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  现如今,计算机和数据通信技术得到了迅速的发展,这不但使得计算机、网络等产物走进了大众视野,提高了人们的生活质量和水平,更是逐渐进入生产领域并成为其发展的重要动力。信息物理系统便是在这样的背景中产生的,虽然现在仍处于起步阶段,但以其优越的性能引起了各界广泛的重视。 信息物理系统作为一个具有采集、传输、处理数据并做出相应应对措施的复杂系统,其中应用的专业知识跨越了诸如计算机技术、网络技术等多个领域。也正是因此,信息物理系统得以在生产生活中实现即时感应、实时调控等功能,并在实践中充分体现出实时性、高效性、自治性等诸多优秀特点。鉴于这些特点,信息物理系统已经成为学术界、工业界的重要发展方向之一。

  4月28日上午,由郑州中原科技城管理委员会主办、河南正思传媒科技有限公司承办的“智慧岛大讲堂”举办了第80期活动,邀请中国工程院院士、国家数字交换系统工程技术研究中心主任、嵩山实验室主任邬江兴院士,以《论信息物理系统广义功能安全与解决之道》为题做了主题讲座。本期大讲堂以线上云课堂视频直播的形式进行,来自社会各界和中原科技城入驻企业1000多人次参与了线上课程。

  邬院士介绍,信息物理系统中的功能安全是指在网络时代“装置或系统提供的功能或服务安全性(健壮性),无论是随机性障或共因失效情况都应该得到正确而恰当的保证”。也有称之为“服务功能的柔韧性或弹性化”。而广义的功能安全则是指如果目标对象内部既存在某些传统类型的不确定扰动因素影响(例如随机性错误、失效、故障等可靠性问题),也存在人为的针对系统软硬件设计漏洞后门、病毒木马等“暗功能”的未知网络攻击扰动,称之为广义功能安全问题与失效(S&S)。

  而信息物理系统作为新型基础设施建设底层技术,在工业互联网、人工智能、大数据中心、新能源充电、城际高铁、特高压、5G/卫星互联网中都有着无可替代的作用。如果敌人从信息物理系统层面进行破坏,则高技术战或网络战目标从来不局限于地域分布的军事设施,可以是整个数字空间,通过“致瘫致乱”“断网停服”造成“社会性灾难或次生灾难”,从而能全面遏制对手战争潜力的运用。

  邬院士介绍,信息物理系统融合了网络世界和物理世界,尤其是人机物或人网物深度融合时代,信息/数字基础设施成为连接真实世界与虚拟世界的唯一桥梁。信息物理系统功能不仅受物理或逻辑性随机失效事件影响,而且受基于系统软硬件漏洞的网络空间攻击行为影响。因此,信息物理系统面临的双重安全问题是传统功能安全和网络攻击下的功能安全问题。

  数字化、网络化和智能化等技术的泛在化使用导致Cyber空间安全问题不断挑战各行各业的安全底线,而双重安全问题的影响范围又呈迅速扩张态势,使得基于随机性失效前提的传统可靠性和经典功能安全理论与方法被颠覆。基于信息物理系统内生安全共性问题的不确定网络攻击,成为高强度大规模网络战条件下,信息物理系统或数字基础设施究竟能否保证其功能/性能成为的最大困惑与疑问,对现有信息技术发展范式和人类社会数字化进程提出了更为严峻挑战。

  邬院士介绍,“内生---Endogenous”生物学解释,其意为与内嵌(Embedded)或内置(Built-in)或内在(intrinsic)方式不同,一个系统或一个模型内,存在由构造或结构决定的互为依存或纠缠关系的因素(或变量)称为“内生的或内源性的”。

  因此,内生安全问题的哲学本质是目标对象结构性矛盾所致,事物的两面或多面性质决定内生安全问题存在的必然性和泛在性。

  从一般意义上说,任何自然的功能或人造的功能,都存在伴生或衍生的显式的副作用或隐式的暗功能。副作用或暗功能的性状及影响是否是良性的,多数情况下是未知的。内生安全问题就是元功能或本征功能的内在性矛盾,既有个性化特点也有共性化表现。

  按照矛盾论的表述,内因只有通过外因起作用,内生安全问题只有在外部因素作用下才有可能转变为内生安全后果。

  信息物理系统中普遍存在内生安全共性问题:软硬件部件/构件/器件乃至系统设计缺陷导致的安全漏洞不可避免,信息化系统生态圈中存在的软硬件后门/病毒木马无法杜绝,一般意义上说,现阶段人类科技能力尚不能彻查漏洞后门问题,CPS系统功能安全与网络安全成为相互交织难以分离的问题,软硬件产品广义功能安全性既不能量化设计也无法验证度量,经典计算结构无法区分什么是善意计算什么是恶意计算。

  当前网络安全发展范式在理论和技术上尚不可能彻查和杜绝,无论是“封门补漏”还是“内嵌/内置”各种安全技术都无法保证补丁上或补丁后甚至是嵌入的专门安全设施不会带来新的内生安全共性问题。

  邬院士:如果一种构造既能在某些传统类型的不确定因素扰动下保持给定功能或性能在设计余度内,也能在基于系统内部漏洞后门等“暗功能”的不确定攻击作用下维持给定功能或性能,称该构造为广义功能安全构造,具有网络攻击条件下的弹性/韧性性功能属性。

  运用动态异构冗余构造特有的随机、多样、冗余、反馈迭代机制形成的测不准效应和拟态伪装迷雾,可以在不依赖(可融合)外部先验知识和附加防御措施的情况下,同时应对基于暗功能的攻击和软硬件设计缺陷或随机性故障等差模性质的内生安全问题,即可实现Safety & Security问题的一体化处理目标。

  换言之,没有广义功能安全的保证,任何软硬件系统或叠加之上的各种服务功能(包括安全措施)都不可能获得可量化设计与验证度量的效果。

  邬院士介绍:2017年以来,在国家项目的支持下,联合国内多家合作单位启动拟态路由器、拟态域名服务器、拟态Web服务器、拟态防火墙、拟态交换机的研制和标准化工作,陆续向中国通信标准化协会提交了系列拟态设备的标准建议,包括《拟态构造域名服务器技术要求》、《拟态构造域名服务器检测规范》、《拟态构造路由器技术要求》、《拟态构造路由器检测规范》、《拟态构造web服务器技术要求》、《拟态构造web服务器检测规范》、《拟态构造交换机技术要求》,且均在通信标准化协会立项通过。目前,中国通信标准行业协会已立项16项拟态构造设备技术标准即将形成行业标准。

  2018年,紫金山实验室创建了国际上首个永久在线、面向全球开放的网络内生安全试验场--NEST,开创网络安全与广义功能安全产品众测新模式,产品安全是否过硬由全球黑客说了算!

  去年之江实验室举办的全球首届工业网络内生安全挑战赛中,3款国内外主流商用工业控制系统(DCS)在45小时内被多支国内战队通过互联网远程攻陷11次之多,暴露出严重的广义功能安全问题。

  内生安全理论和实践能够充分证明 “开放性与安全性、先进性与可靠性、自主可控与安全可信、功能安全与网络安全”的矛盾,能够在网络空间广义功能安全技术指导下得到高度的统一。

  2017年,河南省省会郑州市正式入选国家中心城市,郑州肩负着快速推动中部崛起的重大历史使命,当务之急是加大科技创新力度,为了担当新的历史使命,中原科技城从此步入了全面快速建设阶段。

  2018年在中原科技城管理委员会的支持下,开始启动举办“智慧岛大讲堂”系列活动,以此让更多的创新企业、科技人才走进智慧岛大讲堂,了解中原科技城。大讲堂每期邀请业界专家、知名教授进行科学技术、政策分享、企业管理、人才建设等讲座,理论与实操相结合,为企业搭建“政企学研”为一体的学习交流互动平台。

  迄今为止,智慧岛大讲堂线位导师莅临智慧岛大讲堂,有院士、专家教授、行业名师以及科技部、科技厅、工信部、工信厅、国家税务总局等政府行业政策制定者,为大家定期分享了国家及省内最新科技政策、前沿信息技术、科学重大发明、宏观经济、企业管理、金融资本、人才建设、党建辅导等课程,线余次。

  智慧岛大讲堂切实按照人才+资本+项目的工作思路,以战略为势,产业为本,技术为魂,资本为器,创新守正,未来将在数字产业、生命科学为主导的“2+N”产业体系提供更优质的课程,为营造中原科技城人才新生态、创新新空间、科技新高地而努力!