พื้นฐานระบบควบคุมอุตสาหกรรม

ระบบควบคุมอุตสาหกรรม (ICS) คือคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ที่ใช้ตรวจติดตามและควบคุมกระบวนการทางกายภาพ เช่น โครงข่ายไฟฟ้า ระบบบำบัดน้ำ สายการผลิต ท่อส่ง และระบบอาคาร เมื่อรวมกับหมวดหมู่ที่กว้างกว่าอย่าง เทคโนโลยีการปฏิบัติงาน (OT) ระบบเหล่านี้จะเชื่อมโลกดิจิทัลเข้ากับโลกทางกายภาพ

ความขัดข้องในระบบเหล่านี้ไม่ได้หมายถึงข้อมูลสูญหายเท่านั้น แต่อาจทำให้การผลิตหยุดชะงัก เกิดความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อม หรือเป็นอันตรายต่อชีวิตมนุษย์

ตัวควบคุมลอจิกแบบโปรแกรมได้ (PLC) คือคอมพิวเตอร์อุตสาหกรรมที่ทนทาน ซึ่งอ่านข้อมูลนำเข้าจากเซนเซอร์และส่งผลลัพธ์ไปยังตัวกระตุ้นแบบเรียลไทม์ โดยเรียกใช้ตรรกะควบคุมใน รอบการตรวจอ่าน อย่างต่อเนื่อง: อ่านข้อมูลนำเข้า เรียกใช้โปรแกรม เขียนผลลัพธ์ส่งออก แล้วทำซ้ำ

• ทำงานได้แน่นอนและเชื่อถือได้ ออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
• มักเขียนโปรแกรมด้วย ลอจิกแบบบันได ที่มีลักษณะคล้ายแผนภาพรีเลย์
• ควบคุมวาล์ว มอเตอร์ ปั๊ม และอุปกรณ์ตัดวงจรโดยตรง

อุปกรณ์ภาคสนามที่เกี่ยวข้องช่วยขยายการควบคุมไปยังงานระยะไกลและงานเฉพาะทาง

• RTU (หน่วยปลายทางระยะไกล) — คล้าย PLC แต่ปรับให้เหมาะกับสถานที่ซึ่งกระจายตัวตามภูมิศาสตร์ โดยใช้ข้อมูลตรวจวัดผ่านการเชื่อมต่อระยะไกล มักพบในระบบสาธารณูปโภคและท่อส่ง
• IED (อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อัจฉริยะ) — ตัวควบคุมที่สร้างมาเฉพาะงาน เช่น รีเลย์ป้องกันในสถานีไฟฟ้าย่อย

อุปกรณ์เหล่านี้รวบรวมข้อมูลและเรียกใช้คำสั่งที่จุดปฏิบัติงาน มักอยู่ในสถานที่ไม่มีคนประจำ

SCADA (การควบคุมกำกับดูแลและการจัดเก็บข้อมูล) คือระบบที่ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานตรวจติดตามและควบคุมกระบวนการที่กระจายตัวจากตำแหน่งศูนย์กลางได้ ระบบนี้ไม่ได้ควบคุมกระบวนการโดยตรง แต่ทำหน้าที่ ควบคุมกำกับดูแล PLC และ RTU ที่เป็นผู้ควบคุมกระบวนการ

• รวบรวมข้อมูลตรวจวัดจากอุปกรณ์ภาคสนามจำนวนมาก
• แสดงข้อมูลแก่ผู้ปฏิบัติงานและจัดเก็บเป็นประวัติ
• ส่งคำสั่งควบคุมกำกับ (ค่ากำหนด การเริ่มและการหยุด)

ลองนึกว่า SCADA คือห้องนักบิน ส่วน PLC คือเครื่องยนต์

อินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร (HMI) คือหน้าต่างของผู้ปฏิบัติงานที่ใช้มองเข้าสู่กระบวนการ โดยแสดงหน้าจอกราฟิกที่บอกระดับของเหลวในถัง อุณหภูมิ อัตราการไหล และสัญญาณเตือน พร้อมส่วนควบคุมสำหรับปรับกระบวนการ

ในมุมมองด้านความมั่นคงปลอดภัย HMI มีความสำคัญ เพราะหากถูกเจาะระบบ ผู้โจมตีอาจ ทำให้ผู้ปฏิบัติงานมองไม่เห็นความจริง (แสดงค่าปกติทั้งที่กระบวนการกำลังถูกก่อวินาศกรรม) หรือส่งคำสั่งอันตรายได้โดยตรง

ระบบควบคุมแบบกระจาย (DCS) เป็นระบบที่มีความใกล้เคียงกันมาก ใช้กับกระบวนการต่อเนื่องที่เชื่อมโยงกันอย่างแน่นหนาภายในโรงงานแห่งเดียว เช่น โรงกลั่นหรือโรงงานเคมี

• SCADA — กระจายอยู่ตามพื้นที่ต่าง ๆ ใช้สำหรับกำกับดูแล และทนต่อความหน่วงได้ (ท่อส่ง โครงข่าย)
• DCS — ทำงานภายในโรงงาน มุ่งเน้นการควบคุมกระบวนการ และมีวงรอบที่มีความหน่วงต่ำ (โรงกลั่น โรงไฟฟ้า)

ในทางปฏิบัติ เส้นแบ่งระหว่างสองระบบนี้ไม่ชัดเจนนัก และทั้งคู่มีข้อกังวลด้านความมั่นคงปลอดภัยแบบเดียวกัน ซึ่งจะกล่าวถึงในหลักสูตรนี้

ระบบจัดเก็บข้อมูลกระบวนการย้อนหลัง จะบันทึกข้อมูลกระบวนการตามอนุกรมเวลา (ค่าที่อุปกรณ์ตรวจวัดอ่านได้ ค่าที่กำหนด และสัญญาณเตือน) ด้วยความละเอียดสูง เพื่อใช้ในการวิเคราะห์ การปฏิบัติตามข้อกำหนด และการแก้ไขปัญหา

ความสำคัญด้านความมั่นคงปลอดภัย:

• ระบบนี้มัก เชื่อมคร่อมเครือข่าย OT และ IT เพื่อป้อนข้อมูลให้การวิเคราะห์ธุรกิจ จึงมักเป็นจุดที่ผู้โจมตีใช้เป็นทางผ่าน
• ข้อมูลของระบบมีคุณค่าสำหรับผู้โจมตีที่กำลังสำรวจกระบวนการ
• ต้องป้องกันระบบโดยไม่รบกวนเส้นทางควบคุมแบบเวลาจริง

สถานีงานวิศวกรรม (EWS) ใช้สำหรับเขียนโปรแกรมและกำหนดค่าพีแอลซีรวมถึงตัวควบคุมอื่น ๆ ภายในมีไฟล์โครงการและซอฟต์แวร์ที่สามารถ อัปโหลด ดาวน์โหลด และแก้ไขตรรกะควบคุมได้

ด้วยเหตุนี้ EWS จึงเป็นหนึ่งในเป้าหมายที่อันตรายที่สุดใน OT ผู้โจมตีที่ควบคุม EWS ได้สามารถเขียนตรรกะที่ควบคุมอุปกรณ์ทางกายภาพขึ้นใหม่ได้ การเจาะระบบ EWS เป็นส่วนหนึ่งของการโจมตี ICS ที่เป็นข่าวสำคัญหลายครั้ง

ที่ปลายสุดของระบบทางกายภาพ อุปกรณ์สองประเภทจะทำให้วงรอบควบคุมครบ:

• อุปกรณ์ตรวจวัด ใช้วัดกระบวนการ ได้แก่ ความดัน อุณหภูมิ ระดับ อัตราการไหล และตำแหน่ง
• อุปกรณ์สั่งงาน ใช้เปลี่ยนแปลงกระบวนการ ได้แก่ วาล์ว มอเตอร์ ปั๊ม เบรกเกอร์ และเครื่องทำความร้อน

ตัวควบคุมจะอ่านค่าจากอุปกรณ์ตรวจวัด ตัดสินใจ แล้วสั่งงานอุปกรณ์สั่งงาน ข้อสังเกตสำคัญด้านความมั่นคงปลอดภัยคือ หากผู้โจมตีปลอมแปลงค่าที่อุปกรณ์ตรวจวัดอ่านได้หรือปลอมแปลงคำสั่งไปยังอุปกรณ์สั่งงาน ตรรกะควบคุมก็จะตัดสินใจผิด แม้ภายนอกจะดูเหมือนทำงานเป็นปกติก็ตาม

ระบบเครื่องมือเพื่อความปลอดภัย (SIS) เป็นชั้นระบบอิสระที่มีหน้าที่เพียงนำกระบวนการเข้าสู่สถานะปลอดภัยเมื่อเกิดสภาวะอันตราย เช่น สั่งให้เครื่องปฏิกรณ์หยุดทำงานเมื่อมีความดันเกิน

SIS ถูกแยกออกจากระบบควบคุมโดยเจตนา เพื่อไม่ให้ความขัดข้องของระบบควบคุมทำลายความปลอดภัยไปพร้อมกัน การโจมตีที่มีชื่อเสียงครั้งหนึ่งมุ่งเป้าไปที่ SIS โดยเฉพาะเพื่อปิดการป้องกันด้านความปลอดภัย นี่จึงเป็นเหตุผลที่การแยก SIS และการรักษาความถูกต้องสมบูรณ์ของระบบถือเป็นเรื่องสำคัญสูงสุด

ลำดับชั้นของระบบควบคุมโดยทั่วไป จากล่างขึ้นบน:

• อุปกรณ์ตรวจวัดและอุปกรณ์สั่งงาน สัมผัสกับกระบวนการทางกายภาพ
• พีแอลซี / อาร์ทียู / ไออีดี ดำเนินการควบคุมแบบเวลาจริง
• SCADA / HMI / DCS ทำหน้าที่กำกับดูแลและเปิดให้ผู้ปฏิบัติงานเข้าแทรกแซงได้
• ระบบจัดเก็บข้อมูลย้อนหลังและ EWS สนับสนุนการวิเคราะห์และงานวิศวกรรม
• SIS ปกป้องความปลอดภัยอย่างเป็นอิสระ

การทำความเข้าใจลำดับชั้นนี้เป็นพื้นฐานของความแตกต่างและมาตรการป้องกันด้านความมั่นคงปลอดภัยที่จะกล่าวถึงในส่วนที่เหลือของหลักสูตร

จับคู่องค์ประกอบกับความสำคัญด้านความมั่นคงปลอดภัยขององค์ประกอบนั้น

คุณได้เรียนรู้ส่วนประกอบพื้นฐานของระบบควบคุมอุตสาหกรรมแล้ว

• พีแอลซี อาร์ทียู และไออีดี ดำเนินการควบคุมกระบวนการทางกายภาพแบบเวลาจริง
• SCADA, HMI และ DCS ทำหน้าที่กำกับดูแลและเปิดให้ผู้ปฏิบัติงานตรวจสอบรวมถึงเข้าแทรกแซงได้
• ระบบจัดเก็บข้อมูลย้อนหลัง เก็บข้อมูลกระบวนการ ส่วน EWS ใช้เขียนโปรแกรมให้ตัวควบคุม
• อุปกรณ์ตรวจวัดและอุปกรณ์สั่งงาน ทำให้วงรอบควบคุมครบ การปลอมแปลงอุปกรณ์เหล่านี้ทำให้ตรรกะเข้าใจผิด
• SIS เป็นชั้นความปลอดภัยอิสระและเป็นเป้าหมายสำคัญที่ต้องป้องกัน

ถัดไป: เหตุใดการรักษาความมั่นคงปลอดภัยของ OT จึงแตกต่างจากการรักษาความมั่นคงปลอดภัยของ IT โดยพื้นฐาน