摘要

本文探討了機器人控制系統中的安全風險和有效安全措施。文中介紹了工業安全標準，并分析了滿足工業安全標準所需達到的基本要求。

引言

工業4.0的核心是工廠自動化，工業機器人、自主移動機器人(AMR)和協作機器人對于實現現代工業4.0至關重要。機器人正日益智能化，協作能力不斷增強，能夠在有人或無人干預的情況下高效完成復雜任務。隨著自動化程度和機器人使用率的提升，對機器人控制系統的安全和安防要求也不斷提高。機器人最初主要用于工廠車間，但現在，機器人已應用于醫療、物流、農業等眾多領域。事故在所難免，但由惡意攻擊引發的事故后果尤其嚴重。惡意劫持和控制機器人會造成嚴重的經濟和財務損失。

機器人控制系統中的安全風險

圖1展示了典型的安全風險，攻擊者可以利用這些安全漏洞對機器人控制系統發起惡意攻擊1。

圖1.機器人控制系統中的安全風險

表1列舉了一些需要關注的問題。

表1.安全風險問題

缺乏	影響和說明
安全網絡	機器人控制系統之間的通信變得不安全，容易被黑客偽造、篡改或竊聽。還可能會影響系統的可用性。
適當的身份驗證	? 這會導致攻擊者利用默認用戶名和密碼進行未經授權的訪問。 ? 如果缺乏設備或外設身份驗證機制，可能會導致機器人系統使用假冒外設/配件，從而帶來安全或安防風險。 ? 還會導致系統接受來自不受信任、身份不明來源的數據輸入。
保密性	缺乏加密或加密算法薄弱，可能導致機器人敏感數據和設計方案被他人截獲和泄露。
完整性	這可能導致存儲或傳輸中的機器人敏感數據、配置和固件被更改。
安全引導和更新	? 若無安全引導，便無法確定機器人控制系統上運行的固件/軟件是否為正版。 ? 若缺乏安全更新，黑客就有可能通過回滾至存在安全漏洞的舊軟件版本，或將非正版軟件加載到機器人控制系統中，實現對系統的攻擊。
防篡改硬件	有時機器人會存儲極度敏感的信息。保護這些信息不被未授權方獲取至關重要。如果沒有防篡改硬件，就很難保護信息免受侵入性攻擊。
安全設計	直到最近，大多數控制系統的開發都沒有采用安全設計原則。這會使得攻擊者能夠侵入機器人系統的架構和設計，從而掃描并利用其中的安全漏洞來發動攻擊。
更新	機器人操作系統、固件和軟件若未及時更新，可能會成為網絡物理攻擊的目標。

注：相當一部分安全風險來源于軟件漏洞。

工業和機器人領域的法律法規旨在增強網絡韌性和保障安全運營

網絡安全環境正快速演變，針對工業及機器人行業的法律法規日益增多。其中，針對網絡安全的法規有《歐盟網絡安全法案》、《歐盟網絡彈性法案》和《美國關鍵基礎設施網絡事件報告法案》等。中國和印度的相關法律法規也在持續完善中。《NIST 操作技術(OT)安全指南》和IEC 62443等標準為我們提供了系統指導，使我們能夠采取“安全設計”的方法來設計和開發控制系統，從而提升系統抵御網絡攻擊的能力。

IEC 62443工業自動化和控制系統安全(IACS)要求

IEC 62443是針對IACS的安全標準。² 它是工業自動化控制系統開發中廣泛采用的標準，獲得了大多數法規的推薦和認可，其重要性不言而喻。實施該標準有助于我們遵循相關法規，降低控制系統中潛在的網絡安全風險，修復控制系統中的安全缺陷，保護關鍵資產，并實現其他諸多目標。

圖2.IEC 62443是一項全面的安全標準

該標準的某些部分側重于流程和程序，而IEC 62443-4-1和IEC 62443-4-2則專門解決組件安全性問題。根據IEC 62443-4-2，組件類型包括軟件應用、主機設備、嵌入式設備和網絡設備。該標準根據組件滿足的組件要求(CR)和增強要求(RE)，定義了每種組件類型的能力安全級別(SL)。其中定義了四個安全級別(SL)：SL0至SL3。SL2和SL3級別明確要求采用基于硬件的安全機制。

開發機器人安全系統解決方案需要哪些能力和技術？

為了構建安全的機器人控制系統，需要解決“機器人控制系統中的安全風險”部分中重點指出的風險。所需的關鍵能力和技術包括：

u 安全認證：集成安全認證器來驗證設備/組件身份。

u 安全協處理器：利用專用硬件實現安全存儲和加密操作。

u 安全通信：實施加密協議以保護數據交換。

u 訪問控制：實施細粒度權限管理機制，防止未經授權的系統訪問。

u 物理安全措施：采取措施防止物理篡改。

交鑰匙安全IC（例如安全認證器和協處理器）專為滿足上述要求而設計，易于實施且具有成本效益。除了這些固定功能IC，還有專為主機處理器設計的全套軟件協議棧。²

注：使用分立安全元件可防止被攻陷的應用處理器訪問物理隔離的獨立IC中存儲的憑證，從而增強系統強韌性。

除了上述方面之外，系統開發人員還必須采用結構化的安全開發方法，涵蓋需求收集、威脅建模、安全設計、實現、測試、認證和維護等環節。遵循安全開發生命周期(SDL)可確保從一開始就將安全性融入到開發過程中。

是什么讓ADI公司成為打造機器人安全系統解決方案的理想合作伙伴？

ADI不僅僅是MAXQ1065和DS28S60等交鑰匙安全IC的供應商，更是幫助機器人行業的客戶滿足多樣化安全要求的合作伙伴。憑借在安全和機器人技術領域的深厚專業積累，ADI成為應對機器人系統安全方面獨特挑戰的理想解決方案提供商。我們深諳相關領域，能夠幫助客戶打造整合了硬件、軟件和系統級考量的全面解決方案。

鑒于機器人系統的安全性需要全盤考慮，因此ADI不僅提供元器件，更著眼于系統整體層面。我們綜合考慮硬件、軟件、通信和集成等因素，確保所有關鍵組件無縫集成。

ADI的無線電池管理系統(wBMS)是與汽車行業成功合作的典范，充分展現了ADI在實施強大安全措施方面的出色能力。通過與客戶密切合作，ADI開發出了高度安全可靠且通過ISO 21434認證的wBMS系統，彰顯了ADI致力于提供全面解決方案的承諾。在機器人行業推動類似協作，將能充分發揮ADI在安全實施方面的專業能力。通過與利益相關方密切合作，ADI可以利用自身在汽車領域的經驗和成功實踐，為開發安全可靠的機器人系統做出貢獻。