一、工業網絡安全現狀堪憂
在當今的工業環境中，面臨著諸多嚴峻的網絡安全威脅。工業現場的網絡環境極為重要，同時又對網絡干擾和病毒入侵等情況非常敏感。一旦這一環境遭到破壞，很可能對生產環境造成難以估量的巨大損害，甚至會引發災難性的事故。
從實際情況來看，工業互聯網中物聯網設備數量正快速增長，然而其安全性卻存在缺失，這使得整個工業互聯網網絡面臨著龐大的安全威脅。并且，網絡里使用的眾多設備和系統往往缺乏必要的安全防護措施，極易被攻擊者利用。要知道，工業互聯網網絡中存儲和處理的數據具有高度的敏感性，一旦發生泄露或者被篡改的情況，必然會對工業生產以及經濟發展帶來重大損失。
再看網絡物理系統(CPS)，它作為工業互聯網的核心組成部分，承擔著連接物理設備和網絡系統，實現工業生產自動化和智能化的重任。但其自身存在脆弱性，主要體現在網絡和物理設備相互影響，以及對實時性、可靠性有著高要求方面。攻擊者恰恰可以利用這些脆弱點，通過網絡攻擊或者物理攻擊的手段，對工業生產過程進行破壞或者干擾。
惡意代碼也是常見的安全威脅之一，像病毒、木馬、蠕蟲等惡意代碼，能夠通過電子郵件、惡意網站、U 盤等各種各樣的途徑進入工業互聯網網絡。一旦感染網絡中的設備或系統，便會對工業生產過程造成破壞、干擾，嚴重時會致使設備癱瘓。
此外，DDoS 攻擊同樣不容小覷，攻擊者利用大量僵尸網絡或其他惡意資源，對目標網站或服務器發起大量服務請求，使得目標網站或服務器崩潰或癱瘓，進而對工業互聯網網絡中的關鍵設備或系統產生嚴重影響，導致工業生產過程中斷。而且這種攻擊還很難防御和溯源，給工業互聯網網絡安全帶來重大威脅。
還有高級持續性威脅(APT 攻擊)，攻擊者針對特定目標，展開長期、持續、有組織的攻擊，通常會借助網絡釣魚、水坑攻擊等方式，將惡意代碼植入目標網絡，經過長時間潛伏和滲透，竊取敏感數據或者破壞工業生產過程，其隱蔽性和破壞性強。
供應鏈攻擊也是常見的攻擊方式，攻擊者針對工業互聯網網絡中的供應商或合作伙伴進行攻擊，把惡意代碼或其他安全威脅植入相關產品或服務中，最終影響到其他用戶，同樣具有很強的隱蔽性和破壞性，能在不直接攻擊工業互聯網網絡的情況下，達到破壞生產過程或竊取敏感數據的目的。
面對如此嚴峻的工業網絡安全形勢，工業安全隔離網閘的重要性愈發凸顯，它能針對性地對工控網絡所面臨的網絡安全風險進行防護，為工業生產筑牢安全防線。
二、網閘究竟是什么
網閘的定義與基本原理
網閘(全稱：安全隔離與信息交換系統)是從安全隔離的概念演變而來，旨在滿足不同安全域之間既要安全隔離又需進行數據交換的需求。它通常由內部處理單元、外部處理單元和專用隔離部件組成，是部署于兩個不同安全域之間，實現應用代理服務、協議轉換、信息流訪問控制、內容過濾和信息交換等功能的產品。
其基本的工作原理是先切斷網絡之間的通用協議連接，將數據包進行分解或重組為靜態數據，然后對靜態數據展開安全審查，涵蓋網絡協議檢查、代碼掃描等環節，確認安全的數據才會流入內部單元，最后內部用戶憑借嚴格的身份認證機制獲取所需數據。
在通用系統架構方面，常見的有 “2+1” 系統架構，也就是采用雙主機架構，包括內端機、外端機以及隔離控制單元。隔離控制單元運用專用的私有協議，負責內端處理單元和外端處理單元之間的通信，以此增強工業控制網絡邊界的安全防護能力，內端機與外端機相互獨立，依靠隔離控制單元來實現彼此通信。
網閘的發展歷程回顧
從技術發展階段來看，網閘大致經歷了三代變化：
第一代網閘：采用單機隔離卡技術，借助物理隔離卡把一臺設備上的硬盤物理分割為兩個分區，分別與內外網絡相連，構建出兩個獨立的環境，解決了單機非實時信息交換的需求，但沒辦法開展連續實時的業務。
第二代網閘：原理是利用單刀雙擲開關使得內外網的處理單元分時存取共享存儲設備來完成數據交換，通過應用層數據提取與安全審查，杜絕基于協議層的攻擊，既保障了安全，又使得連續實時業務得以開展。不過，這一代網閘由于內外網共用存儲設備，不能滿足物理隔離要求，并且受電子開關切換速度限制，整體處理性能偏低，容易出現吞吐量低、并發連接數少以及交換延遲大等情況，甚至存儲設備也會因頻繁通電斷電而影響壽命，導致數據交換過程中斷。
第三代網閘：利用全新理念的專用交換通道 PET(Private Exchange Tunnel)技術，依靠專用高速硬件通信卡、私有通信協議和加密簽名機制來實現。專用高速硬件通信卡大幅提高了處理能力，私有通信協議和加密簽名機制則保證了數據交換的機密性、完整性和可信性，在確保安全性的同時，還能提供更出色的處理性能，以適應復雜網絡對隔離應用的需求。
隨著各行業業務系統的迅速發展，網絡規模不斷擴大，不同行業需求和政策要求各異，網閘也針對不同行業的應用場景，衍生出了傳統網閘、工業網閘、單向光閘、電力專用單向隔離裝置等不同類別的產品，在不同領域發揮著重要的安全防護作用。
三、網閘在工業上的關鍵作用
安全隔離功能
在工業環境中，網閘的安全隔離功能至關重要。它通過專用隔離設備，例如采用 “2+1” 雙主機架構模式里的隔離控制單元，將內端主機系統和外端主機系統分隔開來。在這個過程中，使得內外網主機之間原本通用的網絡協議連接被切斷，像 TCP、UDP、ICMP 等協議都無法直接連通，讓系統間不存在通信的物理連接、邏輯連接及信息傳輸協議，外部基于這些協議的惡意程序也就沒辦法通過網閘進入內網。
比如說，在一些大型油氣生產企業的工控網與辦公網之間部署工業隔離網關(單向網閘)后，就能實現工控網生產實時數據傳輸到企業核心交換機，同時保證核心交換機數據無法進入工控網，有效隔離了互聯網病毒、木馬程序等，保障了工控網絡的運行安全。正是這種強大的隔離能力，從根源上阻斷了外部網絡可能對內網發起的攻擊路徑，為工業內部網絡筑牢了安全的 “城墻”，保障內部網絡安全穩定地運行，使其免受外部潛在威脅的干擾和破壞。
數據加密與隱私保護
網閘在工業應用場景下，對于數據的加密與隱私保護有著完善的機制。它會利用諸如 TLS/SSL 等加密算法對傳輸的數據進行加密處理，這一加密涵蓋多個方面。
在數據的傳輸通道方面，通過加密保障數據在傳輸時不會被竊取，即使數據在網絡中傳輸被不法分子截獲，沒有對應的解密密鑰，也無法獲取其中的真實內容。對于數據存儲安全，加密后的存儲形式讓數據在靜態存放時也處于保密狀態，防止內部數據泄露風險。而且，還涉及到數據訪問權限控制，嚴格規定了哪些用戶、哪些設備可以對特定的數據進行訪問，未獲得授權的對象根本無法觸及相應數據。
例如在工業自動化控制系統中，不同設備之間傳輸生產過程控制、設備監控等關鍵環節的數據時，網閘的加密與權限控制功能就能確保這些數據無論是傳輸中還是存儲狀態下，其隱私性和完整性都能得到可靠的保護，防止敏感的工業生產數據被竊取或篡改，進而避免企業因數據安全問題遭受知識產權損失以及其他經濟損失等情況發生。
身份驗證與訪問控制
網閘在工業環境的數據傳輸以及設備管理過程中，實施著嚴格且多維度的身份驗證與訪問控制措施。
一方面，它會采用基于證書的認證方式，就像是給每個被允許訪問的設備和用戶都發放了一張專屬的 “電子證”，只有持有合法有效證書的對象才能嘗試進行下一步操作。同時，還常常運用多因素身份驗證手段，比如除了證書驗證外，還結合密碼、動態驗證碼、指紋識別等多種方式，進一步增強驗證的準確性和安全性。
例如在企業的工業互聯網場景里，當維護人員想要遠程接入工業系統對設備進行實時監控和故障排除時，必須先經過網閘嚴格的身份驗證流程，只有通過驗證，確認是獲得授權的合法維護人員，才能夠訪問相應的關鍵系統和獲取所需的數據，以此確保只有符合要求的人員和設備可以與工業網絡中的重要資源進行交互，大程度降低非法訪問帶來的安全風險。
漏洞管理與安全更新
由于網閘常常運行在工業環境中，而工業環境中的設備和系統往往存在長時間沒有更新的情況，所以確保網閘軟件和固件的安全性就顯得尤為關鍵。
網閘的生產廠商需要及時關注并檢測可能出現的漏洞，一旦發現，就要迅速發布相應的安全補丁和更新內容，然后積極推廣這些更新到客戶正在使用的網閘設備上。因為一旦有漏洞存在且未及時修復，惡意攻擊者就可能利用這些已知漏洞，通過網絡發起針對性的攻擊，進而影響整個工業網絡的安全，像造成生產中斷、數據泄露等嚴重后果。
例如在一些電力、化工等行業的工業自動化控制系統中，如果網閘存在未修復的漏洞，可能通過漏洞入侵，干擾生產過程控制環節，導致電力供應故障或者化工生產流程出現危險狀況等，所以及時的漏洞管理與安全更新是保障工業網閘持續安全運行，守護工業網絡安全的重要環節。
防火墻與流量監控
網閘在工業應用里通常配備了防火墻功能，這一功能就像是一個 “網絡安全衛士”，可以對未經授權的網絡流量進行有效的過濾和阻止。無論是外部網絡想要非法闖入的惡意攻擊流量，例如常見的 DDoS 攻擊、入侵嘗試等，還是一些不符合安全策略的異常流量，都會被防火墻攔截在工業網絡之外。
同時，網閘還具備流量監控功能，它可以實時監測網絡中的流量情況，幫助管理員快速察覺異常流量和行為。比如某個工業設備突然產生了遠超正常水平的數據傳輸流量，或者出現不符合常規通信模式的流量走向，管理員就能通過流量監控及時發現這些異常跡象，進而判斷是否存在安全威脅，并迅速采取相應的應對措施，保障工業網絡的安全穩定運行，避免因異常流量帶來的潛在風險對工業生產造成影響。
例如在工業互聯網應用場景中，眾多設備之間相互通信協作，如果沒有網閘的防火墻與流量監控功能，惡意攻擊者發起的流量攻擊可能使整個網絡陷入癱瘓，影響到從生產一線到管理層面等各環節的數據交互和正常運作，而有了這些功能就能提前預警、及時處置，確保工業網絡的有序運行。
物理安全和環境保護
作為部署在工業環境中的物理設備，網閘需要周全地考慮物理安全性以及環境保護方面的問題。工業現場往往存在諸多復雜的情況，像電磁干擾可能影響網閘設備內部電路的正常運行，導致數據傳輸錯誤或者設備出現故障；溫度變化如果超出設備正常工作的范圍，可能造成電子元件性能下降甚至損壞；而且還有可能面臨物理損壞的風險，比如受到撞擊、震動等情況。
所以，網閘在設計制造時就充分考慮到了這些因素，具備防塵、防水、抗震等特性。例如采用堅固的外殼以及合理的內部結構設計，使其在面對一定程度的震動、灰塵侵襲或者意外濺水時，依然能夠保持穩定運行，確保長時間穩定地為工業網絡提供安全隔離與數據交換等服務，不因外界物理環境因素而出現頻繁故障，保障工業生產過程中網絡環節的可靠性。
四、工業網閘產品及特性
鐵牛科技工業安全網閘
鐵牛科技工業安全網閘采用了 “2+1” 架構，也就是雙主機加隔離板的設計，這種架構具備高可靠性和容錯能力，能夠有效防止單點故障，即便出現故障也能維持系統的穩定運行。其適用于多個領域，像是電力物聯網、工業互聯網以及智能制造等領域都是它發揮作用的舞臺，并且還憑借自身豐富的技術積累與行業經驗，為石化、交通、電力、鋼鐵、礦業、水利等行業的信息系統(如 MES、ERP)提供數據處理與安全服務，助力用戶提升效率、創造價值。
在通信協議支持方面，內網側支持 Modbus、DLT645、T188、IEC104、PLC、OPCDA、OPCUA 等多種工業標準協議，能很好地適配不同工業設備的通信需求；外網側則支持能耗國標、MQTT 定制、HTTP 定制等行業專用協議，為企業的數據通信提供了靈活的解決方案。
從硬件設計來看，它采用標準 19 英寸 2U 機柜，契合工業環境和能耗平臺通信接入的安全防護要求。設備還具備模塊化、可擴展、低功耗、高度集成以及配置靈活等特性，同時提供雙電源接入接口，一旦電源出現異常會有報警提示，多方位保障設備穩定運行。另外，產品通過了 CE 和 FC 的電磁兼容測試，以及公安部的安全測試，符合行業標準與安全要求。而且系統支持設備密鑰和工程參數的管理、備份與恢復，方便企業對設備配置和數據安全策略進行管理。像 TN-1808S 采用標準 1U 機架式設計，內外側分別提供 8 路 RS458 通訊，4+4 路 10M/100M 自適應工業以太網接口，有著低功耗、高性能、易安裝等特點，適用于工業控制通訊等場合；TN-2608S 采用標準 2U 機架式設計，內側提供 8 路 RS458 通訊，6+6 路 10M/100M/1000M 自適應工業以太網接口，同樣支持多種通訊方式，具備低功耗、高性能、易安裝以及雙電源冗余供電設計等優勢，也適用于工業控制通訊等場合?？傊?，鐵牛科技工業安全網閘以其出色的架構、廣泛的適用性、多樣的協議支持以及可靠的硬件設計等特點，在工業場景中有著重要地位。
TN-1808
TN-1408
TN-2068
五、網閘在工業領域的應用案例展示
海螺水泥集團案例
海螺水泥，在數字化轉型方面有著積極的探索與實踐，而網閘在其轉型過程中發揮了關鍵作用。
早在 2016 年，蕪湖海螺水泥智能工廠全面啟動，力控華康與浙大中控合作，梳理底層 DCS 控制系統實時數據，并提供了 5 臺工業安全網閘。這些網閘通過 OPC 協議從熟料線、水泥磨、發電系統等取模擬量數據，轉發標準 OPCServer，然后能管系統、巡檢系統、MES 系統等再從網閘轉發的 OPCServer 獲取數據。設備部署在水泥廠底層控制系統、發電系統 OPCServer 與能管系統、巡檢系統、MES 系統之間，實現了物理隔離需求，保證了數據安全傳輸。
到 2017 年，全椒海螺智能工廠啟動，力控華康與南京朗坤合作，提供 2 臺工業安全網閘，分別部署在生產和發電系統，實現不同控制系統安全隔離及數據梳理。
從整體的技術方案來看，其工業安全網閘內部采用特殊的 2+1 雙獨立主機架構，控制端接入工業控制網絡，借助采集接口完成各子系統數據的采集；信息接入到企業管理網絡，完成數據到調度中心的傳輸。雙主機之間依靠專有的 PSL 網絡隔離傳輸技術，截斷 TCP 連接，割斷穿透性的 TCP 連接。PSL 的物理層運用專用隔離硬件，鏈路層和應用層采用私有通信協議，數據流采用 128 位以上加密方式傳輸，充分保障數據安全，實現了數據自我定義、自我解析和自我審查，避免傳輸機制被病毒感染，有力地為控制系統網絡數據安全保駕護航。
通過這樣的部署和技術應用，海螺水泥集團在實現數字化運營，構建集團六大核心能力，朝著 “建設智能工廠，打造智慧海螺，數字化轉型” 目標邁進的過程中，工業安全網閘為其筑牢了工業網絡安全防線，障數據在不同系統間安全、準確、完整地傳輸，讓各業務系統得以穩定運行，也助力海螺水泥集團鞏固其在行業內的地位，成為工業企業數字化轉型中成功運用網閘保障網絡安全的典型案例。
其他行業應用案例
除了在水泥行業的出色表現，網閘在電力、石油、石化、交通等眾多不同行業也有著廣泛且重要的應用實例，彰顯出其通用性和對各工業場景網絡安全保障的強大貢獻。
在電力行業，例如某電力集團在信息化建設當中明確了雙網建設原則，重要業務系統、日常辦公計算機處于內部網絡，而像綜合數據庫系統、OA 系統、郵件系統和網銀系統等所需要的基礎數據卻來自外部業務網絡甚至互聯網絡。內外部網絡分開建設雖保護了內部信息安全，但物理斷開造成了應用與數據的脫節，影響行政效率。這時通過在內網與外網之間邊界處部署隔離網閘，實現雙網隔離，保證數據的互聯互通。隔離網閘上部署數據庫同步模塊，可將外網數據庫中的特定數據同步到內網數據庫中，反向則不允許數據庫信息傳輸；或者配置內網數據庫的映射模式，在外端機啟用數據庫代理模塊，實現外網業務系統對數據庫的訪問需求。這有效保障了電力集團業務系統的正常運轉以及數據的安全交互，避免了內外網因隔離帶來的數據流通障礙，還增強了網絡安全性，防止外部網絡攻擊威脅到內部核心業務。
石油石化行業同樣離不開網閘的安全防護。像網神 SecSIS3600 石油行網閘，部署在網絡與生產網之間，為石油生產過程中的數據傳輸和系統安全保駕護航。在石油生產的復雜網絡環境里，存在大量涉及生產工藝、設備運行等敏感數據，網閘切斷內外網之間通用網絡協議連接，防止外部網絡的惡意程序、病毒等入侵生產網，保障了石油生產系統的穩定運行。同時，對于一些需要從外部獲取數據或者向外部傳輸特定數據的應用場景，網閘可以在確保安全的前提下，實現數據的安全擺渡，滿足企業運營管理和生產監控等不同環節的數據交互需求。
在交通領域，以智慧交通系統為例，交通控制中心需要與眾多分布在不同區域的交通設備(如信號燈、電子眼等)進行數據通信，同時要保證內部核心控制網絡的安全。網閘在這里就發揮了隔離與數據交換的重要作用，它可以將交通控制中心的內部網絡與外部接入的設備網絡隔離開，外部設備采集到的交通流量、路況等數據經過網閘的安全審查后，安全地傳輸到控制中心內部網絡，供相關系統進行分析處理，進而實現智能交通指揮調度等功能。而控制中心內部的關鍵指令等數據同樣可以通過網閘安全地傳輸到外部設備執行，且不會受到來自外部網絡的非法訪問和攻擊威脅，保障整個智慧交通系統的平穩、安全運行。
從這些不同行業的應用案例可以看出，網閘憑借其安全隔離、數據加密、身份驗證、漏洞管理等多方面的功能特性，能夠很好地適配不同工業場景下的網絡安全需求，成為保障各工業領域網絡安全，助力企業安全生產和數字化運營的關鍵設備。
六、網閘助力工業未來發展
對工業互聯網安全的意義
隨著工業互聯網的蓬勃發展，網絡正朝著開放互聯的方向大步邁進。在這樣的大趨勢下，工業生產中的各類關鍵信息基礎設施的安全、可靠運行變得愈發重要，而網閘在其中扮演著少不了的角色。
工業互聯網涵蓋了眾多關鍵領域，像電力、化工、制造業等，這些領域里存儲和傳輸著大量關乎生產運行、企業機密以及國家安全的數據信息。例如在電力行業，電網的實時監控數據、電力調配指令等一旦遭到泄露或者篡改，可能會引發大面積停電事故，影響社會的正常運轉；化工生產中，工藝流程數據、設備控制參數若被惡意獲取或更改，甚至可能導致嚴重的爆炸、泄漏等災難性后果。
而網閘能夠憑借其強大的安全隔離功能，在工業互聯網的不同安全域之間構建起堅固的 “屏障”。它切斷了內外網之間基于通用網絡協議的直接連接，有效阻止外部網絡中的病毒、惡意軟件、攻擊等安全威脅向內網滲透，從根源上保障了關鍵信息基礎設施不會輕易遭受外部攻擊，為工業生產的穩定運行提供了基礎保障。
同時，網閘的數據加密與隱私保護機制，使得在工業互聯網中傳輸和存儲的敏感數據都能處于保密狀態，無論是生產過程中的實時數據，還是涉及企業核心技術、商業機密的數據，都能避免被竊取或泄露的風險。另外，通過嚴格的身份驗證與訪問控制，網閘確保只有合法授權的人員和設備才能訪問相應的工業網絡資源，防止非法訪問帶來的數據泄露和系統破壞風險。
總之，在工業互聯網日益開放且安全形勢嚴峻的當下，網閘對于保障關鍵信息基礎設施安全、可靠運行有著至關重要的意義，是守護工業生產安全的關鍵防線之一。
未來發展前景展望
從目前網閘在工業領域的應用情況來看，其已經在眾多行業展現出了優秀的安全防護能力，并且隨著工業的持續發展以及技術的不斷進步，網閘有著廣闊的發展前景。
在技術改進方面，未來網閘有望進一步融合人工智能、大數據分析等前沿技術。例如，借助人工智能的機器學習算法，可以讓網閘對網絡中的異常流量和潛在威脅進行更精準、快速的識別與預警。通過對大量工業網絡數據的分析學習，網閘能夠自動適應不同工業場景下的安全需求，動態調整安全策略，實現智能化的安全防護。
在應用拓展層面，隨著工業 4.0、智能制造等理念的深入推進，工業網絡的規模和復雜度會不斷提升，這將促使網閘在更多細分工業領域得到應用。比如在新興的智能物流、智能醫療設備制造等領域，網閘可以保障物流機器人之間、醫療設備與管理系統之間的數據交互安全，助力這些新興產業健康發展。
而且，隨著國家對于工業信息安全重視程度的不斷提高，相關政策法規也會日益完善，這將進一步推動工業企業積極部署網閘產品，擴大市場需求。預計未來幾年，網閘在工業領域的市場規模會持續擴大，產品功能也會更加多樣化和專業化，不僅局限于現有的安全隔離、數據交換等功能，可能會拓展出如與工業云平臺更好融合、針對工業物聯網設備的深度安全管理等新功能，多方位滿足工業發展對網絡安全的更高要求
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