工业控制系统信息安全防护指引

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出版者:电子工业出版社
作者:国家工业信息安全发展研究中心
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页数:0
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出版时间:
价格:54元
装帧:平装-胶订
isbn号码:9787121315459
丛书系列:
图书标签:
  • 控制科学与技术
  • Expertise
  • 工业控制系统
  • 信息安全
  • 网络安全
  • ICS安全
  • SCADA安全
  • 防护指南
  • 安全策略
  • 风险评估
  • 安全架构
  • 控制系统安全
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具体描述

软件定义世界的脉动:嵌入式系统与实时操作系统原理及实践 书籍导读: 在这个万物互联、数据驱动的时代,我们周围的物理世界正以前所未有的速度被数字化和智能化。从智能手机到自动驾驶汽车,从先进的医疗设备到复杂的工业自动化生产线,支撑这一切变革的核心动力,正是嵌入式系统与实时操作系统(RTOS)。它们是连接硬件物理属性与上层应用逻辑的桥梁,是实现高效、可靠、低延迟计算的基石。 本书《软件定义世界的脉动:嵌入式系统与实时操作系统原理及实践》,并非聚焦于传统工业控制系统(ICS)中的信息安全防护策略,而是深入剖析支撑现代智能设备运行的底层技术架构、设计哲学与工程实现细节。本书旨在为工程师、科研人员和高级技术爱好者提供一个全面、深入的框架,理解如何构建高性能、资源受限环境下的计算平台,并掌握在这些平台上实现精确时间控制和任务调度的核心技能。 第一部分:嵌入式系统基础架构与硬件平台解析 本部分奠定了理解嵌入式系统的理论基础,并详细探讨了当前主流的硬件平台选择与设计考量。 第一章:嵌入式系统的核心概念与发展沿革 本章将剖析嵌入式系统的定义、关键特性(如资源约束性、特定任务导向性、实时性要求)与传统通用计算机系统的本质区别。我们将追溯从早期微控制器到现代SoC(系统级芯片)的发展历程,重点分析摩尔定律在嵌入式领域引发的设计范式转变。讨论嵌入式系统在消费电子、汽车电子、航空航天以及物联网(IoT)领域中的广泛应用场景,并建立对嵌入式软件栈的宏观认知。 第二章:微控制器(MCU)与微处理器(MPU)的深入对比 深入解析不同处理器架构,包括ARM Cortex-M系列(侧重于低功耗与高集成度)、Cortex-A系列(侧重于高性能计算)以及RISC-V架构的崛起。详细介绍内存层次结构(缓存、SRAM、Flash)、总线结构(如AMBA AXI/AHB)以及片上外设的原理,包括ADC/DAC、定时器、中断控制器(NVIC)和通信接口(SPI, I2C, UART, CAN)。内容将聚焦于如何根据应用需求选择最合适的处理单元,并优化指令集的使用效率。 第三章:硬件抽象层(HAL)与设备驱动设计 构建可移植和健壮的嵌入式软件,关键在于有效管理底层硬件。本章重点讲解硬件抽象层(HAL)的设计原则,如何通过清晰的接口封装特定硬件的寄存器操作,从而提升代码的复用性和可维护性。深入探讨中断服务程序(ISR)的编写规范、中断延迟分析,以及驱动程序与操作系统内核之间的交互机制。内容将涵盖如何实现高效的DMA(直接内存访问)传输,以减轻CPU负担。 第二部分:实时操作系统(RTOS)的理论与工程 实时性是嵌入式系统的生命线。本部分将系统地介绍RTOS的设计原理、调度算法及其在复杂系统中的应用。 第四章:实时性理论基础与系统性能度量 严格定义“实时性”的含义,区分硬实时、软实时和有界延迟系统。介绍关键性能指标,如任务切换时间(Context Switch Time)、中断延迟(Interrupt Latency)、抖动(Jitter)以及最坏情况执行时间(WCET)的概念。理论部分将侧重于如何通过数学模型和分析方法来证明系统满足预定的时间约束。 第五章:RTOS内核结构与任务管理 剖析主流RTOS内核(如FreeRTOS, Zephyr, VxWorks等)的核心组件。详细讲解任务控制块(TCB)、任务状态转换机制,以及线程同步与互斥机制(信号量、互斥锁、事件标志)。重点分析信号量在避免竞态条件和实现复杂任务间通信中的应用。 第六章:实时调度算法的精妙设计 这是RTOS的灵魂所在。本章将深入探讨抢占式调度策略,包括固定优先级调度(如Rate Monotonic Scheduling, RMS)和动态优先级调度(如Earliest Deadline First, EDF)。分析这些算法在时间片轮转(Round-Robin)基础上的优化,并提供如何通过优先级继承或优先级天花板协议来有效解决优先级反转问题的工程实践指导。 第七章:内存管理与系统资源分配 在资源受限的嵌入式环境中,内存管理至关重要。本章将比较静态内存池分配、动态内存分配(如slab分配器)的优缺点。重点分析碎片化问题,以及如何在RTOS中安全、高效地管理堆栈空间,确保系统在长期运行中不会因内存泄漏或越界访问而崩溃。 第三部分:高级应用与系统集成 本部分将目光转向如何利用RTOS构建复杂的、需要网络通信或安全性的高级嵌入式应用。 第八章:通信协议栈与嵌入式网络 探讨在嵌入式设备中实现可靠通信的挑战。详细介绍TCP/IP协议栈在资源受限环境下的移植与优化,特别是轻量级的LwIP协议栈的使用。讨论面向物联网的低功耗广域网(LPWAN)协议(如MQTT、CoAP)在RTOS上的实现模式,以及嵌入式设备的数据安全传输考虑。 第九章:嵌入式系统中的可靠性与容错设计 构建高可靠性系统是工程追求的目标。本章讨论看门狗(Watchdog Timer)的使用,故障检测与恢复机制(Fail-Safe Design)。深入研究如何通过冗余设计(如双核锁步、时间冗余)来提升系统的运行可靠性,并探讨固件更新(OTA)的安全和原子性设计。 第十章:性能调试、仿真与验证 讲解现代嵌入式系统开发的调试工具链。介绍使用逻辑分析仪、示波器以及RTOS专用的性能分析工具(如Trace Recorder)来度量任务切换开销、分析中断响应时间的方法。强调仿真(Simulation)和硬件在环(HIL)测试在验证实时系统行为一致性方面的重要性。 结语:面向未来的嵌入式系统设计哲学 本书最终旨在培养读者一种“面向时间”的软件设计思维,使之能够驾驭日益复杂的异构计算平台,构建出不仅功能强大,而且时间可控、性能可预测的下一代智能设备。本书的知识体系横跨底层硬件操作到上层系统软件设计,是深入理解现代数字化基础设施不可或缺的工具书。

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最令我赞叹的是,这本书在不同行业、不同规模的工业控制系统信息安全防护中,都能够提供具有普适性和可操作性的指导。它没有局限于某个特定行业或特定类型的系统,而是从工业控制系统信息安全的共性需求出发,提供了通用的原则和方法。书中提到的很多安全实践,比如最小权限原则、安全审计、以及安全培训等,都能够适用于从小型制造企业到大型能源公司的各种场景。同时,它还针对不同规模的企业,提供了差异化的安全建设建议,比如资源有限的小型企业如何利用开源工具和免费资源来提升安全水平,而大型企业则可以投入更多的资源构建更加复杂和先进的安全体系。这种“量体裁衣”式的指导,让这本书的价值得到了极大的延伸。

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这本书在虚拟化技术和云计算在工业控制信息安全中的应用方面,提供了非常宝贵的见解。我之前对这些技术在OT领域的应用一直持谨慎态度,觉得它们可能存在兼容性和稳定性问题。但这本书的讲解,让我对这些技术的潜力有了全新的认识。它详细分析了如何利用虚拟化技术来创建隔离的安全区域,从而降低了病毒和恶意软件在系统内部传播的风险。同时,它还探讨了将一些非核心的、但需要处理海量数据的应用迁移到云端,以减轻本地设备的负担,并提高整体的计算和存储能力。书中还特别强调了在云环境下,如何确保数据的安全和隐私,包括加密、访问控制以及合规性要求。它提供了一系列关于云安全架构设计的建议,以及如何选择可靠的云服务提供商。这本书让我认识到,拥抱新技术,并对其进行审慎的安全评估和部署,是提升工业控制系统安全性的必然趋势。

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这本书在网络安全攻防技术方面的讲解,绝对称得上是“干货满满”。我之前虽然对网络安全有一些了解,但在工业控制系统这个特定领域,很多攻防手段和防护思路是截然不同的。书中详细分析了针对工业控制协议(如Modbus, DNP3, Profinet等)的常见攻击手法,比如协议报文篡改、重放攻击、以及拒绝服务攻击等。更让我惊喜的是,它不仅讲解了攻击的原理,更重要的是,它提供了详细的防御措施,包括如何对这些协议进行安全加固,如何使用专门的网络安全设备进行协议的深度解析和过滤,以及如何在网络架构上设置多层级的安全隔离。它还讲解了如何利用蜜罐技术来诱捕攻击者,以及如何通过威胁情报来主动发现和应对潜在的攻击。对于我们这些需要实时保障生产系统稳定运行的工程师来说,这些信息价值连城。

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作为一个在工业自动化领域摸爬滚打多年的工程师,我一直深知技术更新迭代的速度有多快,尤其是信息安全这块,简直是日新月异,稍不留神就可能踩雷。最近在单位的推荐下,我终于有机会拜读了这本《工业控制系统信息安全防护指引》,说实话,这本书的内容实在是太丰富了,我花了整整一个周末才勉强消化了一部分,但即便如此,它所带来的启发和帮助,绝对是超乎我想象的。 首先,这本书在信息安全基础理论的阐述上,非常扎实且深入,完全不像市面上很多快餐式的技术书籍,只讲点皮毛。它从工业控制系统的演进历史讲起,详细分析了不同时期系统架构的特点,以及由此带来的信息安全挑战。我尤其欣赏它在网络层面的安全防护章节,对于TCP/IP协议栈在工业环境下的安全隐患,以及如何进行纵深防御的讲解,简直是细致入微。比如,它不仅提到了防火墙和入侵检测系统,更进一步阐述了在OT(Operational Technology)环境下,如何根据实际需求配置和部署这些设备,包括具体的端口控制策略、协议过滤规则,甚至是如何针对SCADA、DCS等特定系统进行安全加固。这本书让我对“零信任”这种理念在工业控制领域的落地有了更深刻的理解,不再是空中楼阁,而是有了切实可行的技术路径。它还提到了虚拟化技术在提升系统弹性和隔离性方面的应用,并提供了相关的部署和管理建议,这对我们正在考虑升级老旧系统、提高安全等级的团队来说,无疑是雪中送炭。

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这本书在新兴技术(如物联网、人工智能、5G等)在工业控制信息安全中的应用和风险分析方面,表现出了极强的洞察力。它没有仅仅停留在现有技术的防护上,而是积极地探讨了未来可能出现的新威胁和新挑战。它分析了工业物联网设备可能带来的安全漏洞,以及如何对其进行有效的管理和防护。对于人工智能在安全领域的应用,比如利用AI进行异常行为检测和威胁预测,它也提供了深入的探讨。同时,它也分析了5G技术在带来高速连接的同时,可能加剧安全风险的可能性,并给出了相应的应对策略。这种对未来趋势的研判和分析,让我对如何提前布局、应对未来的安全挑战有了更清晰的方向。

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不得不说,这本书在实际操作层面的指导性,是我阅读过的所有信息安全相关书籍中最为突出的。它不是那种只停留在理论层面,让你看完后依然不知道该从何下手的那种“纸上谈兵”。书中列举了大量工业控制系统常见的攻击场景,并且针对每一种场景,都提供了具体的防护措施和应对策略。我特别关注了它关于“勒索软件攻击”的部分,详细描述了攻击者如何利用漏洞潜入系统,如何加密关键数据,以及如何通过供应链攻击进行扩散。更重要的是,它给出了非常实用的应对方案,包括定期备份的重要性、备份数据的隔离存放、以及在遭受攻击后如何进行有效的恢复,甚至还提供了应对勒索赎金支付的法律和伦理考量。这本书的价值在于,它能够帮助我们这些一线操作人员,在信息安全事件发生前,就做好充分的准备,而不是等到事后手忙脚乱。它还深入探讨了如何构建安全审计和日志分析体系,以确保在发生安全事件时,能够快速定位问题根源,并从中吸取教训。

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这本书在工业控制系统生命周期信息安全管理方面,给出了非常系统性的框架。它不再是孤立地看待某个阶段的安全问题,而是从系统的规划、设计、部署、运行、维护到最终的报废,都融入了信息安全的考量。我尤其欣赏它在系统设计阶段就强调“安全设计原则”的应用,以及在系统部署过程中,如何进行安全基线配置和漏洞扫描。在系统运行和维护阶段,它详细讲解了如何进行定期的安全评估、补丁管理、以及异常行为的监控。对于系统报废阶段,它也提出了数据销毁和资产清理的安全要求。这种贯穿整个生命周期的安全管理方法,让我看到了提升工业控制系统整体安全性的可行路径。它避免了“头痛医头,脚痛医脚”的被动局面,而是主动地将安全融入到每一个环节,从而构建起一个更加健壮和可靠的安全体系。

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在事件响应与恢复的章节,这本书可以说是“急救指南”般的存在。它没有回避信息安全事件发生的可能性,而是详细阐述了如何建立一个高效、有序的事件响应机制。从事件的发现、报告、评估、遏制、根除,到事后恢复和总结,每一个环节都提供了清晰的操作步骤和注意事项。我特别关注了它关于“危机沟通”的建议,在发生大规模安全事件时,如何及时、准确地向内部员工、外部客户、以及监管机构传递信息,这对于维护企业声誉和稳定至关重要。书中还提供了详细的灾难恢复计划(DRP)和业务连续性计划(BCP)的制定指南,以及如何在不同类型的安全事件中,选择最合适的恢复策略。这些内容对于提升我们应对突发安全事件的能力,有着不可估量的价值。

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让我印象深刻的是,这本书在物理安全与信息安全联动方面的思考。它清晰地阐述了,信息安全并非仅仅是网络层面的防护,而是一个整体的、相互关联的体系。在工业控制系统中,物理世界的安全直接影响着信息系统的运行,反之亦然。它详细讲解了如何通过加强厂区门禁管理、监控设备部署、以及对操作人员的身份识别和权限管理,来防止未经授权的物理访问。同时,它也强调了信息安全措施如何反哺物理安全,比如通过智能化的监控系统,可以及时发现和预警物理异常情况。书中还提到了如何对存储介质进行物理安全保护,以及如何防止物理手段进行数据窃取。这种多维度、系统性的安全观,让我对信息安全有了更全面、更深入的理解。它让我意识到,真正的安全,是将技术、管理和物理环境融为一体的。

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在阅读这本书的过程中,我最大的感受就是它的前瞻性和实用性完美结合。它没有回避工业控制系统信息安全面临的巨大挑战,比如老旧系统兼容性差、设备更新换代慢、以及操作人员安全意识不足等问题。相反,它直面这些问题,并提供了一系列切实可行的解决方案。我尤其对书中关于“人员安全”和“管理安全”的章节印象深刻。它详细阐述了如何通过建立完善的安全管理制度、加强员工安全培训、以及进行定期的安全演练,来提升整个组织的信息安全防护能力。它强调,技术防护固然重要,但人的因素同样不容忽视,甚至在很多情况下,人的疏忽才是最致命的漏洞。这本书的建议非常具体,比如如何设计有效的访问控制策略,如何进行敏感数据的分类分级,以及如何建立有效的事件响应机制。它还提到了第三方供应商风险的管理,这对于我们经常需要引入外部技术和服务的企业来说,是非常关键的一点。

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