在當今數字化轉型浪潮中，信息物理系統(CPS)作為連接計算、網絡與物理世界的核心框架，正深刻改變著工業制造、智慧城市、智能交通及能源管理等關鍵領域。CPS的深度融合特性也帶來了前所未有的安全挑戰。信息安全與綜合安全不再是孤立議題，而是構成了CPS穩健運行的“一體兩翼”。本專題論壇聚焦于CPS背景下，信息安全與綜合安全的協同保障機制，并深入探討支撐其實現的前沿網絡技術研究。
一、CPS安全內涵的雙重維度：信息安全與綜合安全
信息物理系統的安全是一個多維度的綜合概念。信息安全主要指保障信息在采集、傳輸、處理與存儲過程中的機密性、完整性和可用性，防止數據泄露、篡改與拒絕服務攻擊。這在CPS中尤為重要，因為惡意數據可能通過傳感器網絡侵入，或對控制指令進行攔截與偽造，直接導致物理系統誤操作。
綜合安全則是一個更廣義的概念，它超越了傳統信息安全范疇，強調系統的功能性安全、物理安全與操作安全的統一。它關注的是如何確保CPS在面臨故障、異常或惡意攻擊時，其控制的物理過程仍能維持安全狀態，或執行安全的降級操作，防止造成人身傷害、重大財產損失或環境災難。例如，在智能制造場景中，綜合安全要求即使控制網絡遭受入侵，生產線也能安全停機，而非發生機械碰撞或人員安全事故。
二、信息安全與綜合安全的深度融合挑戰
CPS中“信息”與“物理”的緊密耦合，使得信息安全事件極易演變為物理安全事件。傳統IT系統的安全策略（如防火墻、入侵檢測）往往難以直接適用于具有實時性、高可靠性和資源受限特點的CPS物理層。主要挑戰體現在：
- 異構網絡融合風險：CPS通常包含OT（運營技術）網絡與IT網絡的融合，兩者在協議、實時性要求和安全傳統上存在差異，形成新的攻擊面。
- 實時性約束下的安全防護：許多安全機制（如復雜加密、深度包檢測）會引入時延，可能影響控制回路的實時性能，危及系統穩定。
- 攻擊的級聯與放大效應：針對信息層的攻擊（如虛假數據注入）可能通過控制算法引發物理設備的連鎖故障，其破壞范圍和速度遠超純網絡攻擊。
因此，必須研究能夠將信息安全屬性（如認證、加密）與綜合安全目標（如安全完整性等級SIL）統一設計和驗證的方法。
三、網絡技術研究：構建CPS安全協同的基石
先進的網絡技術是實現信息安全與綜合安全協同的關鍵使能器。當前研究前沿主要集中在以下幾個方面：
- 安全感知的網絡架構設計：研究新型CPS網絡架構，如軟件定義網絡(SDN)與時間敏感網絡(TSN)的融合。SDN提供集中、靈活的安全策略編排能力，能夠快速隔離受感染網段；TSN則保障關鍵控制流量的確定性與低時延傳輸，為安全指令的及時送達提供底層支撐。
- 輕量級加密與認證協議：針對CPS終端設備（如傳感器、執行器）資源有限的特點，研究適用于工業環境的輕量級密碼算法和高效認證機制。例如，基于物理層特征（信道指紋）的設備身份認證、適用于低功耗廣域網(LPWAN)的加密方案等，在保障安全的同時最小化對功耗與延遲的影響。
- 入侵檢測與態勢感知技術：結合信息域與物理域的行為特征，構建跨層入侵檢測系統。通過分析網絡流量異常、同時比對物理過程模型（如狀態估計）的預期行為與實際傳感器讀數，可以更精準地識別諸如虛假數據注入、重放攻擊等高級威脅。人工智能與機器學習技術在此領域被廣泛應用，用于挖掘復雜攻擊模式。
- 韌性網絡與彈性恢復技術：承認攻擊不可避免，研究使CPS網絡具備“韌性”的技術。包括基于區塊鏈的分布式信任管理以抵御單點故障、自愈網絡技術實現受損節點的自動隔離與功能重構、以及安全與功能協同的彈性控制算法，確保在部分網絡失效時系統仍能維持最低安全水平的運行。
四、未來展望與跨學科協作
CPS的安全保障是一項系統工程，亟需計算機科學、控制工程、通信技術、安全科學等多學科的深度交叉。未來研究應進一步推動安全標準的統一（如將IEC 62443信息安全標準與IEC 61508功能安全標準更緊密結合），開發集成的建模與仿真工具以進行安全協同驗證，并加強針對特定垂直行業（如車聯網、智能電網）的安全解決方案研究。
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信息物理系統的蓬勃發展，將信息安全與綜合安全的協同提升至國家關鍵基礎設施安全的戰略高度。唯有通過持續深化網絡技術創新，構建起智能、主動、彈性的縱深防御體系，才能筑牢CPS的安全基石，釋放其驅動產業升級與社會進步的巨大潛能。本次專題論壇旨在匯聚學界與業界智慧，共同探索這一重要交叉領域的前沿方向與實踐路徑。
