一、工业网络安全现状堪忧
在当今的工业环境中，面临着诸多严峻的网络安全威胁。工业现场的网络环境极为重要，同时又对网络干扰和病毒入侵等情况非常敏感。一旦这一环境遭到破坏，很可能对生产环境造成难以估量的巨大损害，甚至会引发灾难性的事故。
从实际情况来看，工业互联网中物联网设备数量正快速增长，然而其安全性却存在缺失，这使得整个工业互联网网络面临着庞大的安全威胁。并且，网络里使用的众多设备和系统往往缺乏必要的安全防护措施，极易被攻击者利用。要知道，工业互联网网络中存储和处理的数据具有高度的敏感性，一旦发生泄露或者被篡改的情况，必然会对工业生产以及经济发展带来重大损失。
再看网络物理系统(CPS)，它作为工业互联网的核心组成部分，承担着连接物理设备和网络系统，实现工业生产自动化和智能化的重任。但其自身存在脆弱性，主要体现在网络和物理设备相互影响，以及对实时性、可靠性有着高要求方面。攻击者恰恰可以利用这些脆弱点，通过网络攻击或者物理攻击的手段，对工业生产过程进行破坏或者干扰。
恶意代码也是常见的安全威胁之一，像病毒、木马、蠕虫等恶意代码，能够通过电子邮件、恶意网站、U 盘等各种各样的途径进入工业互联网网络。一旦感染网络中的设备或系统，便会对工业生产过程造成破坏、干扰，严重时会致使设备瘫痪。
此外，DDoS 攻击同样不容小觑，攻击者利用大量僵尸网络或其他恶意资源，对目标网站或服务器发起大量服务请求，使得目标网站或服务器崩溃或瘫痪，进而对工业互联网网络中的关键设备或系统产生严重影响，导致工业生产过程中断。而且这种攻击还很难防御和溯源，给工业互联网网络安全带来重大威胁。
还有高级持续性威胁(APT 攻击)，攻击者针对特定目标，展开长期、持续、有组织的攻击，通常会借助网络钓鱼、水坑攻击等方式，将恶意代码植入目标网络，经过长时间潜伏和渗透，窃取敏感数据或者破坏工业生产过程，其隐蔽性和破坏性强。
供应链攻击也是常见的攻击方式，攻击者针对工业互联网网络中的供应商或合作伙伴进行攻击，把恶意代码或其他安全威胁植入相关产品或服务中，最终影响到其他用户，同样具有很强的隐蔽性和破坏性，能在不直接攻击工业互联网网络的情况下，达到破坏生产过程或窃取敏感数据的目的。
面对如此严峻的工业网络安全形势，工业安全隔离网闸的重要性愈发凸显，它能针对性地对工控网络所面临的网络安全风险进行防护，为工业生产筑牢安全防线。
二、网闸究竟是什么
网闸的定义与基本原理
网闸(全称：安全隔离与信息交换系统)是从安全隔离的概念演变而来，旨在满足不同安全域之间既要安全隔离又需进行数据交换的需求。它通常由内部处理单元、外部处理单元和专用隔离部件组成，是部署于两个不同安全域之间，实现应用代理服务、协议转换、信息流访问控制、内容过滤和信息交换等功能的产品。
其基本的工作原理是先切断网络之间的通用协议连接，将数据包进行分解或重组为静态数据，然后对静态数据展开安全审查，涵盖网络协议检查、代码扫描等环节，确认安全的数据才会流入内部单元，最后内部用户凭借严格的身份认证机制获取所需数据。
在通用系统架构方面，常见的有 “2+1” 系统架构，也就是采用双主机架构，包括内端机、外端机以及隔离控制单元。隔离控制单元运用专用的私有协议，负责内端处理单元和外端处理单元之间的通信，以此增强工业控制网络边界的安全防护能力，内端机与外端机相互独立，依靠隔离控制单元来实现彼此通信。
网闸的发展历程回顾
从技术发展阶段来看，网闸大致经历了三代变化：
第一代网闸：采用单机隔离卡技术，借助物理隔离卡把一台设备上的硬盘物理分割为两个分区，分别与内外网络相连，构建出两个独立的环境，解决了单机非实时信息交换的需求，但没办法开展连续实时的业务。
第二代网闸：原理是利用单刀双掷开关使得内外网的处理单元分时存取共享存储设备来完成数据交换，通过应用层数据提取与安全审查，杜绝基于协议层的攻击，既保障了安全，又使得连续实时业务得以开展。不过，这一代网闸由于内外网共用存储设备，不能满足物理隔离要求，并且受电子开关切换速度限制，整体处理性能偏低，容易出现吞吐量低、并发连接数少以及交换延迟大等情况，甚至存储设备也会因频繁通电断电而影响寿命，导致数据交换过程中断。
第三代网闸：利用全新理念的专用交换通道 PET(Private Exchange Tunnel)技术，依靠专用高速硬件通信卡、私有通信协议和加密签名机制来实现。专用高速硬件通信卡大幅提高了处理能力，私有通信协议和加密签名机制则保证了数据交换的机密性、完整性和可信性，在确保安全性的同时，还能提供更出色的处理性能，以适应复杂网络对隔离应用的需求。
随着各行业业务系统的迅速发展，网络规模不断扩大，不同行业需求和政策要求各异，网闸也针对不同行业的应用场景，衍生出了传统网闸、工业网闸、单向光闸、电力专用单向隔离装置等不同类别的产品，在不同领域发挥着重要的安全防护作用。
三、网闸在工业上的关键作用
安全隔离功能
在工业环境中，网闸的安全隔离功能至关重要。它通过专用隔离设备，例如采用 “2+1” 双主机架构模式里的隔离控制单元，将内端主机系统和外端主机系统分隔开来。在这个过程中，使得内外网主机之间原本通用的网络协议连接被切断，像 TCP、UDP、ICMP 等协议都无法直接连通，让系统间不存在通信的物理连接、逻辑连接及信息传输协议，外部基于这些协议的恶意程序也就没办法通过网闸进入内网。
比如说，在一些大型油气生产企业的工控网与办公网之间部署工业隔离网关(单向网闸)后，就能实现工控网生产实时数据传输到企业核心交换机，同时保证核心交换机数据无法进入工控网，有效隔离了互联网病毒、木马程序等，保障了工控网络的运行安全。正是这种强大的隔离能力，从根源上阻断了外部网络可能对内网发起的攻击路径，为工业内部网络筑牢了安全的 “城墙”，保障内部网络安全稳定地运行，使其免受外部潜在威胁的干扰和破坏。
数据加密与隐私保护
网闸在工业应用场景下，对于数据的加密与隐私保护有着完善的机制。它会利用诸如 TLS/SSL 等加密算法对传输的数据进行加密处理，这一加密涵盖多个方面。
在数据的传输通道方面，通过加密保障数据在传输时不会被窃取，即使数据在网络中传输被不法分子截获，没有对应的解密密钥，也无法获取其中的真实内容。对于数据存储安全，加密后的存储形式让数据在静态存放时也处于保密状态，防止内部数据泄露风险。而且，还涉及到数据访问权限控制，严格规定了哪些用户、哪些设备可以对特定的数据进行访问，未获得授权的对象根本无法触及相应数据。
例如在工业自动化控制系统中，不同设备之间传输生产过程控制、设备监控等关键环节的数据时，网闸的加密与权限控制功能就能确保这些数据无论是传输中还是存储状态下，其隐私性和完整性都能得到可靠的保护，防止敏感的工业生产数据被窃取或篡改，进而避免企业因数据安全问题遭受知识产权损失以及其他经济损失等情况发生。
身份验证与访问控制
网闸在工业环境的数据传输以及设备管理过程中，实施着严格且多维度的身份验证与访问控制措施。
一方面，它会采用基于证书的认证方式，就像是给每个被允许访问的设备和用户都发放了一张专属的 “电子证”，只有持有合法有效证书的对象才能尝试进行下一步操作。同时，还常常运用多因素身份验证手段，比如除了证书验证外，还结合密码、动态验证码、指纹识别等多种方式，进一步增强验证的准确性和安全性。
例如在企业的工业互联网场景里，当维护人员想要远程接入工业系统对设备进行实时监控和故障排除时，必须先经过网闸严格的身份验证流程，只有通过验证，确认是获得授权的合法维护人员，才能够访问相应的关键系统和获取所需的数据，以此确保只有符合要求的人员和设备可以与工业网络中的重要资源进行交互，大程度降低非法访问带来的安全风险。
漏洞管理与安全更新
由于网闸常常运行在工业环境中，而工业环境中的设备和系统往往存在长时间没有更新的情况，所以确保网闸软件和固件的安全性就显得尤为关键。
网闸的生产厂商需要及时关注并检测可能出现的漏洞，一旦发现，就要迅速发布相应的安全补丁和更新内容，然后积极推广这些更新到客户正在使用的网闸设备上。因为一旦有漏洞存在且未及时修复，恶意攻击者就可能利用这些已知漏洞，通过网络发起针对性的攻击，进而影响整个工业网络的安全，像造成生产中断、数据泄露等严重后果。
例如在一些电力、化工等行业的工业自动化控制系统中，如果网闸存在未修复的漏洞，可能通过漏洞入侵，干扰生产过程控制环节，导致电力供应故障或者化工生产流程出现危险状况等，所以及时的漏洞管理与安全更新是保障工业网闸持续安全运行，守护工业网络安全的重要环节。
防火墙与流量监控
网闸在工业应用里通常配备了防火墙功能，这一功能就像是一个 “网络安全卫士”，可以对未经授权的网络流量进行有效的过滤和阻止。无论是外部网络想要非法闯入的恶意攻击流量，例如常见的 DDoS 攻击、入侵尝试等，还是一些不符合安全策略的异常流量，都会被防火墙拦截在工业网络之外。
同时，网闸还具备流量监控功能，它可以实时监测网络中的流量情况，帮助管理员快速察觉异常流量和行为。比如某个工业设备突然产生了远超正常水平的数据传输流量，或者出现不符合常规通信模式的流量走向，管理员就能通过流量监控及时发现这些异常迹象，进而判断是否存在安全威胁，并迅速采取相应的应对措施，保障工业网络的安全稳定运行，避免因异常流量带来的潜在风险对工业生产造成影响。
例如在工业互联网应用场景中，众多设备之间相互通信协作，如果没有网闸的防火墙与流量监控功能，恶意攻击者发起的流量攻击可能使整个网络陷入瘫痪，影响到从生产一线到管理层面等各环节的数据交互和正常运作，而有了这些功能就能提前预警、及时处置，确保工业网络的有序运行。
物理安全和环境保护
作为部署在工业环境中的物理设备，网闸需要周全地考虑物理安全性以及环境保护方面的问题。工业现场往往存在诸多复杂的情况，像电磁干扰可能影响网闸设备内部电路的正常运行，导致数据传输错误或者设备出现故障；温度变化如果超出设备正常工作的范围，可能造成电子元件性能下降甚至损坏；而且还有可能面临物理损坏的风险，比如受到撞击、震动等情况。
所以，网闸在设计制造时就充分考虑到了这些因素，具备防尘、防水、抗震等特性。例如采用坚固的外壳以及合理的内部结构设计，使其在面对一定程度的震动、灰尘侵袭或者意外溅水时，依然能够保持稳定运行，确保长时间稳定地为工业网络提供安全隔离与数据交换等服务，不因外界物理环境因素而出现频繁故障，保障工业生产过程中网络环节的可靠性。
四、工业网闸产品及特性
铁牛科技工业安全网闸
铁牛科技工业安全网闸采用了 “2+1” 架构，也就是双主机加隔离板的设计，这种架构具备高可靠性和容错能力，能够有效防止单点故障，即便出现故障也能维持系统的稳定运行。其适用于多个领域，像是电力物联网、工业互联网以及智能制造等领域都是它发挥作用的舞台，并且还凭借自身丰富的技术积累与行业经验，为石化、交通、电力、钢铁、矿业、水利等行业的信息系统(如 MES、ERP)提供数据处理与安全服务，助力用户提升效率、创造价值。
在通信协议支持方面，内网侧支持 Modbus、DLT645、T188、IEC104、PLC、OPCDA、OPCUA 等多种工业标准协议，能很好地适配不同工业设备的通信需求；外网侧则支持能耗国标、MQTT 定制、HTTP 定制等行业专用协议，为企业的数据通信提供了灵活的解决方案。
从硬件设计来看，它采用标准 19 英寸 2U 机柜，契合工业环境和能耗平台通信接入的安全防护要求。设备还具备模块化、可扩展、低功耗、高度集成以及配置灵活等特性，同时提供双电源接入接口，一旦电源出现异常会有报警提示，多方位保障设备稳定运行。另外，产品通过了 CE 和 FC 的电磁兼容测试，以及公安部的安全测试，符合行业标准与安全要求。而且系统支持设备密钥和工程参数的管理、备份与恢复，方便企业对设备配置和数据安全策略进行管理。像 TN-1808S 采用标准 1U 机架式设计，内外侧分别提供 8 路 RS458 通讯，4+4 路 10M/100M 自适应工业以太网接口，有着低功耗、高性能、易安装等特点，适用于工业控制通讯等场合；TN-2608S 采用标准 2U 机架式设计，内侧提供 8 路 RS458 通讯，6+6 路 10M/100M/1000M 自适应工业以太网接口，同样支持多种通讯方式，具备低功耗、高性能、易安装以及双电源冗余供电设计等优势，也适用于工业控制通讯等场合。总之，铁牛科技工业安全网闸以其出色的架构、广泛的适用性、多样的协议支持以及可靠的硬件设计等特点，在工业场景中有着重要地位。
TN-1808
TN-1408
TN-2068
五、网闸在工业领域的应用案例展示
海螺水泥集团案例
海螺水泥，在数字化转型方面有着积极的探索与实践，而网闸在其转型过程中发挥了关键作用。
早在 2016 年，芜湖海螺水泥智能工厂全面启动，力控华康与浙大中控合作，梳理底层 DCS 控制系统实时数据，并提供了 5 台工业安全网闸。这些网闸通过 OPC 协议从熟料线、水泥磨、发电系统等取模拟量数据，转发标准 OPCServer，然后能管系统、巡检系统、MES 系统等再从网闸转发的 OPCServer 获取数据。设备部署在水泥厂底层控制系统、发电系统 OPCServer 与能管系统、巡检系统、MES 系统之间，实现了物理隔离需求，保证了数据安全传输。
到 2017 年，全椒海螺智能工厂启动，力控华康与南京朗坤合作，提供 2 台工业安全网闸，分别部署在生产和发电系统，实现不同控制系统安全隔离及数据梳理。
从整体的技术方案来看，其工业安全网闸内部采用特殊的 2+1 双独立主机架构，控制端接入工业控制网络，借助采集接口完成各子系统数据的采集；信息接入到企业管理网络，完成数据到调度中心的传输。双主机之间依靠专有的 PSL 网络隔离传输技术，截断 TCP 连接，割断穿透性的 TCP 连接。PSL 的物理层运用专用隔离硬件，链路层和应用层采用私有通信协议，数据流采用 128 位以上加密方式传输，充分保障数据安全，实现了数据自我定义、自我解析和自我审查，避免传输机制被病毒感染，有力地为控制系统网络数据安全保驾护航。
通过这样的部署和技术应用，海螺水泥集团在实现数字化运营，构建集团六大核心能力，朝着 “建设智能工厂，打造智慧海螺，数字化转型” 目标迈进的过程中，工业安全网闸为其筑牢了工业网络安全防线，障数据在不同系统间安全、准确、完整地传输，让各业务系统得以稳定运行，也助力海螺水泥集团巩固其在行业内的地位，成为工业企业数字化转型中成功运用网闸保障网络安全的典型案例。
其他行业应用案例
除了在水泥行业的出色表现，网闸在电力、石油、石化、交通等众多不同行业也有着广泛且重要的应用实例，彰显出其通用性和对各工业场景网络安全保障的强大贡献。
在电力行业，例如某电力集团在信息化建设当中明确了双网建设原则，重要业务系统、日常办公计算机处于内部网络，而像综合数据库系统、OA 系统、邮件系统和网银系统等所需要的基础数据却来自外部业务网络甚至互联网络。内外部网络分开建设虽保护了内部信息安全，但物理断开造成了应用与数据的脱节，影响行政效率。这时通过在内网与外网之间边界处部署隔离网闸，实现双网隔离，保证数据的互联互通。隔离网闸上部署数据库同步模块，可将外网数据库中的特定数据同步到内网数据库中，反向则不允许数据库信息传输；或者配置内网数据库的映射模式，在外端机启用数据库代理模块，实现外网业务系统对数据库的访问需求。这有效保障了电力集团业务系统的正常运转以及数据的安全交互，避免了内外网因隔离带来的数据流通障碍，还增强了网络安全性，防止外部网络攻击威胁到内部核心业务。
石油石化行业同样离不开网闸的安全防护。像网神 SecSIS3600 石油行网闸，部署在网络与生产网之间，为石油生产过程中的数据传输和系统安全保驾护航。在石油生产的复杂网络环境里，存在大量涉及生产工艺、设备运行等敏感数据，网闸切断内外网之间通用网络协议连接，防止外部网络的恶意程序、病毒等入侵生产网，保障了石油生产系统的稳定运行。同时，对于一些需要从外部获取数据或者向外部传输特定数据的应用场景，网闸可以在确保安全的前提下，实现数据的安全摆渡，满足企业运营管理和生产监控等不同环节的数据交互需求。
在交通领域，以智慧交通系统为例，交通控制中心需要与众多分布在不同区域的交通设备(如信号灯、电子眼等)进行数据通信，同时要保证内部核心控制网络的安全。网闸在这里就发挥了隔离与数据交换的重要作用，它可以将交通控制中心的内部网络与外部接入的设备网络隔离开，外部设备采集到的交通流量、路况等数据经过网闸的安全审查后，安全地传输到控制中心内部网络，供相关系统进行分析处理，进而实现智能交通指挥调度等功能。而控制中心内部的关键指令等数据同样可以通过网闸安全地传输到外部设备执行，且不会受到来自外部网络的非法访问和攻击威胁，保障整个智慧交通系统的平稳、安全运行。
从这些不同行业的应用案例可以看出，网闸凭借其安全隔离、数据加密、身份验证、漏洞管理等多方面的功能特性，能够很好地适配不同工业场景下的网络安全需求，成为保障各工业领域网络安全，助力企业安全生产和数字化运营的关键设备。
六、网闸助力工业未来发展
对工业互联网安全的意义
随着工业互联网的蓬勃发展，网络正朝着开放互联的方向大步迈进。在这样的大趋势下，工业生产中的各类关键信息基础设施的安全、可靠运行变得愈发重要，而网闸在其中扮演着少不了的角色。
工业互联网涵盖了众多关键领域，像电力、化工、制造业等，这些领域里存储和传输着大量关乎生产运行、企业机密以及国家安全的数据信息。例如在电力行业，电网的实时监控数据、电力调配指令等一旦遭到泄露或者篡改，可能会引发大面积停电事故，影响社会的正常运转；化工生产中，工艺流程数据、设备控制参数若被恶意获取或更改，甚至可能导致严重的爆炸、泄漏等灾难性后果。
而网闸能够凭借其强大的安全隔离功能，在工业互联网的不同安全域之间构建起坚固的 “屏障”。它切断了内外网之间基于通用网络协议的直接连接，有效阻止外部网络中的病毒、恶意软件、攻击等安全威胁向内网渗透，从根源上保障了关键信息基础设施不会轻易遭受外部攻击，为工业生产的稳定运行提供了基础保障。
同时，网闸的数据加密与隐私保护机制，使得在工业互联网中传输和存储的敏感数据都能处于保密状态，无论是生产过程中的实时数据，还是涉及企业核心技术、商业机密的数据，都能避免被窃取或泄露的风险。另外，通过严格的身份验证与访问控制，网闸确保只有合法授权的人员和设备才能访问相应的工业网络资源，防止非法访问带来的数据泄露和系统破坏风险。
总之，在工业互联网日益开放且安全形势严峻的当下，网闸对于保障关键信息基础设施安全、可靠运行有着至关重要的意义，是守护工业生产安全的关键防线之一。
未来发展前景展望
从目前网闸在工业领域的应用情况来看，其已经在众多行业展现出了优秀的安全防护能力，并且随着工业的持续发展以及技术的不断进步，网闸有着广阔的发展前景。
在技术改进方面，未来网闸有望进一步融合人工智能、大数据分析等前沿技术。例如，借助人工智能的机器学习算法，可以让网闸对网络中的异常流量和潜在威胁进行更精准、快速的识别与预警。通过对大量工业网络数据的分析学习，网闸能够自动适应不同工业场景下的安全需求，动态调整安全策略，实现智能化的安全防护。
在应用拓展层面，随着工业 4.0、智能制造等理念的深入推进，工业网络的规模和复杂度会不断提升，这将促使网闸在更多细分工业领域得到应用。比如在新兴的智能物流、智能医疗设备制造等领域，网闸可以保障物流机器人之间、医疗设备与管理系统之间的数据交互安全，助力这些新兴产业健康发展。
而且，随着国家对于工业信息安全重视程度的不断提高，相关政策法规也会日益完善，这将进一步推动工业企业积极部署网闸产品，扩大市场需求。预计未来几年，网闸在工业领域的市场规模会持续扩大，产品功能也会更加多样化和专业化，不仅局限于现有的安全隔离、数据交换等功能，可能会拓展出如与工业云平台更好融合、针对工业物联网设备的深度安全管理等新功能，多方位满足工业发展对网络安全的更高要求
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