เหตุใดไฟร์วอลล์แบบฮาร์ดแวร์จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อไอทีในภาคอุตสาหกรรม

ความเสี่ยงมีลักษณะต่างออกไปบนพื้นโรงงาน

สภาพแวดล้อมไอทีเชิงอุตสาหกรรมมีความคล้ายคลึงบางประการกับเครือข่ายองค์กรแบบดั้งเดิม แต่ความแตกต่างนั้นมีน้ำหนักมากกว่า ตัวอย่างเช่น เซิร์ฟเวอร์อีเมลที่ถูกโจมตีจะก่อให้เกิดความไม่สะดวก แต่หากคอนโทรลเลอร์ลอจิกแบบเขียนโปรแกรมได้ (PLC) ถูกโจมตี อาจส่งผลให้สายการผลิตหยุดชะงัก ทำให้อุปกรณ์เสียหาย หรือก่อให้เกิดอันตรายต่อความปลอดภัยได้ ระดับของผลกระทบที่เกิดขึ้นจึงแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง ความแตกต่างพื้นฐานนี้จึงเป็นเหตุผลสำคัญที่ทำให้จำเป็นต้องใช้วิธีการรักษาความปลอดภัยที่คำนึงถึงลักษณะเฉพาะของเทคโนโลยีปฏิบัติการ (OT)

อุปกรณ์ไฟร์วอลล์แบบฮาร์ดแวร์ให้ระดับการแยกเครือข่ายที่ซอฟต์แวร์ไม่สามารถทำได้เท่าเทียมกัน ซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้ตั้งอยู่ระหว่างเครือข่ายองค์กรกับเครือข่ายควบคุมอุตสาหกรรม และบังคับใช้กฎเกณฑ์ที่เข้มงวดเกี่ยวกับประเภทของทราฟฟิกที่จะผ่านระหว่างสองเครือข่ายนี้ การแยกนี้ไม่ได้มีจุดประสงค์เพียงแค่กันผู้ไม่หวังดีเท่านั้น แต่ยังช่วยป้องกันไม่ให้ปัญหาที่เกิดขึ้นในฝั่งธุรกิจส่งผลกระทบต่อกระบวนการผลิตด้วย ตัวอย่างเช่น ปัญหาจากการตั้งค่าเซิร์ฟเวอร์ DHCP ผิดพลาด หรือปรากฏการณ์ broadcast storm บนเครือข่ายไอที ไม่ควรส่งผลให้สายการผลิตหยุดชะงัก อุปกรณ์ไฟร์วอลล์แบบฮาร์ดแวร์จึงมีบทบาทสำคัญในการรักษาขอบเขตดังกล่าว

เหตุใดโปรโตคอลอุตสาหกรรมจึงต้องการการจัดการแบบเฉพาะเจาะจง

ไฟร์วอลล์ทั่วไปเข้าใจโปรโตคอล TCP/IP ได้ดี และสามารถจัดการกับ HTTP, SMTP และโปรโตคอลองค์กรอื่นๆ ได้อย่างไม่มีปัญหา แต่เครือข่ายอุตสาหกรรมใช้ภาษาที่ต่างออกไป โปรโตคอลอย่าง Modbus, Profinet, EtherNet/IP, DNP3 และอีกหลายสิบชนิดส่งคำสั่งที่ควบคุมกระบวนการทางกายภาพโดยตรง อุปกรณ์ไฟร์วอลล์ทั่วไปอาจไม่รู้จักโปรโตคอลเหล่านี้เลย จึงมองว่าเป็นทราฟฟิกที่ไม่รู้จัก และอาจบล็อกไว้ทั้งหมด หรือปล่อยผ่านโดยไม่ตรวจสอบ

อุปกรณ์ไฟร์วอลล์ฮาร์ดแวร์ระดับอุตสาหกรรมมีระบบตรวจสอบแพ็กเก็ตแบบลึก (deep packet inspection) ที่รู้จักโปรโตคอลเฉพาะทาง ซึ่งสามารถวิเคราะห์โครงสร้างของข้อความในโปรโตคอลอุตสาหกรรมได้ และตรวจจับความผิดปกติ เช่น คำขอที่เสียรูป คำสั่งที่ออกลำดับผิด หรือรูปแบบทราฟฟิกที่เบี่ยงเบนจากภาวะการณ์ปกติ ความสามารถนี้มีความสำคัญมาก เพราะการโจมตีระบบอุตสาหกรรมมักอาศัยจุดอ่อนของโปรโตคอล มากกว่าช่องโหว่ที่เลเยอร์เครือข่าย ไฟร์วอลล์ที่ไม่สามารถมองเห็นเลเยอร์แอปพลิเคชันได้ ก็จะไม่สามารถป้องกันภัยคุกคามเหล่านี้ได้

สมการประสิทธิภาพ: ความหน่วงเวลา (Latency) มีความสำคัญ

เครือข่ายองค์กรสามารถทนต่อความล่าช้าที่มีค่าหลายร้อยมิลลิวินาทีได้โดยไม่มีผลกระทบอย่างชัดเจน แต่เครือข่ายควบคุมอุตสาหกรรมมักทำงานภายใต้ขอบเขตเวลาที่เข้มงวดกว่านั้นมาก ตัวอย่างเช่น วงจรควบคุมการเคลื่อนที่อาจต้องการการปรับปรุงข้อมูลทุกไม่กี่มิลลิวินาที ส่วนระบบล็อกความปลอดภัย (safety interlock system) จะคาดหวังการตอบกลับภายในช่วงเวลาที่กำหนดไว้ หากมีความล่าช้าเพิ่มขึ้นเกินไปที่จุดใดจุดหนึ่งในเส้นทาง การทำงานของระบบนั้นจะล้มเหลว

ไฟร์วอลล์ฮาร์ดแวร์ที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานในภาคอุตสาหกรรมจัดการปัญหานี้ผ่านกลไกหลายประการ โดยเฉพาะการถ่ายโอนงานประมวลผลแพ็กเก็ตไปยังฮาร์ดแวร์เฉพาะทางแทนที่จะพึ่งพาซีพียูแบบทั่วไป การจัดเก็บตารางสถานะ (state tables) ไว้ในหน่วยความจำความเร็วสูงแทนที่จะเป็นดิสก์ และการใช้กฎการตรวจสอบอย่างมีประสิทธิภาพเพียงพอที่จะไม่ก่อให้เกิดความล่าช้าที่วัดได้ ผลลัพธ์ที่ได้คือการรักษาความปลอดภัยโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพการทำงาน ขณะที่ไฟร์วอลล์ซอฟต์แวร์ที่ทำงานบนฮาร์ดแวร์ร่วมกันอาจไม่สามารถรับรองข้อนี้ได้เสมอไป โดยเฉพาะเมื่อระบบกำลังทำงานหนัก

การแบ่งส่วนเครือข่ายในฐานะกลยุทธ์ด้านความปลอดภัย

มาตรฐาน IEC 62443 กำหนดแนวทางอย่างเป็นทางการสิ่งที่ผู้เชี่ยวชาญด้านความมั่นคงปลอดภัยในภาคอุตสาหกรรมจำนวนมากทราบดีอยู่แล้ว นั่นคือ เครือข่ายควรถูกแบ่งออกเป็นโซนต่าง ๆ และการรับส่งข้อมูลระหว่างโซนควรได้รับการควบคุม อุปกรณ์ไฟร์วอลล์แบบฮาร์ดแวร์ทำหน้าที่เป็นจุดบังคับใช้กฎสำหรับขอบเขตของแต่ละโซน โดยอุปกรณ์เหล่านี้ปฏิบัติตามข้อกำหนดเรื่อง "การไหลของข้อมูลที่ถูกจำกัด" ซึ่งเป็นแก่นหลักของโมเดลความมั่นคงปลอดภัยตามมาตรฐานนี้

การแบ่งส่วนเครือข่ายอย่างเป็นรูปธรรมนั้นมีรูปแบบแตกต่างกันไปในแต่ละสถานที่ บางองค์กรแยกโครงสร้างไอที (IT) ออกจากโครงสร้างเทคโนโลยีปฏิบัติการ (OT) อย่างสิ้นเชิง โดยมีเพียงอุปกรณ์ไฟร์วอลล์แบบฮาร์ดแวร์เป็นจุดเชื่อมต่อเดียว ขณะที่องค์กรอื่นๆ สร้างโซนย่อยเพิ่มเติมภายในเครือข่าย OT — เช่น แยกระบบความปลอดภัยออกจากระบบควบคุม หรือแยกอุปกรณ์รุ่นเก่าที่ไม่สามารถปรับปรุงแพตช์ได้ออกจากเครือข่ายหลัก อุปกรณ์ไฟร์วอลล์แบบฮาร์ดแวร์ที่ติดตั้งอยู่ที่แต่ละขอบเขตจะบังคับใช้กฎที่กำหนดไว้ พร้อมบันทึกการรับส่งข้อมูลและบล็อกกิจกรรมที่ฝ่าฝืน แนวทางแบบหลายชั้นนี้ช่วยจำกัดความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นจากเหตุการณ์แทรกแซงเพียงครั้งเดียว ผู้โจมตีที่สามารถเจาะเข้าสู่เครือข่าย IT ได้สำเร็จ จะยังคงต้องเผชิญกับอุปสรรคเพิ่มเติมอีกหลายชั้นก่อนจะเข้าถึงระบบที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับกระบวนการผลิตที่สำคัญ

สิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อไม่มีไฟร์วอลล์

โรงงานแปรรูปสารเคมีแห่งหนึ่งในภูมิภาคชายฝั่งอ่าวเม็กซิโกเรียนรู้บทเรียนนี้อย่างยากลำบาก สถานที่ดังกล่าวเติบโตขึ้นเป็นเวลาหลายทศวรรษ โดยเพิ่มระบบควบคุมที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายโดยไม่มีการลงทุนที่สอดคล้องกันด้านความปลอดภัยของเครือข่าย เครือข่ายไอทีและเครือข่ายโอทีจึงกลายเป็นเครือข่ายเดียวกันแบบไร้การแบ่งแยก เมื่อมีการอัปเดตซอฟต์แวร์ตามปกติบนเซิร์ฟเวอร์ไอที ทำให้เกิดการรับส่งข้อมูลในเครือข่ายที่ไม่คาดคิด ระบบควบคุมจึงประสบปัญหาการสื่อสารผิดพลาดเป็นระยะ ๆ ไม่มีสิ่งใดที่เป็นอันตราย—เพียงแค่ปรากฏการณ์ broadcast storm ที่เกิดจากแอปพลิเคชันทำงานผิดปกติ แต่ผลกระทบที่มีต่อการผลิตนั้นเกิดขึ้นทันทีและส่งผลเสียทางการเงินอย่างมาก

โรงงานใช้เวลาหลายวันในการสืบหาสาเหตุของปัญหา ในขณะที่การผลิตยังดำเนินต่อไปด้วยกำลังการผลิตที่ลดลง วิธีแก้ไขสุดท้ายคือการติดตั้งอุปกรณ์ไฟร์วอลล์แบบฮาร์ดแวร์ระหว่างเครือข่ายไอทีกับเครือข่ายโอที พร้อมทั้งกำหนดกฎการแยกส่วนอย่างเหมาะสม ประสบการณ์นี้ชี้ให้เห็นประเด็นหนึ่งที่มักถูกมองข้ามได้ง่าย นั่นคือ ความมั่นคงด้านความปลอดภัยไม่ได้หมายถึงเพียงการป้องกันผู้โจมตีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการรักษาเสถียรภาพของการปฏิบัติงานไว้แม้เมื่อกิจกรรมไอทีตามปกติอาจส่งผลกระทบโดยไม่ตั้งใจต่อระบบอุตสาหกรรมด้วย

ข้อได้เปรียบเชิงปฏิบัติของฮาร์ดแวร์เฉพาะทาง

อุปกรณ์ไฟร์วอลล์แบบฮาร์ดแวร์ให้ข้อได้เปรียบมากกว่าด้านความปลอดภัยเพียงอย่างเดียว โดยมอบขอบเขตการบริหารจัดการที่ชัดเจน ทีมเครือข่ายสามารถระบุได้อย่างแน่ชัดว่าเครือข่ายไอทีสิ้นสุดที่จุดใด และเครือข่ายโอทีเริ่มต้นที่จุดใด การตอบสนองต่อเหตุการณ์จึงทำได้ง่ายขึ้น—บันทึกจากไฟร์วอลล์แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ามีการรับ-ส่งข้อมูลประเภทใดผ่านขอบเขตดังกล่าว และเกิดขึ้นเมื่อใด การตรวจสอบเพื่อความสอดคล้องตามข้อกำหนดก็ได้รับประโยชน์จากความชัดเจนในลักษณะเดียวกัน

อุปกรณ์เหล่านี้ถูกออกแบบมาเพื่อทำงานต่อเนื่องอย่างไม่หยุดนิ่ง ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ใช้ระบบระบายความร้อนแบบพาสซีฟ และมีตัวเลือกแหล่งจ่ายไฟสำ dựองในหลายรูปแบบ การออกแบบเช่นนี้สอดคล้องกับสภาพแวดล้อมในการใช้งานจริง—สถานที่ใช้งานเชิงอุตสาหกรรมไม่ใช่ห้องเซิร์ฟเวอร์ที่ควบคุมอุณหภูมิอย่างเข้มงวด อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงบ่อย แรงสั่นสะเทือน และฝุ่นละออง ล้วนเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นได้ตามธรรมชาติ อุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับสภาพแวดล้อมดังกล่าวจะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าและเสียหายบ่อยน้อยกว่าอุปกรณ์ทั่วไปที่ถูกนำมาใช้ในงานด้านความมั่นคง