摘要：对城市轨道交通信号系统的信息安全技术方案进行了研究，从信号系统宜配置的安全防护等级出发，分析信息安全的设计要求；并针对城轨信号系统信息安全与互联网安全的本质区别，提出适用的安全防护设计原则，最后给出具体的信息安全设备部署方案。
关键词：轨道交通；信号系统；等级；信息安全
城市轨道交通作为大、中运量公共交通工具，其安全性不言而喻，一旦发生安全事故势必会对人民群众的生命财产安全、社会秩序等造成影响和危害。信号系统作为城市轨道交通运行的神经中枢，对其安全性要求非常高。但是长期以来，对于轨道交通信号系统的安全性研究大多围绕系统的安全、可靠性进行，认为轨道交通信号系统网络作为专有网络，不与外网连接，不存在信息安全的问题。然而，随着专门针对工业控制系统的“震网病毒”等新型病毒和新的攻击手段的出现，近几年封闭的工控系统信息安全事件激增。随着计算机与网络技术的发展，特别是信息化与信号系统深度融合，信号系统产品越来越多地采用通用协议、通用硬件和通用软件，以各种方式与综合监控系统网络、乘客信息系统、广播等公共网络连接，容易造成病毒、木马等威胁向信号系统扩散，信号系统安全问题日益突出。本文对信号系统信息安全技术方案进行研究，从信号系统宜配置的安全防护等级出发，分析信号系统信息安全的设计要求；并针对城轨信号系统信息安全与互联网安全的本质区别，提出适用的安全防护设计原则，给出具体的信息安全设备部署方案。
1防护等级
自我国开展信息安全等级保护工作以来，相关学者对各类信息系统信息安全等级保护体系进行了大量的研究，并制定了《信息安全技术信息系统安全等级保护基本要求》、《信息安全技术信息系统等级保护安全设计技术要求》、《信息安全技术信息系统安全等级保护定级指南》等国家标准。这些标准规定了信息系统安全防护等级的定级原则，并从物理安全、网络安全、主机安全、应用安全、数据安全等5个方面阐明了信息安全技术防护措施。2016年6月，中央网络安全和信息化领导小组办公室了《国家网络安全检查操作指南》，确定了关键信息基础设施的定义和范围，明确定义了城市轨道交通属于市政类关键信息基础设施。信号系统是城市轨道交通自动化系统中的重要组成部分，其服务范围覆盖了运行控制、行车调度、监控、信息显示等，其安全性直接决定了城市轨道交通运营的安全。一旦信号系统受到破坏，很可能导致地铁运营瘫痪，对社会造成不良影响。参照公安部《信息系统安全等级保护定级指南》，去除城市轨道交通不适用部分，增加行业特色部分，依据中交协信号系统用户需求书范本推荐的设置等级，以及综合考虑信号系统受到破坏时所侵害的客体以及侵害程度，借鉴北京、上海等城市信号系统信息安全建设标准，城市轨道交通信号系统信息安全防护等级可参照三级进行建设。
2安全设计
2．1设计要求
根据国家信息安全等级保护管理规范和技术标准中对信息安全三级标准的相关要求，信号系统信息安全的设计要求如下。1．信号系统具有针对系统网络中的设备、协议、流程、拓扑结构、网络行为等对象进行威胁识别、分析、审计和监控等功能。2．信号系统需在与其他系统接口间的网络边界进行保护，可深度解析信号系统网络中的专有协议，并对协议的完整性进行检查。3．信号系统宜设置监控审计功能，具备行为审计、数据内容审计等能力，并能形成完整的审计记录。4．信号系统具有入侵检测能力，能够检测来自有线网络和无线网络的攻击。5．信号系统支持对工控设备的漏洞进行扫描，并能针对扫描出的漏洞提供风险应对保护方案。6．信号系统具备密钥管理功能，可以人为随机修改或定期修改网络设备配置密钥和无线接入认证密钥。7．入侵检测的误报率、漏报率不宜高于1％。8．网络安全设备支持全网网络节点可视化的拓扑图管理和受控设备的管理。9．收集并报警信息安全日志事件，具有统计信息安全事件并生成报表的功能。
2．2信号系统与互联网安全区别
在部署信号系统的信息安全建设方案时，须特别注意城市轨道交通信号系统信息安全与互联网安全的本质区别。1．安全需求不同：信号系统更强调安全运营和系统可用性，而互联网安全则更关注数据的机密性和隐私要求。2．实时性存在较大差异：信号系统数据传输延时要求高，出现事故后对反应的实时要求同样高，而互联网允许存在分秒级的数据延时。3．安全补丁和升级机制存在区别：信号系统安全补丁不存在便捷的通路实时更新，且系统运营要求不允许系统频繁的变化，而互联网系统实时在线升级非常普遍。4．安全防护技术适应性方面存在差异：信号系统资源有限，例如难以承载高计算要求的加解密操作，而互联网系统对安全系统的资源支持是足够的。
2．3方案设计原则
结合三级标准的设计要求，以及信号系统信息安全的特殊性，对于轨道交通信号系统信息安全建设，应当以适度风险为核心，以重点保护为原则，从业务的角度出发，重点保护重要的业务系统，在方案设计中应当遵循以下原则。1．适度安全原则。任何信息系统都不能做到绝对的安全，在进行信号系统信息安全等级保护规划中，要在安全需求、安全风险和安全成本之间进行平衡，过多的安全要求必将造成安全成本的迅速增加和运行的复杂性。2．最小影响原则。任何安全措施（包括在故障情况下）均不应对信号系统的运行造成任何影响，任何安全措施本身的网络传输不应造成信号系统网络传输明显的通信延迟。3．分区分域建设原则。地铁信号系统中各子系统信息的重要性是不一样的，分区分域将具有相似特点的信息进行集合，加以整体防护，从而保障安全保护策略的有效性和均衡性。另外，分区分域还有助于对网络系统进行集中管理，一旦其中某些安全区域内发生安全事件，可通过严格的边界安全防护限制事件在整网蔓延。4．动态调整原则。信息安全问题不是静态的，它总是随着轨道交通管理相关的组织策略、组织架构、信息系统和操作流程的改变而改变，因此必须跟踪信息系统的变化情况，调整安全保护措施。5．成熟性原则。安全设备的选择要考虑设备的可靠性，优先选择技术成熟，可靠性高的设备。
3解决方案
图1为典型的信息安全方案配置。城市轨道交通信号系统按地域划分为控制中心设备、车站设备、车辆段／停车场设备（含维修、培训、试车线设备）、车载设备、地面设备，通过数据通信子系统DCS相互连接，构成统一的整体。DCS系统由3部分组成：ATS调度集中冗余网、ATC信号安全通信数据冗余网和维护监测网。信号系统信息安全等级保护（三级）建设方案主要从结构安全、行为安全、本体安全和持续性安全4个方面进行建设，构建纵深防护技术体系。1．结构安全。根据城市轨道交通信号系统自身的网络特点，各子系统结合比较紧密，同时中交协信号系统用户需求书范本要求“信号系统内网与外网相互独立，内网各网段之间应有访问规定要求”，应将信号系统和外部互联系统从结构上划分为不同的安全域，将信号系统整体作为一个完整的安全域进行保护。为满足等级保护建设对访问控制、边界完整性检查、恶意代码防范等基本安全要求，在控制中心ATS与综合监控、通信、线网应急指挥中心等外部网络接口处配置边界安全隔离设备。2．行为安全。这是由外部攻击和内部误操作甚至恶意操作行为引起的安全问题，一般隐藏在正常的通信流量或合法的操作行为中，所以通过对关键位置核心流量的实时监控，可实现对异常流量和操作的及时告警和记录。在控制中心、车辆段／停车场、车站的ATS和ATC接入的核心交换机，控制中心、车辆段／停车场和车站的维护网交换机处，配置检测审计设备。主要解决：全网数据、行为审计；网络攻击行为检测和记录；非授权设备的接入检测等。3．本体安全。城市轨道交通信号系统的主机包括工作站和服务器，这些工作站和服务器直接参与列车运行调度命令的下发、运行图的绘制存储、列车运行状态数据存储等业务过程。因此，需要通过多种加固措施提升主机自身的安全能力，从而提升信号系统整体安全能力，达到立体防御的安全防护目标。在全线各工作站和服务器配置终端安全防护设备。主要解决：无需升级病毒库、抑制病毒运行、USB端口监控和保护、系统最小化安装等。4．持续性安全。信号系统的安全防护设计，从边界安全、行为安全、本体安全不同维度部署了相应的防护设备和软件进行纵深防御，多种技术类型的防护设备和软件需要一个统一指挥的平台，才能形成安全防护的合力，构成纵深防护的整体，以达到协同联动抵御网络攻击的目的。为满足等级保护建设对监控管理和安全管理中心的基本安全要求，在控制中心维护网交换机处配置安全评估设备。主要解决：全网资产录入扫描、分析；网络流量分析、定期等级测评、威胁评分和生成报告等，并提供每年三级等级评估所需各种资料。
4结束语
城市轨道交通信号系统的信息安全直接关系着城市轨道交通运输的安全和广大乘客的生命、财产安全，所以一定要强调信号系统信息安全的重要性。信号系统信息安全的建设，既要满足国标中对信息系统信息安全防护等级的相关要求，同时又要兼顾信号系统的特点，构建符合轨道交通系统特点的分域方式、便于全面管理维护的安全架构和满足实际需求的安全防御体系。
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作者:覃定明 李永霞 单位:广州地铁设计研究院有限公司 兰州市轨道交通有限公司
