課程資訊
課程名稱
工控系統之資訊安全
Industry Control System (ICS) Cybersecurity 
開課學期
112-1 
授課對象
電機資訊學院  電機工程學研究所  
授課教師
林志達 
課號
EE5195 
課程識別碼
921 U3140 
班次
 
學分
3.0 
全/半年
半年 
必/選修
選修 
上課時間
星期二7,8,9(14:20~17:20) 
上課地點
電二102 
備註
總人數上限:40人 
 
課程簡介影片
 
核心能力關聯
本課程尚未建立核心能力關連
課程大綱
為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
課程概述

工業控制系統廣泛運用於軌道與道路運輸、能源、煉油、水處理、海上航行、智慧製造,甚至應用於智慧建築、智慧家庭、智慧城市等未來數位生活,工業控制系統聯網後,成為駭客攻擊新目標,所造成之危害與損失比傳統企業更為嚴重。工業控制系統注重保證安全(Safety),其資安防護要求異於傳統企業資安防護方法,資安(Security)若未做好,則工業安全沒辦法被保證,如何做好Security for Safety(S4S)是當前控制系統資安首重議題。
此外AI在工業應用中的重要性也在迅速增長,企業幾乎無法拒絕使用AI,例如語言助手和聊天機器人、腫瘤診斷圖像識別系統、與工廠人員互動的工業機器人或自動駕駛汽車。國際對於AI應用在AIoT(人工智慧物聯網)/IIoT(工業物聯網),甚至醫療、車輛移動等智慧應用的安全及可信賴之要求已開始制定標準,對於AI應用,AI基礎主題需要與橫向主題相結合,以及相關的經濟和應用領域(如工控、醫療、自駕等),鑑於應用程序的多樣性、複雜性和動態性,國際認為AI有必要基於風險的評估才能進行應用,未來AI應用的要求將根據其使用案例、道德和風險程度來與各種領域應用相結合。
本課程授課著重專業知識與實作技術訓練並重,專業知識上首先介紹各領域AI應用、工控應用與工控系統基礎概念、剖析AI、工控與IoT攻擊手法、介紹可信任AI的標準和規範、介紹工控系統設備與網路結構、簡介工控資安防護技術方案、講授國際對於工業系統的資安標準要求與防護工程實施做法,在實作技術訓練方面依據每次課程熟悉工控系統資安防護漸進概念程度,同步以模擬工控網路進行工控資安防護技術實作訓練,包括簡易工控網路行為分析與攻防技術練習,並引導學生完成一份主機網路行為語威脅分析報告,期末以實機上線演練測試學員工控資安分析與防護實務能力,以作為未來工業OT資安技術能力證明參考。 

課程目標
• 學習工控系統應用領域與網路架構
• 認識工控威脅攻擊手法
• 了解工控系統運作概念
• 熟悉工控網路封包分析操作
• 練習工控系統攻擊與防禦之網路分析操作
• 認識國際工控資安要求與做法(IEC 62443)
• 建立工控資安專業知識與防護技術能力技巧
• 掌握國際對AI應用安全要求趨勢 
課程要求
• 具備資訊安全基礎知識
• 對Matlab或C或一般程式語言有撰寫能力
 
預期每週課後學習時數
LAB 實作練習時數約3小時 
Office Hours
 
指定閱讀
• Security Lifecycles in the ISA/IEC 62443 Series - Security of Industrial Automation and Control Systems : https://21577316.fs1.hubspotusercontent-na1.net/hubfs/21577316/2022%20ISA%20Website%20Redesigns/ISASecure/PDFs/Miscellaneous%20PDFs/Documents-Articles-and-Technical-Papers/ISAGCA-Security-Lifecycles-whitepaper.pdf
• GUIDE TO CYBER THREAT MODELLING, FEBRUARY 2021 : https://www.csa.gov.sg/docs/default-source/csa/documents/legislation_supplementary_references/guide-to-cyber-threat-modelling.pdf?sfvrsn=a367caff_0 
參考書目
• Industrial Automation and Control System Security Principles: Protecting the Critical Infrastructure, Second Edition
• Implementing IEC 62443 - A Pragmatic Approach to Cybersecurity (English) 1st Edition
• ISA/IEC 62443
• Wolfgang Wahlster and Christoph Winterhalter, "German Standardization Roadmap on Artificial Intelligence", https://www.din.de/resource/blob/772610/e96c34dd6b12900ea75b460538805349/normungsroadmap-en-data.pdf
 
評量方式
(僅供參考)
   
針對學生困難提供學生調整方式
 
上課形式
以錄影輔助, 提供學生彈性出席課程方式
作業繳交方式
延長作業繳交期限, 學生與授課老師協議改以其他形式呈現
考試形式
延後期末考試日期(時間)
其他
課程進度
週次
日期
單元主題
第1週
9/05  課程說明&環境整備
• Course Outline
• 工業控制系統(ICS)系統介紹
• 國際AI應用安全要求趨勢槪觀
• (Lab) Lab環境介紹 
第2週
9/12  工控應用與工控系統防護概念
• 工業物聯網概觀與資安威脅趨勢
• 工業網路與控制設備資安防護
• (Lab) 分析與鑑識工具 - Wireshark
• (Lab) 網路封包擷取實驗與分析 
第3週
9/19  工控系統與主機防護概念
• 工控系統防護與企業資安思維大不同
• 工業伺服器與主機之資安防護
• (Lab) Host IDS 介紹
• (Lab) Host IDS 相關應用實驗與分析
• (Lab) 網路威脅情資分析期中報告說明(書面) 
第4週
9/26  工控系統設備與網路結構
• 控制系統與系統架構基本介紹
• 控制器與邏輯設計
• (Lab) PLC 介紹
• (Lab) 工控系統網路模擬系統(Layer I~2)
• (Lab) 資產盤點與角色分析 
第5週
10/03  工控系統網路模擬實驗與封包分析
• 常見工業控制網路與協定
• 工業控制網路協定-Modbus介紹
• (Lab) Modbus資料存儲區
• (Lab) 工控Modbus協定與模擬工具運作封包分析 
第6週
10/10  國定假日 
第7週
10/17  一般常見資安事件攻擊手法
• 一般常見資安事件手法
• 各類IoT攻擊手法剖析
• (Lab) 工控系統網路封包分析 – 作業一A
• (Lab) 工控網路封包擷取實驗與工控命令分析解讀 – 作業一B 
第8週
10/24  剖析工控事件與攻擊手法
• 工控資安事件分析
• 工控可能攻擊手法剖析
• (Lab) 工控網路封包攻擊概念
• (Lab) 工控網路命令注入攻擊測試 
第9週
10/31  OT資安防護規格分析
• OT 資安防護發展生命週期
• ICS網路模型Purdue Model 介紹
• 工控Zone與Conduit網路原則
• ICS網路架構與初步風險評鑑
• ICS網宇安全細部風險評鑑
• Cyber Threat Modeling 分析
• (Lab) 網路拓樸普渡模型架構分析 – 作業二A
• (Lab) 工控網路命令注入攻擊測試 – 作業二B
• (工控分析程式實作) 工控系統網路封包與網路拓樸普渡模型架構分析 
第10週
11/07  OT資安防護設計
• 防護設計技術對策要求
• 防護設計補償對策要求
• (Lab) 入侵偵測資安防護工具 – Snort
• (Lab) 一般(IT)入侵偵測規則設計
• (Lab) 工控(OT)入侵偵測規則設計
• (Lab) 入侵偵測資安防護工具 – Snort – 作業三  
第11週
11/14  IEC 62443要求與其認驗證體系介紹
• IEC 62443一般術語、概念與模型
• ICS安全管理計畫(CSMS)
• (Lab) 攻防整合實驗分析 (1)
• (Lab) Snort 靜態分析Pcap檔之異常行為 – 作業四A
• (Lab) Tcpreplay Pcap檔動態分析異常行為 – 作業四B  
第12週
11/21  IEC 62443 各部要求摘要介紹
• IEC 62443第二部
• IEC 62443第三部
• (Lab) 攻防整合實驗分析 (2) 
第13週
11/28  ICS資安國際標準要求與防護實施作法介紹
• 對ICS模組元件、設備、主機、軟體之資安功能要求(IEC 62443第四部)
• 對ICS系統整合商、維護服務商、供應鏈之資安管理要求
• (Lab) 實體Testbed攻防封包分析 (1)
• (Lab) Man-in-the-Middle (中間人攻擊) 封包分析– 作業五 
第14週
12/05  國際Mitre ICS測試評賽經驗分享
• Mitre ICS 模擬系統
• Mitre ICS評比內容、方式、規則
• III之Mitre ICS評比過程與經驗分享
• (Lab) 實體Testbed攻防封包分析 (2) 
第15週
12/12  I應用安全的發展
• 可信賴人工智慧的關鍵主題
• AI基礎課題的需求、挑戰
• AI應用對產品和服務的信任
• 人工智慧系統中的資訊科技安全(IT security)和安全(Safety)
• AI應用對工業自動化的安全可信賴保證 
第16週
12/19  期末實機操作測驗