استاندارد IEC 62443 (ISA-99) در امنیت سایبری سیستم‌های کنترل صنعتی

 

چکیده

با گسترش دیجیتال‌سازی در صنایع و اتصال روزافزون سیستم‌های کنترل صنعتی (ICS) به شبکه‌های IT و اینترنت، تهدیدات سایبری به یکی از جدی‌ترین چالش‌های حوزه اتوماسیون صنعتی تبدیل شده‌اند تجهیزات حیاتی مانند PLC، HMI، SCADA و شبکه‌های صنعتی که در گذشته به‌صورت ایزوله عمل می‌کردند، امروزه به‌طور مستقیم در معرض حملات سایبری پیچیده قرار دارند. استاندارد IEC 62443 که ریشه در استاندارد ISA-99 دارد، به‌عنوان جامع‌ترین و تخصصی‌ترین چارچوب بین‌المللی برای امنیت سایبری سیستم‌های کنترل صنعتی و محیط‌های OT شناخته می‌شود.
این مقاله با هدف ارائه تحلیلی جامع، به بررسی تاریخچه شکل‌گیری استاندارد IEC 62443، فلسفه و معماری امنیتی آن، ساختار ماژولار، الزامات فنی و مدیریتی، سطوح امنیتی، کاربرد در اتوماسیون صنعتی با تمرکز بر PLC و HMI، مقایسه با سایر استانداردهای امنیت سایبری و بررسی برندهای مطرح دارای انطباق با این استاندارد می‌پردازد. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که IEC 62443 ستون فقرات امنیت سایبری در صنایع مدرن بوده و پیاده‌سازی آن پیش‌نیاز اساسی برای Industry 4.0 و IIoT محسوب می‌شود.

1. مقدمه

سیستم‌های کنترل صنعتی (ICS) شامل تجهیزاتی نظیر PLC، HMI، SCADA، DCS، سروودرایوها و شبکه‌های صنعتی، نقش حیاتی در صنایع نفت و گاز، انرژی، پتروشیمی، خودروسازی، فولاد، داروسازی و صنایع غذایی ایفا می‌کنند. این سیستم‌ها مسئول کنترل مستقیم فرآیندهای فیزیکی بوده و هرگونه اختلال در عملکرد آن‌ها می‌تواند منجر به توقف تولید، خسارات مالی گسترده و حتی تهدید ایمنی انسان شود.
در گذشته، سیستمهای کنترل به‌صورت سیستم‌های ایزوله طراحی می‌شدند، اما با ظهور مفاهیمی مانند Industry 4.0، IIoT، Smart Factory و Remote Monitoring، اتصال این سیستم‌ها به شبکه‌های سازمانی و اینترنت اجتناب‌ناپذیر شده است. این تحول اگرچه بهره‌وری و انعطاف‌پذیری را افزایش داده، اما سطح حملات سایبری را نیز به‌طور چشمگیری بالا برده است. حوادثی نظیر حمله بدافزار صنعتی Stuxnet با هدف اختلال در عملکرد سیستم‌های صنعتی خاص نشان دادند که حملات سایبری می‌توانند مستقیماً فرآیندهای صنعتی و تجهیزات کنترلی را هدف قرار دهند.
در چنین شرایطی، استفاده از استانداردهای عمومی امنیت IT پاسخگوی نیازهای خاص محیط‌های صنعتی نیست و ضرورت توسعه یک استاندارد تخصصی برای امنیت فناوری عملیاتی( OT) احساس شد؛ نیازی که منجر به شکل‌گیری استاندارد IEC 62443 گردید.

2. تاریخچه شکل‌گیری استاندارد IEC 62443 (ISA-99)

در اوایل دهه 2000 میلادی و هم‌زمان با افزایش حملات سایبری به زیرساخت‌های حیاتی، انجمن بین‌المللی اتوماسیون (ISA) کمیته‌ای تخصصی با عنوان ISA-99 تشکیل داد. هدف این کمیته، تدوین چارچوبی جامع، عملیاتی و مستقل از فروشنده برای امنیت سایبری سیستم‌های کنترل صنعتی بود.
در سال 2010 نخستین اسناد رسمی ISA-99 منتشر شد. با توجه به اهمیت جهانی این موضوع، استاندارد مذکور به کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC) منتقل و با نام IEC 62443 به‌عنوان استاندارد بین‌المللی پذیرفته شد. امروزه IEC 62443 به‌عنوان مرجع اصلی امنیت سایبری در محیط‌های OT و ICS شناخته می‌شود و توسط تولیدکنندگان تجهیزات، یکپارچه‌سازان سیستم و بهره‌برداران صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

3. فلسفه و رویکرد امنیتی IEC 62443

استاندارد IEC 62443 مبتنی بر سه اصل بنیادین امنیت صنعتی است:

Defense in Depth ( دفاع چندلایه‌ای)

امنیت تنها به یک لایه محدود نمی‌شود، بلکه مجموعه‌ای از لایه‌های حفاظتی در سطوح مختلف (شبکه، سیستم، تجهیزات، کاربر و فرآیندها) به‌صورت هم‌زمان پیاده‌سازی می‌شوند تا در صورت نفوذ یا شکست یک لایه، سایر لایه‌ها بتوانند از سیستم محافظت کنند.

Zone & Conduit Model  (مدل نواحی و مسیرهای ارتباطی امن)

در این مدل، سیستم صنعتی به نواحی (Zones) با سطح ریسک مشابه تقسیم شده و ارتباط میان آن‌ها از طریق کانال‌های کنترل‌شده (Conduits) انجام می‌شود. این ساختار امکان محدودسازی نفوذ و مدیریت ریسک را فراهم می‌کند.

برای مثال، مجموعه‌ای از تجهیزات یا سیستم‌ها که سطح ریسک مشابه دارند و با هم ارتباط نزدیک دارند مانند تمام PLCهای یک خط تولید که با هم در تعامل هستند، می‌توانند یک Zone تشکیل دهند. مسیر ارتباطی بین دو Zone یا بین تجهیزات است که کنترل شده و امن است.این کانال شامل کنترل دسترسی، رمزنگاری و فیلترهای امنیتی برای محدود کردن تبادل داده‌های ناخواسته است.

Risk-Based Security (امنیت مبتنی بر ریسک)

امنیت مبتنی بر ریسک یک رویکرد مدیریتی و فنی برای طراحی و پیاده‌سازی امنیت سیستم‌های صنعتی است که در آن سطح و نوع تدابیر امنیتی بر اساس میزان ریسک واقعی تعیین می‌شود. به عبارت دیگر، همه سیستم‌ها و تجهیزات به یک شکل محافظت نمی‌شوند، بلکه حفاظت متناسب با شدت تهدید، احتمال وقوع و پیامدهای حمله اعمال می‌شود. بعنوان مثال PLCهای حیاتی، HMIهای خط تولید، سرورهای SCADA بعنوان تجهیزات حساس شناسایی می شوند. برای تجهیزات با ریسک بالا، لایه‌های بیشتر امنیت مثل احراز هویت قوی، رمزنگاری، نظارت پیشرفته اعمال می‌شود. برای تجهیزات با ریسک پایین، اقدامات سبک‌تر و اقتصادی‌تر کفایت می‌کند.

4. ساختار کلی استاندارد IEC 62443

استاندارد IEC 62443 به‌صورت ماژولار و در چندین لایه اصلی تدوین شده است:

• IEC 62443-1-1 -x مدل مفهومی و اصطلاحات
• IEC 62443-3-2 -x ارزیابی ریسک امنیتی برای سیستم‌ها
• IEC 62443-3-3 -x الزامات امنیتی برای سطوح مختلف (SL1–SL4)
• IEC 62443-4-1 -x الزامات امنیتی برای توسعه محصولات شامل PLC
• IEC 62443-4-2 -x مشخصات فنی امنیتی برای اجزای سیستم(مستقیماً برای PLCها کاربرد دارد)

این ساختار امکان پیاده‌سازی تدریجی و هدفمند امنیت سایبری در پروژه‌های اتوماسیون صنعتی را فراهم می‌سازد.

شکل1-ساختار کلی استاندارد IEC 62443

5. بررسی بخش‌های کلیدی استاندارد IEC 62443

IEC 62443-1-1

این بخش به تعریف مفاهیم پایه، اصطلاحات تخصصی، مدل Zone & Conduit و چارچوب مفهومی امنیت صنعتی می‌پردازد و مبنای درک مشترک تمامی ذی‌نفعان است.

IEC 62443-2-1

الزامات مدیریت امنیت سایبری برای بهره‌برداران صنعتی شامل تدوین سیاست‌های امنیتی، آموزش نیروی انسانی، مدیریت دارایی‌ها و پاسخ به رخدادهای امنیتی را مشخص می‌کند.

IEC 62443-3-2

به ارزیابی ریسک امنیتی سیستم‌های صنعتی پرداخته و روش تعیین سطح امنیت هدف (Target Security Level) را ارائه می‌دهد.

IEC 62443-3-3

الزامات فنی امنیتی سیستم‌ها را تعریف کرده و سطوح امنیتی SL1 تا SL4 را معرفی می‌کند.

IEC 62443-4-1

بر فرآیند توسعه امن محصول (Secure Development Lifecycle) برای تولیدکنندگان تجهیزات اتوماسیون تمرکز دارد.

IEC 62443-4-2

الزامات فنی امنیتی اجزا نظیر PLC و HMI را شامل می‌شود؛ از جمله احراز هویت کاربران، مدیریت دسترسی، رمزنگاری ارتباطات، راه‌اندازی و بوت شدن ایمن سیستم و ثبت وقایع.

6. سطوح امنیتی (Security Levels)

استاندارد IEC 62443 چهار سطح امنیتی تعریف می‌کند:

• SL1: حفاظت در برابر خطاهای غیرعمدی
• SL2: حفاظت در برابر حملات ساده و عمومی
• SL3: حفاظت در برابر حملات هدفمند
• SL4: حفاظت در برابر حملات پیشرفته و سازمان‌یافته

 

7. نقش IEC 62443 در اتوماسیون صنعتیPLC و HMI

PLC و HMI به‌عنوان هسته کنترلی خطوط تولید، بیشترین سطح تماس با فرآیندهای فیزیکی را دارند و هدف اصلی حملات سایبری محسوب می‌شوند. IEC 62443 الزامات مشخصی برای ایمن‌سازی این تجهیزات ارائه می‌دهد که شامل:

• مدیریت کاربران و نقش‌ها
• حفاظت از Firmware و نرم‌افزار
• ارتباط امن PLC–HMI
• ثبت وقایع و Audit Trail
• ایمن‌سازی دسترسی از راه دور

 

8.ضرورت و مزایای پیاده‌سازی IEC 62443

پیاده‌سازی این استاندارد ها مزایای زیادی را به دنبال خواهد داشت. از جمله این مزایا عبارتند از:

• کاهش ریسک توقف خط تولید
• افزایش ایمنی تجهیزات و نیروی انسانی
• انطباق با الزامات قانونی و قراردادی
• افزایش اعتماد مشتریان صنعتی
• آمادگی برای Industry 4.0 و IIoT

 

9. نتیجه‌گیری

استاندارد IEC 62443 چارچوبی جامع، عملیاتی و تخصصی برای امنیت سایبری سیستم‌های کنترل صنعتی ارائه می‌دهد. با توجه به افزایش تهدیدات سایبری و اهمیت روزافزون اتوماسیون صنعتی، پیاده‌سازی این استاندارد نه‌تنها یک انتخاب، بلکه یک الزام راهبردی برای صنایع مدرن و هوشمند محسوب می‌شود.