基于区块链的ICS数据安全策略研究

基于区块链的ICS数据安全策略研究

祁冬

中国联合网络通信有限公司山东省分公司  山东省济南市  250020

摘要：在现代科学技术发展的推动下，数据成为社会生产的重要资源，同时在数据信息总量爆炸的时代中，必须做好数据安全保障工作，尤其是在工业生产方面，需要确保工业控制系统的网络数据安全性，其中区块链技术具有良好的应用效果，因其独特的技术优势，能够全面提升工业控制网络数据安全性，所以需要加强对区块链技术的应用。因此，本文将对基于区块链的ICS数据安全策略方面进行深入地研究与分析，并结合实践经验总结一些措施，以期能够对相关人员有所帮助。

关键词：区块链；ICS；数据安全；网络安全；优化措施

工业控制系统（industrial control system,ICS）的应用，使得我国工业生产水平迈上新的台阶，在网络技术的支持下，工业生产控制效率全面提高。但是随之而出现的工业控制系统数据安全问题得到广泛关注，为了解决该问题，区块链技术逐渐开始应用，为保障数据安全提供了全新思路。区块链技术具有良好的安全性与可靠性，结合其不可篡改、不可伪造等特征，工业控制系统中的数据被记录后不会轻易发生变化，从而能够提升工业控制系统数据信息安全性，具有良好的应用效果。

1区块链技术的基本内涵分析

区块链技术是现代信息技术中的重要构成部分，该基本技术内容为将数据区块以依次相连的基本方式，将数据排列成为一种链式结构的数据体系构，且在链式体中密码能够确保数据无法被其他主体修改，具有不可伪造性以及安全性基本特征。在区块链技术的基本形式中，数据以区块作为基础保存单位，数据会以时间顺序排列成链式结构体系，该体系中所有节点的数据都能够参与区块链系统的数据监测、数据管理以及数据维护等服务，且所有新的区块在进入时必须经过网络大部分节点的统一分析，之后才能从节点发送实现数据同步，之后数据不能被私自篡改和伪造，具有显著的安全性优势。从区块链技术的基本原理中可以看出，区块链技术具有如下几项特征：（1）高度可靠性。因为区块链技术中的所有数据都具有不可篡改性，所以数据保存具有高度可靠性，其中任何一个节点出现问题时，其他节点中的数据不会受到影响，能够有效保障数据完整性和可靠性[1]。（2）高度安全性。区块链技术中的数据具有高度安全性，数据进入链式体系结构中后，所有数据都将会永久保存，数据通常情况下不会被修改，且因为区块链的特定算法，对于数据交换会产生很大限制，所以能够提高数据安全性。（3）去中心化特征。区块链技术最为典型的特征去中心化，能够构建新的内容产生特征，从而提高数据全面性，使得区块链技术在人力资源管理中的应用效果提高。下表为区块链技术各层的主要构成部分。

2基于区块链的ICS数据安全策略

2.1共识机制

共识机制是区块链技术的核心构成部分，在不具有中心权威的情况下运行。在中心化系统即集中式系统中，数据交流时需要一个中心节点进行转达，只有中心节点才具有更新数据的权限，所有数据交流都需要通过中心节点进行控制与管理，中心节点能够决定数据库的基本类型，在网络中与授权中心节点关联的其他节点才能够对数据进行访问；而在去中心化系统中，区块链技术的使用使得分散的网络结构得以整合，所有节点都可以发挥出中心节点的作用，每个节点都能够成为独立的服务器，这就使得网络传输过程中具有多个节点对其进行记录，而不是单一的中心节点模式，且每个节点在层次中都是相等的，具有更多的访问权限。共识机制以去中心化的方式构成统一协议，有利于验证与已经核实的信息增加到分布式账本中，从而确保所有数据都存储在区块链中。将其应用在ICS中，能够做出决策，实现数据传输的一致性目标，还能够确保ICS中每个数据都只有一种确定存储方式，最为重要的是能够确保ICS网络交易的真实性与可靠性，每个用户都能够对数据进行监控[2]。

2.2共识机制模型

区块链是一个去中心化的时间戳服务器技术，能够自动构建分散的、为每个提交数据提供防止篡改以及能够公开验证的时间戳，将区块链技术应用在ICS中，需要构建共识机制控制模型。首先，在ICS服务器中构建区块链技术平台，并设置相应的准入规定，为服务器设置不同的组织关系，并配置相应的通道，从而实现ICS底层基础网络的构建，本文将ICS网络模型分为三个模块，第一个模块能够将底层区块链中的数据传输到ICS服务器中；第二模块中的共识机制主要功能是更新数据；第三模块主要为去中心化时间戳服务技术，能够为数据更新提供对应的时间戳。

在ISC控制层中设置相应的选择机制，监控中心能够对带有哈希序列的数据节点进行打包使其成为区块，并通过数据分析技术对工业资产进行评定，给予评定结果良好的工业资产一定通证奖励，使其在后续的交易中可以打包成优先区块，从而能够对工业交易进行引导。区块链技术中每个组织都具有分布式记账功能，能够维护公共的账本；针对工业资产数据的读写操作，都会记录在区块链中，从而能够实现对ICS数据的良好安全管控，确保ICS信息数据真实性与可靠性。与此同时，在ICS中，部分数据为企业保存，用户无法获取自身的记录和历史数据，利用共识机制模型可以对隐私数据进行存储，从而能够保护用户的因素数据，使得用户隐私数据的自主性得以增强

[3]。

3基于区块链技术的ICS数据安全系统验证

为了明确区块链技术的运行方式以及共识机制模型，需要设计安全验证机制，由于保障ISC数据安全。在本次设计方案中，在相同区块链中操作服务器端节点保存实物数据副本，假定ICS中的设备节点为区块链中节点，每个设备节点都能够在区块链中进行交易，通过区块链技术的分布式账本以及共识机制等解决ICS数据安全问题。

在仿真验证过程中，采用Opent网络仿真软件对ICS区块链进行验证，因为ICS区块链网络具有去中心化的分布式系统，所以在全分布式结构化拓扑中，每个节点都可以作为服务器，还能够作为对等的实体，在ICS中具有多种不同的作用，其地位完全相同。结合相关测试数据证明，ICS区块链中进行数据传输160s时的网络收敛延迟约为0.4微秒，整体网络延时较为稳定，从而能够证明将区块链技术于ICS结合后，能够有效防止ICS数据被篡改的问题发生；在ICS区块链网络中数据传输到400s时，其网络吞吐量从20s增加到55s，在42s时吞吐量最大，周期形式的达到峰值说明ICS区块链网络较为稳定，不容易发生数据丢失的问题，从而证明区块链技术能够提升ICS数据存储稳定性，有利于确保ICS数据安全性。

由此可见，将区块链技术应用在ICS数据安全保障中，能够防止ICS数据被篡改，还能够提升ICS数据存储稳定性，避免ICS数据被篡改、丢失以及损坏等问题发生，在保障ICS数据安全性方面具有重要的作用，区块链技术的优势能够充分发挥。

结束语

综上所述，本文简要阐述了区块链技术的基本内涵，并对区块链技术在ICS数据保障方面的作用进行分析，最后实践验证了区块链技术的数据安全保障效果，希望能够对工业控制系统设计起到一定的借鉴与帮助作用，不断提升区块链技术应用水平。

参考文献

[1]刘俊, 陈慧, 王军. 基于区块链的ICS数据安全策略研究[J]. 计算机技术与发展, 2021, 31(001):6-6.

[2]海啸. 基于区块链技术的数字档案信息安全建设策略探究[J]. 山西档案, 2020(002):7-7.

[3]康新伟. 基于区块链的水利工程施工管理平台架构[J]. 工程与管理科学, 2022, 4(003):123-125.