式系统和网络技术向信息物理系统（Cyber Physical System, CPS）发展的技术进化，是物联网和服务与工业制造的结合。CPS系统把计算与通信深深地嵌入实物过程，使之与实物过程密切互动，从而给实物系统添加新的能力，这种CPS系统小如心脏起搏器，大如国家电网，与人民生活、经济运行，国家发展息息相关。物联网、服务互联网以及数据网将取代传统封闭性的制造系统成为未来工业的基础。
“工业4.0”需要实现以下主要特性：（1）价值网络的横向集成；（2）纵向集成和网络化制造；（3）端到端的工程数字化集成。可见，集成、网络化和数字化是“工业4.0”的主要特性，随着集成与网络化的逐步实现，未来智能化工业系统在功能安全、信息安全、可靠性、健壮性等方面将面临巨大挑战，特别功能安全、信息安全是“工业4.0”必须解决的问题。“工业4.0”面临的信息安全挑战主要包括：
1)集成带来的信息安全挑战
工业企业的系统集成包含不同功能、不同厂商系统的横向集成，也包含不同层级系统的纵向集成，系统集成打破了企业原有安全域的划分，使新安全域的划分变得复杂、困难，使网络边界防护变得至关重要；工业控制系统和信息系统具有长生命周期，因此工业企业中普遍存在含有大量信息安全漏洞的遗留系统，系统集成使含有漏洞的遗留系统成为工业企业的信息安全短板；系统集成包括数据集成、信息集成和知识集成，系统集成首先需要实现不同系统中的异构数据的集成，因此异构数据的统一安全防护成为系统集成的安全重点；“工业4.0”的集成不但强调物理系统之间的集成，也强调人与系统的集成，人为因素的引入为信息安全带来许多不确定因素。
2)网络化带来的信息安全挑战
网络化是“工业4.0”的重要支撑，工业企业的内部网络互联，以及企业内部网络与互联网互联在支持工业智能化的同时，将企业内部网络暴露在更大的威胁面下；另外，工业控制系统中通用和新型网络技术的引入，也将普通网络和信息系统中的安全漏洞带入到工业控制系统中。
3)嵌入式系统信息安全挑战
“工业4.0”是CPS在工业领域中的发展与应用，CPS的基础是嵌入式系统和网络互联。然而，嵌入式系统封装严密，结构复杂，种类多样，导致CPS基础芯片和技术在安全可知、可控方面存在诸多挑战。另外，嵌入式系统为资源受限系统，在有限资源上兼顾系统的功能、性能和安全性具有更大难度。
4)网络IP化带来的信息安全挑战
CPS中网络互联发展的一个重要趋势是CPS网络的IP化，特别是IPv6技术向CPS的延伸。IPv6技术中对物理层（PHY）、介质访问控制层（MAC）等协议的重新定义，以及在网络层、终端设备功耗等方面的修改与优化，使得现有的信息安全技术难以简单应用于新型IP网络，大规模、高性能、新型IP网络的安全问题将成为CPS的重要安全挑战。
5)全价值链集成带来的信息安全挑战
“工业4.0”要求实现全价值链的生产和服务集成，因此信息安全问题不再是单个企业的问题，而将成为全产业链共同面对的问题。在经济全球化的浪潮下，全球企业参与到整个产业链中来，不同国家地区的信息安全战略和政策法规存在差异，产业链中各个企业的信息安全意识和规章制度不尽相同，在信息安全方面的投入参差不齐。在全价值链集成的环境下，整个价值链中任何一个环节发生信息安全事件都将对整个价值链造成影响，因此，全球化、全产业链的信息安全问题是“工业4.0”的一项重要挑战。
6)移动互联网带来的信息安全挑战
移动通信技术的发展使移动互联网在工业中的应用日益广泛，移动通信将是“工业4.0”的一大特性。移动网络的开放性、移动终端的多样性和不可控性、以及移动通信协议的多样性和成熟程度，都为移动互联网带来重大安全挑战。此外，无线网络是恶意攻击的重要途径之一。
7)信息安全与可靠性、健壮性、性能相互影响存在的挑战
工业控制系统直接影响生产过程中的现实物理设备，一但发生故障、失效，将对人员、企业财产、甚至环境、国家带来严重危害，因此，工业控制系统对可靠性、健壮性、性能具有很高要求。工业控制系统的可靠性、健壮性和性能与安全性相互影响，协调与平衡这几者之间的关系将是必须面对的问题。因此，从产品和系统的设计规划阶段就将安全性、可靠性、健壮性、功能和性能综合考量，是实现安全可靠的重要途径。
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