通过高级应用性能监控保障关键基础设施安全

在一系列针对现有基础设施的高调攻击之后，嵌入式系统在关键资产中的网络安全已比其物理防护更为重要。

随着拜登政府推进2.9万亿美元的国家关键基础设施投资——涵盖能源电网、全国通信网络和交通系统——近期如DarkSide勒索软件瘫痪科洛尼尔管道的事件，凸显了保护新旧平台免受恶意行为者侵害的紧迫性。

在这些密集互联的设备网络中防御漏洞利用，对硬件、固件、软件开发者以及网络安全专家而言都是巨大挑战。运营商必须持续监控嵌入式系统，以确保正常运行并检测可疑活动，因为隐蔽故障——无论源于硬件老化还是网络入侵——都可能引发灾难性故障。

构建弹性、可防御的基础设施需要分层方法，从芯片、固件到应用层面全方位评估可靠性。本文探讨控制基础设施物联网设备软件的网络安全最新进展，并分析应用性能监控（APM）趋势如何影响嵌入式系统设计。

关键基础设施与IT基础设施的区别

关键基础设施中物联网的安全问题极为深刻，特别是新投资将增加数百万需监控和防护的联网嵌入式设备。每个新设备及其连接都增加了攻击面。

图1. 随着数百万嵌入式联网设备的创建，安全担忧将更加突出，因为现在有更多设备需要监控。（来源：freepik）

为避免混淆，我们澄清关键术语。运营技术（OT）指监控和控制物理过程的物理硬件。信息技术（IT）涵盖在这些设备内处理数据的软件。随着物理世界数字化——即常说的物联网（IoT），OT与IT的界限日益模糊。

虽然IT基础设施无疑对物联网生态系统至关重要，但本文中的“关键基础设施”指拜登《美国就业计划》中列出的资产。根据2001年《美国爱国者法案》定义，包括其损害将对国家安全、经济安全、公共卫生或安全造成衰弱影响的系统。

物联网和嵌入式系统将成为新基础设施项目的骨干，并增强现有设施。

尽管关键基础设施与IT基础设施不同，但两者的安全都至关重要。IT基础设施攻击更易实施，却可能造成同样灾难性后果，近期供水系统遭入侵即证明了这一点。

突出的基础设施攻击，加上网络犯罪整体上升，促使全球政府加强对物联网设备和嵌入式系统安全的审查。

去年底，美国国会通过《2020年物联网网络安全法案》，收紧联邦机构使用的物联网设备安全标准。尽管该法案未强制要求所有关键基础设施中的物联网部署，但其影响预计将波及整个行业。

在法案辩论期间，美国国家标准与技术研究院（NIST）发布两份关键文件，将塑造未来物联网安全标准。《物联网设备网络安全能力核心基线》确立保护设备及其数据的最低安全要求，而《物联网设备制造商基础网络安全活动》则概述制造商应集成的控制措施，特别关注持续系统监控。

在欧洲，欧盟正修订《网络与信息系统安全指令》，以应对新兴基础设施威胁。

嵌入式系统开发者密切关注这些监管动态。虽然许多要求目前仍具愿景性，但最终将演变为具体的设备设计强制要求。

为洞察未来嵌入式系统网络安全设计，开发者可参考其他IT性能和安全领域的趋势，如网络应用性能监控（APM）。

然而，监督关键基础设施中嵌入式系统的应用是专业攻击者的主要目标。APM将成为维护安全的基石，开发者必须理解APM工具如何与其设备交互并塑造设计需求。

当前网络在处理大量联网设备时已面临带宽瓶颈。若设备数量增长十倍或更多，挑战将更严峻。当网络问题切断嵌入式设备与远程监控平台的链路时，设备更易遭受攻击。

投资经验丰富的网络管理员是一种缓解策略。网络管理岗位预计未来一年将增加4.2万个，反映出对安装安全系统、优化网络性能、排查软硬件故障的专业人才的迫切需求。

本地人工智能（AI）也可能助力。APM开发者正探索无损压缩技术，以在受限带宽下传输高质量数据，而嵌入式系统工程师需持续优化板载压缩算法。

AI和机器学习日益成为APM核心，Gartner甚至创造了“AIOps”术语。AIOps将APM从被动问题解决转向主动问题识别。

图2. 过去几年最大的发展之一是APM对人工智能的依赖日益增加。（来源：pixabay）

此外，AIOps在问题检测后自动修复。嵌入式系统开发者可采用AI构建主动的应用级网络攻击检测。

虽然AI训练常在云端进行——利用强大云资源处理海量数据集——但边缘AI正获得关注。开发者应评估板载AI用于本地安全监控的可行性，同时考虑当前AI模型的高计算需求。

保护嵌入式系统的各个层面——从底层硬件到运行的应用——需要统一的监控方法。依赖孤立的组件检查正让位于全息可观测性模型，该模型提供实时洞察，实现更快的异常检测和威胁缓解。

手动管理现代网络安全计划所需的海量数据流和分析几乎不可能。自动化因此成为未来安全策略的关键。例如，APM能有效识别攻击存在，但若与自动定位漏洞的系统结合，威力更大。

Cloud Defense网络安全专家Barbara Ericson指出：“你可以使用传统线性漏洞扫描器，或基于过往经验搜索特定目标的自适应漏洞扫描器。幸运的是，若选用优秀的漏洞管理软件，漏洞扫描可实现自动化。通过自动化扫描，你能确保组织持续评估新威胁，无需在定期扫描上浪费过多人力。”

嵌入式设备开发者也必须增强监控潜在攻击的自动化，并在问题出现时实施自动纠正措施。

随着美国启动大规模基础设施升级，关键基础设施中的物联网量将大幅扩张——加剧网络攻击风险。嵌入式设备开发者必须优先集成新颖的板载网络安全控制，以保障基本服务的可靠性和安全性。

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