在当前信息技术快速发展的背景下，工控系统（Industrial Control Systems，ICS）面临着越来越严峻的安全挑战。工控系统通常被用于工业环境，如电力、水处理、制造等关键基础设施，控制和监控日常运营。由于工控系统传统上重视的是功能性和稳定性，网络安全常常被忽视，这导致了它们在设计上并不具备抵御网络攻击的能力。
工控系统防御困境首先体现在威胁建模分析上，这需要对潜在的威胁源、攻击方式和可能的攻击路径进行详细的了解和分析。在工控领域，威胁建模是识别和缓解系统安全风险的第一步。例如，能源控制系统在设计时从未考虑过网络安全，它们的功能仅限于管理校准器和电压电流，这使得这些系统天生就存在安全隐患。
趋势分析显示，工控漏洞数量持续增加，这与工控系统越来越依赖于通用的软硬件平台有关。这种趋势使得工控系统更加容易受到攻击，尤其是那些针对性的攻击（APT）和那些利用已知漏洞的攻击。漏洞和后门在工控系统中是不可避免的，尤其是随着系统变得越来越复杂。
特定的案例研究，例如Siemens SIMATIC S7-300的拒绝服务漏洞，揭示了工控系统中存在的问题。该漏洞影响了带有和不带有Profinet支持的SIMATIC S7-300 CPU的多个版本，可能导致受影响的设备进入故障模式，需要冷启动才能恢复系统。
面对攻击，工控系统的防护变得异常困难。从攻击的角度分析，威胁不仅来自于技术层面的漏洞，还包括人员安全意识的缺乏和不适当的安全策略。集中式控制带来了隐患，而系统部署的复杂性以及系统和软件的更新问题也对防护工作构成了挑战。
具体攻击方式包括对攻击面（Attack Surface）的分析，威胁建模，以及工业控制系统脆弱性的分类。攻击面分析关注的是系统暴露给攻击者的各个点。威胁建模则试图理解攻击者的意图和行为。脆弱性分析则着重于识别工控系统中存在的各种安全漏洞，包括平台配置、硬件、软件、网络配置和边界等方面的脆弱性。此外，还需要关注网络监控和日志记录的脆弱性。
在PLC（可编程逻辑控制器）安全研究方面，面临的挑战更是多样化。许多PLC、协议转换器和数据获取服务器缺乏基本的认证机制，容易遭受中间人攻击、数据注入攻击等。例如，伪造的测量数据可以通过注入虚假数据来误导控制器，从而影响关键基础设施的正常运作。
例如，以电力网（PowerGrid）为例，攻击者可以伪造测量数据，同时通过技术手段避免这些数据被检测为异常，从而误导控制器做出错误的响应。这种攻击方式可能导致整个电力系统的运行不稳定甚至瘫痪。
工控系统防御困境的核心在于传统设计中对网络安全的忽视，以及随着技术发展日益增长的复杂性和全球化带来的安全威胁。工控系统想要有效防御，就需要全面分析攻击面、建立有效的威胁模型、识别并修补系统中的漏洞、强化人员的安全意识和培训，以及持续监测和响应潜在的安全事件。此外，还应关注如何在设计中融入网络安全因素，并寻找更为安全的软硬件替代方案，以降低被攻击的风险。工控系统的安全防护需要从多个维度进行综合考虑和应对。
