能源关键基础设施网络脆弱性影响评估的跨学科方法

文献标题

用于能源关键基础设施的网络脆弱性影响评估的跨学科方法

文献信息

• 主题领域: 网络安全与能源关键基础设施
• 关键词: 网络安全、能源基础设施、运营技术 (OT)、计算机安全、系统脆弱性、跨学科协作、影响评估、定性研究

研究背景与问题

• 问题或挑战:
  • 随着能源基础设施变得更加互联，运营技术 (OT) 和计算机安全之间的分离为制定统一的安全策略带来了挑战。
  • 网络脆弱性可能对电网运营造成重大影响，包括停电和对其他关键领域（如医疗、金融和农业）的连带后果。
  • IT 安全为主的框架通常不适合能源 OT 场景，原因包括遗留系统的使用、对持续运营的高要求以及经济和人员资源的限制。
• 重要性:
  • 保障能源基础设施的安全对社会至关重要，因为任何中断可能会引发连锁反应，危及国计民生的各个方面。
  • 当前网络安全专业人员短缺，尤其是在资源有限的小型能源设施中，这进一步增加了能源基础设施的脆弱性。
• 研究动机与相关工作:
  • 作者希望通过跨学科的方式，结合能源运营工程师与计算机安全专家的知识，以改进关键基础设施的安全措施。
  • 研究的核心议题包括如何弥合 OT 和 IT 安全文化和技术方法的分歧，以及如何开展高效的跨学科合作。

解决方案

• 方法与方案:
  • 通过对18名能源关键基础设施领域专家的访谈（包括9名计算机安全专家和9名能源运营技术专家），研究两组专家对评估网络脆弱性影响所需信息的看法。
  • 分析专家提出的策略、两组专家对彼此领域的理解，以及如何更好地合作。
• 创新之处:
  1. 采用跨学科视角，整合计算机安全与能源运营技术的知识。
  2. 深入探讨能源 OT 和计算机安全领域的细微思维差异及协作机会。
  3. 提出了改善跨学科协作的建议，例如通过团队整合、红队模拟攻击演练以及增加可用安全设计等。
• 实施步骤与关键技术:
  1. 招募能源 OT 和计算机安全领域的专家，设计访谈涉及的问题，包括影响评估策略和跨领域协作。
  2. 使用质性研究方法对访谈记录进行编码分析，识别两组专家在评估网络脆弱性影响方面的模式与差异。
  3. 提出提升影响评估准确性和跨学科协作的实用建议。

研究成果

具体成果

1. 类似点: 两组专家在评估策略的基础类别上（如易接入性、后果评估、设备信息等）持相似看法。
2. 差异点:
   • 计算机安全专家更加关注攻击方法、网络中的访问路径以及设备的功能性滥用。
   • 能源运营技术专家更多关注系统整体影响中的连锁反应以及操作中断等问题。
3. 跨学科洞察: 尽管两组专家在同一组织中有一定的跨学科经验，但两者的职业动机和思维方式差异依然显著，需进一步通过整合式协作予以补充。

与现有解决方案相比的优势

• 深入探索了能源 OT 和计算机安全之间的思维差异，为其他关键基础设施领域的跨学科合作提供了参考框架。
• 强调可用性在安全中的重要性，避免因过于复杂的安全设计阻碍操作人员的正常工作。

实验或评估结果

• 通过专门访谈发现，以跨领域对话和暴露学习为基础的协作方式能够显著改善专家间的知识共享。
• 网格化的定性结果表明，能源 OT 和网络安全领域需要加强跨领域知识交流以实现全面的脆弱性评估。

局限性与未来方向

• 局限性:
  • 研究基于小样本，仅涉及一个组织，结果的普适性有限。
  • 专家组因长期协作可能已有跨学科经验，不完全代表该行业的普遍情况。
  • 缺乏对更标准化或定量化验证手段的使用。
• 未来方向:
  • 扩大样本量，进一步探讨更传统情况下专家的跨学科行为。
  • 针对更广泛的关键基础设施（如医疗、水资源管理）评估跨领域交互的效果。
  • 开发更通用和易用的工具和框架，扩展能源 OT 的安全能力，同时满足跨学科需求。

总结

本文通过对能源关键基础设施领域的计算机安全专家和能源工程师的访谈研究，揭示了双方在网络脆弱性影响评估中的策略差异和协作建议，并提出了可操作性的跨学科方法，以改善关键基础设施安全的现状与效率。