译者序 序言 前言 作者简介 评审者简介 免责声明 第1章 一个前suo未有的机会 1 1.1 定义工业物联网 2 1.1.1 工业物联网、工业互联网以及工业4.0 3 1.1.2 消费者与工业物联网 5 1.2 工业物联网安全:一种商业必然 6 1.3 网络安全与网络物理物联网安全 7 1.4 工业“物”、连接和运维技术 9 1.4.1 运维技术 9 1.4.2 机器对机器 10 1.4.3 SCADA、DCS和PLC概述 10 1.4.4 工业控制系统架构 11 1.5 IT和OT结合:真正的含义 15 1.6 工业物联网部署架构 16 1.7 IT和OT安全基础的差异 18 1.7.1 操作优先级 18 1.7.2 攻击面和威胁对象 19 1.8 工业威胁、漏洞和风险因素 22 1.8.1 威胁和威胁对象 22 1.8.2 漏洞 24 1.8.3 风险 25 1.9 网络物理攻击的演变 26 1.10 工业物联网用例:检查网络风险缺口 27 1.10.1 能源和智能电网 28 1.10.2 制造业 28 1.10.3 工业控制系统中的网络攻击:Stuxnet案例学习 29 1.10.4 智慧城市和自主交通 31 1.10.5 医疗保健和药品 31 1.10.6 针对医疗企业的恶意软件攻击:WannaCry案例学习 32 1.11 总结 33 第2章 工业物联网数据流和安全架构 34 2.1 工业物联网攻击、对策和威胁模型初探 34 2.1.1 攻击面和攻击向量 35 2.1.2 攻击树 37 2.1.3 故障树分析 37 2.1.4 威胁建模 39 2.2 工业物联网系统的可信度 41 2.3 工业大数据管道和架构 42 2.4 工业物联网安全架构 45 2.4.1 业务视角 45 2.4.2 使用视角 45 2.4.3 功能视角 46 2.4.4 实现视角 47 2.4.5 工业物联网架构模式 47 2.4.6 工业物联网安全架构构建块 50 2.4.7 四层工业物联网安全模型 52 2.5 总结 54 第3章 工业物联网中的身份和访问管理 55 3.1 身份和访问控制初探 56 3.1.1 身份识别 56 3.1.2 身份认证 57 3.1.3 授权 57 3.1.4 账户管理 58 3.2 工业物联网中IAM的区别性特征 58 3.2.1 工业物联网端点的多样性 58 3.2.2 关于资源受限和棕地的考虑 59 3.2.3 物理安全性和可靠性 59 3.2.4 自治和可扩展性 59 3.2.5 缺少事件记录 60 3.2.6 基于订阅的模型 60 3.2.7 越来越复杂的身份攻击 60 3.2.8 基于风险的访问控制策略 61 3.3 贯穿设备生命周期的身份管理 61 3.4 工业物联网的身份认证和授权框架 62 3.4.1 基于密码的身份认证 62 3.4.2 生物识别技术 64 3.4.3 多因素身份认证 64 3.4.4 基于密钥的身份认证 65 3.4.5 零知识密钥 68 3.4.6 基于证书的身份认证 68 3.5 信任模型:公钥基础设施和数字证书 69 3.6 工业物联网的PKI证书标准 70 3.6.1 ITU-T X.509 70 3.6.2 IEEE 1609.2 71 3.6.3 工业物联网部署中的证书管理 73 3.7 为物联网访问控制扩展OAuth 2.0授权框架 73 3.8 IEEE 802.1X 74 3.9 消息协议中的身份支持 75 3.9.1 MQTT 75 3.9.2 CoAP 75 3.9.3 DDS 75 3.9.4 REST 75 3.10 监控和管理功能 76 3.10.1 活动记录支持 76 3.10.2 支持撤销和OCSP 76 3.11 为工业物联网部署构建IAM策略 77 3.12 总结 79 第4章 端点安全与可信度 80 4.1 定义IIoT端点 81 4.1.1 动机和基于风险的端点保护 81 4.1.2 资源受限的端点保护 83 4.1.3 棕地场景考虑 84 4.2 端点安全支持技术 84 4.3 IIoT端点漏洞 86 4.4 建立硬件信任 88 4.4.1 硬件安全组件 89 4.4.2 信任根:TPM、TEE和UEFI 89 4.4.3 保护秘密或密封 90 4.5 端点身份认证和访问控制 90 4.6 初始化和启动过程完整性 91 4.7 建立操作阶段的端点信任 93 4.7.1 安全更新 93 4.7.2 可信的执行生态系统 94 4.8 端点数据完整性 95 4.8.1 端点配置和管理 96 4.8.2 端点可见性和控制 96 4.9 使用隔离技术的端点安全 97 4.9.1 进程隔离 97 4.9.2 容器隔离 98 4.9.3 虚拟隔离 98 4.9.4 物理隔离 100 4.10 端点物理安全 100 4.11 启用机器学习的端点安全 100 4.12 端点安全测试和认证 101 4.13 端点保护行业标准 102 4.14 总结 103 第5章 确保连接和通信安全 104 5.1 网络、通信和连接的定义 105 5.2 区分IIoT连接的功能 106 5.2.1 确定行为 107 5.2.2 互操作性:专有与开放标准 108 5.2.3 性能特征:延迟、抖动和吞吐量 108 5.2.4 隔离网络消失的遗留网络 109 5.2.5 访问资源受限的网络 109 5.2.6 由连接引发的巨大变迁 109 5.3 IIoT连接架构 110 5.3.1 多层IIoT安全连接架构 111 5.3.2 分层数据总线架构 113 5.4 IIoT连接保护控制 114 5.4.1 安全隧道和VPN 114 5.4.2 密码学控制 115 5.4.3 网络分段 115 5.4.4 工业非军事区 116 5.4.5 防火墙和过滤的边界防御 116 5.4.6 全面的访问控制 117 5.4.7 核心和边界网关 118 5.4.8 单向网关保护 119 5.4.9 资产的发现、可见性和监控 120 5.4.10 物理安全:第一道防线 121 5.5 IIoT连接标准和协议的安全评估 121 5.6 现场总线协议 122 5.7 连接框架标准 124 5.7.1 数据分发服务 125 5.7.2 oneM2M 127 5.7.3 开放平台通信统一架构 128 5.7.4 Web服务和HTTP 130 5.8 连接传输标准 131 5.8.1 传输控制协议 131 5.8.2 用户数据报协议 131 5.8.3 MQTT和MQTT-SN 132 5.8.4 约束应用程序协议 133 5.8.5 高级消息队列协议 133 5.9 连接网络标准 134 5.10 数据链路和物理访问标准 134 5.10.1 IEEE 802.15.4 WPAN 134 5.10.2 IEEE 802.11无线局域网 134 5.10.3 蜂窝通信 135 5.10.4 无线广域网标准 135 5.11 总结 136 第6章 保护IIoT边界、云端与应用 137 6.1 定义边界、雾与云计算 138 6.2 IIoT云安全架构 140 6.2.1 受保护的工业场地 141 6.2.2 受保护的边界智能 141 6.2.3 安全边界云传输 141 6.2.4 安全云服务 142 6.3 云安全:共享责任模型 142 6.4 深度防御云安全策略 142 6.5 基础设施安全 144 6.6 身份与访问管理 144 6.7 应用安全 145 6.7.1 微服务架构 147 6.7.2 容器安全 147 6.7.3 凭据存储与电子仓库 148 6.8 数据保护 148 6.9 数据加密 149 6.10 保护数据生命周期 150 6.11 云安全操作生命周期 151 6.11.1 业务连续性计划与灾难恢复 151 6.11.2 安全补丁管理 152 6.11.3 安全监控 152 6.11.4 漏洞管理 153 6.11.5 威胁情报 154 6.11.6 事件响应 154 6.12 安全设备管理 155 6.13 云安全标准与合规性 156 6.14 IIoT云平台案例学习 156 6.14.1 案例1:Predix IIoT平台 157 6.14.2 案例2:Microsoft Azure IoT系统 158 6.14.3 案例3: AWS IoT系统 159 6.15 云安全评估 161 6.16 总结 162 第7章 安全流程与治理 164 7.1 统一安全治理所面临的挑战 165 7.2 保护IIoT生命周期的各个阶段 166 7.2.1 业务案例 166 7.2.2 系统定义 167 7.2.3 开发阶段 168 7.2.4 部署阶段 169 7.2.5 操作使用阶段 171 7.3 理解安全角色 171 7.3.1 解决方案提供商 172 7.3.2 硬件制造商 172 7.3.3 工业治理部门 173 7.3.4 解决方案所有方 174 7.4 IIoT安全项目的组成要素 174 7.4.1 风险评估 175 7.4.2 执行标准 175 7.4.3 安全策略 175 7.4.4 安全监控 177 7.4.5 安全分析 177 7.4.6 事件响应与管理 178 7.4.7 安全审计 179 7.5 安全成熟度模型 180 7.6 IIoT安全项目的实现过程 181 7.6.1 建立IIoT安全小组 181 7.6.2 确立执行标准 182 7.6.3 对风险进行评估与管理 182 7.6.4 对第三方安全进行管理 182 7.6.5 执行安全策略 183 7.6.6 持续监控与分析 183 7.6.7 进行安全培训 184 7.6.8 实现事件管理 184 7.6.9 定义安全审计 184 7.6.10 对安全流程进行改进与完善 185 7.7 总结 185 第8章 利用新兴技术实现IIoT安全 186 8.1 用来保护IIoT交易过程的区块链技术 187 8.1.1 公共与私有区块链 188 8.1.2 区块链中的数字身份识别 188 8.1.3 保护供应链 189 8.1.4 区块链所面临的挑战 189 8.2 认知对策:AI、机器学习与深度学习 190 8.3 时间敏感网络:下一代工业互联技术 194 8.3.1 时钟同步 195 8.3.2 流量调度 195 8.3.3 网络与系统配置 196 8.3.4 TSN系统安全 196 8.4 其他研究热点 197 8.5 总结 198 第9章 IIoT安全案例学习 199 9.1 案例1:对一次现实网络物理攻击进行分析 200 9.1.1 背景与影响 200 9.1.2 shi件经过 200 9.1.3 攻击行为的深入剖析 202 9.1.4 网络物理防御:经验教训 204 9.2 案例2:构建成功的IIoT安全项目 204 9.2.1 背景 205 9.2.2 定义安全项目 205 9.2.3 实现 206 9.2.4 结论 207 9.3 案例3:基于ISA/IEC 62443标准的工业端点保护 207 9.3.1 背景 208 9.3.2 解决方案 208 9.3.3 结论 208 9.4 总结 209 第10章 未来发展方向 210 10.1 一个分布式自主的时代 210 10.2 端点安全 211 10.3 标准和参考架构 211 10.4 工业合作 212 10.5 互操作性 213 10.6 棕地中的绿色区域 213 10.7 技术趋势 214 10.8 总结 215 附录A 参考资料 216 附录B 安全标准 223
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