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智能船舶面临“软件”安全挑战(Z.2015.7)

新闻来源:中国船检    浏览量:916 杨培举 2017-06-20
        |► 对于各种各样的船舶智能控制系统和软件,其正确性、稳定性、安全性是否需要引入第三方来进行检测、评估、认证,值得业界关注。
        当前,我们正迎来一个万物互联的时代。大数据、云计算、物联网、智能化、无人化、“互联网+”等关键词不断冲击着人们的眼球。在此背景下,智能船舶也由过去的猜想向现实疾驰。然而,伴随船舶数字化、智能化、模块化、网络化、集成化趋势的日益加剧,各种智能控制系统以及软件的不断涌现并得以应用,在给船舶操控带来高智能的同时,也给船舶安全带来新挑战。
        安全生态之变
        进入新世纪以来,汹涌澎湃的第四次工业革命浪潮悄然而至。随着互联网技术的迅速突破和发展,造船业和航运业中虚拟与现实的交互性不断加强,生产方式和运输方式因工业IT和软件技术的应用而发生根本性的改变。功能性工业软件的智能应用和研发,使船舶制造和营运在自动化的基础上跃升为智能化。几乎所有产品和服务皆可借助于互联网和其他网络服务,通过软件、电子及环境的结合,生产出全新的产品和服务。
        中国船级社(CCS)营运入级检验管理处副处长蔡玉良认为,智能船舶涉及的领域十分广泛,内涵极其丰富,设计院、船厂、产品厂、航运企业、货主等不同单位关注的重点不尽相同。智能船舶应包括船舶系统及设备的感知、思维、学习、行为等方面,现在业界谈论的智能船舶基本是以“大数据”为基础,运用先进的信息化技术,如实时数据传输和汇集、大计算容量、数字建模能力、远程监控、传感器等,实现船舶智能化的感知、判断分析、决策、控制及成长,从而更好地保证船舶的航行安全和效率。随着收集数据量的增加,船舶的系统功能会随之增强。
        在国内,船舶工业4.0被誉为一场造船业和航运业的工业智能化革命。目前,业界正以前所未有的热情拥抱互联网,拥抱智能船舶。这种推动力主要来自三个方面。一是计算机和网络技术、电子技术、通信技术、工业自动化技术等日益成熟并得到普及运用;二是航运业和造船业因处于发展瓶颈而急于找到新的突破口,重新建立自己的竞争优势;三是社会对安全环保关注度日益提高、海事标准规范不断翻新、业界个性化需求日益增加等。三种因素的叠加,使得智能船舶的进程大大加快,各相关国家、企业和机构也在明争暗斗,力图抢占先机。目前,日本、韩国等国的知名企业正在竞相研发智能船舶,像韩国现代重工及韩国电子通讯研究院(ETRI)共同开发的“有/无线船舶综合管理网通讯技术”,可实现在陆地利用远程技术对船舶状态进行实时监管。罗·罗公司在挪威Alesund和芬兰Rauma均设有控制中心,可实时监控其在全球范围内的船舶和推进设备运行情况。欧盟拨出专项资金用于开发“海上智能航行”合作项目MUNIN,以验证无人船的可操作性。项目协调官员欧纳夫·扬·罗德塞思说:“我们的主要目标是检验能否让船只的所有功能实现自动化。短期内,我们希望能把船员数量降至一个人,绝大部分航行任务交给岸上人员操作。美国工业巨头德事隆公司为美国海军研发的四艘无人舰船已投入使用,它们只需借助电脑程序、全球卫星定位和微波等现有技术就能实现无人驾驶。在国内,中船集团调集了大量资源,成立了海洋装备信息智能管理与应用技术创新中心,以实现“智慧海洋”理念的“5S”工程(即以大数据为基础,面向“Sea-海洋、Ship-船舶、System-系统、Smart-智能、Service-服务”的船舶运营智能服务体系)。据悉,中船集团开发的第一代智能船将拥有300多个传感器,可以连续感知船舶运行与海况环境,由此形成的“思考能力”将让机器分担船员50%的工作。另外,珠海云洲智能科技有限公司和武汉楚航测控科技有限公司开发出的小型无人船也已面世。
        显然,智能船舶和船联网的兴起,给行业未来的可持续发展注入了实现无限可能的因子。有专家指出, 智能船舶对于传统船舶系统来说,就像蒸汽动力对于风帆动力、燃油对于煤炭,终将取代老一代产品,未来我们将看到越来越多复杂、尖端、高度自动化,甚至是无人的智能船舶航行于海上。未来10~20年船舶智能的发展将是决定未来船舶行业发展方向、船型变化、船员能力要求的重要因素。
        然而,就像硬币的正反面,当所有的设备都变成智能化,都接入网络以后,给业界带来无限畅想的同时,船舶安全边界的形态也随着企业和船舶边缘的模糊化而变化,传统上的船舶安全观念已经不适应行业的发展。这种边界的分散性将为企业和船舶带来新的安全隐患。可以说,有线或无线设备的安全缺陷、软件漏洞、安全攻击等问题,让船舶安全的威胁已经超越了IT的发展速度和想象空间。
        网络“裸奔”之痛
        就在我们积极拥抱互联网,向着船舶智能化挺进之时,其安全阴影也如影随形,令我们防不胜防。船舶被誉为综合工业之冠,开发制造一艘远洋船,涉及的技术和部件覆盖了制造业85% 的门类。数字化在造船和航运领域的应用,如计算机管理、三维建模应用、航运监控与管理等方面越来越完善,智能化越来越强,与之相适应的,应用软件和管理软件也越来越多, 各种芯片、传感器、控制器等林林总总,它们在助推船舶智能化发展的同时,也成为了危害船舶安全的重要“帮凶”。
        然而,令人担忧的却是,在互联网安全问题上,我们的大多数企业存在非常多的安全漏洞。安全意识薄弱,技术和手段滞后、单一,导致风险防控能力严重不足。同时,外部环境又受制于人。据统计,我国芯片、操作系统等软、硬件产品,以及通用协议和标准90%以上依赖进口,埋下安全隐患。有调查显示,有80%的管理和安全问题来自终端。从这个数字可以看出,安全边界的战场已经逐步由核心与主干,转向网络边缘的每一个终端。毫无疑问,在这种背景下,智能船舶的深度网络化和集成化客观上也让攻击者有了更多可乘之机。安全漏洞很多是存在于控制设备和数字化制造工具、生产制造和管理网络、操作系统、控制软件环境和数字化设计软件中。船舶的生产制造系统、生产管理系统、运营系统以及供应链系统等深度互联在一起,越来越多生产组件和服务可以直接或间接通过网络访问,大大增加了攻击点、攻击面和信任网络边界,研发端、管理端、消费端、生产端都可以实现对生产网络的入侵,攻击者甚至无需到现场即可通过APT等高级攻击方式实现对生产制造系统的攻击。系统中任何一点受到攻击或自己出现故障,都有可能导致整个系统的瘫痪。
        中国船级社专家陈永念认为,目前业界基本处于信息化探索和应用阶段,要想实现靠软件和智能系统代替人工分析、评估、判断和决策,还有很长的路要走,但这是未来发展的方向。以前业界关注更多的是硬件,而对于软件及相关智能系统的安全研究和关注相对较少。拿船用软件系统来说,主要有两大来源,一是厂商,二是船东。可以预见,未来各种各样的船用软件会层出不穷。但这些软件很多是开发人员坐在办公室里开发出来的,有很多未知因素可能没有考虑进去,有缺陷在所难免。那么,这些软件的正确性、稳定性到底如何,需要有相应的测试、评估及认证,这些都对安全形成挑战。对于这个问题,DNV GL执行副总裁石万胜也表达了类似观点。他认为,全球航运业为了改进运营安全性和提升效率,正面临着越来越多的运用各种智能系统所带来的挑战。而软件系统已成为影响船舶安全的一个重要因素。船东方面,也有类似的担忧。中海油轮运输有限公司广州分公司欧阳龙轮机长认为,目前航运业已进入了软件控制居主导地位的阶段,但相应的,与之伴随的问题也越来越多。这是因为电子产品及其应用软件,受空气湿度、环境温度、振动等环境因素干扰极大,恶劣的外部环境会直接影响其使用寿命或导致软件失效,甚至会出现软件程序丢失、错乱,控制电脑中毒,莫名其妙地死机等,从而影响船舶正常生产经营,埋下安全隐患。另外,船员对智能系统不够熟悉,或过多依赖船舶智能系统,对应急操作等疏于训练,这种惰性,往往导致船舶碰撞、搁浅的重大险情或事故的发生。还有专家提示,在万物互联的背景下,智能设备越来越多元化,要放心使用这些设备,保证网络安全无疑是重要前提。否则,也许会出现设备是好的,但如果软件安全系统出了问题,同样能导致整体控制系统发生故障,甚至导致恶性安全事故,最终对人员、设备和环境造成严重的后果。还有从企业层面上,目前对安全生态的变化没有引起足够的重视,互联网时代,企业的核心技术、项目、未来行动、财务状况、企业弱点、客户资料等信息,很容易被对手获取,这使得安全防范变得越来越艰难。
        据英国媒体报道,美国得州大学的一组研究人员在日前进行的一项试验中,成功控制了国外一艘行驶于地中海海域的超级游艇,而他们只用了一台笔记本电脑、小型天线和一个成本为3000美元的电子GPS“诱骗设备”。他们成功操纵船只使其偏离航线,甚至还能发射假信号,将其引入会与其他船只发生碰撞的航向上。并且,船只信号被拦截期间,这艘船的GPS系统还会显示船只沿原定航向前行,不会出现任何警报或其他指示。看到这些,让人不寒而栗。
        显然,在互联互通时代,如果企业对于新技术革命带来的安全问题,采取看不见、不重视、不行动,那未来的结局同样会是“来不及、活不了”。
        开启补漏行动
        针对智能船舶、船联网“软件”系统存在的安全隐患,国际海事界已有了警觉和行动。国际船级社协会主席PhilippeDonche-Gay前不久在香港出席香港船东会举办的午餐会上表示,为应对船舶事故的日益增多,今后国际船级社协会及其会员的首要任务将集中到船舶安全上来,并与IMO共同制定为船用软件供应商制定统一鉴定标准等。
        中国船级社近几年不断加大在船舶智能化方面研究和开发力度,借助参加新加坡海事展的契机,首次推出了智能船舶的定义,所谓的智能船舶是基于网络通信、物联网、自动控制、决策支持系统等技术,借助船岸一体平台,集成环境感知、规划决策、故障诊断、远程监控等功能。智能船舶技术使船舶更安全、更可靠、更环保、更经济。目前CCS已经推出了多个智能船舶的附加标志如船舶最佳纵倾优化决策(OTA)、船舶能效实时在线综合监控(EOM)、油轮货物操作仿真优化(COS)、船体结构全生命周期管理(HLM)、船体检查保养计划(HIMS)、船体结构厚度监控与强度评估(TS-N)、船员培训系统(Train(X)),为船舶更安全、更可靠和更环保提供助力。据CCS营运入级检验管理处副处长蔡玉良透露,CCS多年来一直致力于智能船舶及安全系统的研究,注重船舶智能系统和船用软件的研究、开发、验证以及测试等,随着智能船舶的深入研究会适时推出新的附加标志。2013年中国船级社启动《船用计算机控制和报警系统软件评估研究》,该项目的立项,使中国船级社在船用控制系统软件评估领域迈出了重要一步。2015年,CCS又发布《船用软件安全及可靠性评估指南》,它是对船用计算机系统(包括可编程电子系统)中软件的可靠性及安全性评估指南,不仅对船用计算机系统中软件的开发、测试、认证、生产、维护提出了安全及可靠性的技术要求,同时也对与软件相关的硬件制定了一些要求,这些要求需与产品的技术要求结合对待。指南适用安装于入级船舶上,提供符合入级要求的控制、报警、监测或安全功能的计算机系统,包括可编程电子系统。考虑到小型简单的计算机系统的直接应用和在复杂系统中对部分功能实现的应用,本指南定义了小型低复杂度计算机系统,并在指南中给出了简化的评估方法。《船用软件安全及可靠性评估指南》于2015年7月1日起生效。另外,CCS还开展了船舶能效相关设计指标、规范标准、验证模式及相关数据库与应用平台的研究开发工作,指导相关设计并提供相关验证手段;同时,还开展了以三维船体维护保养体系和机械设备维护保养体系为基础的船舶全生命周期在线监控及船岸一体化研究工作。基于市场拓展需要,CCS正考虑将正在进行的项目纳入船级附加标志。
        蔡玉良还表示,智能船舶涉及到各种新的船用产品和技术,同时不同平台、不同应用或不同开发主体开发的各种的智能化设备,可能存在技术标准输入上的差异,不同智能化应用系统之间如何做到兼容、协调和标准统一也是未来亟待解决的。未来,CCS将加大开展与智能船舶相关检验模式、验证标准和审核手段等的一系列前期研究工作。另外,国际上,我们还应建立起与国际标准化组织长期合作机制,充分利用国际标准化组织的影响力,加快智能船舶、船联网的标准化工作。
        除了CCS,DNV GL集团对于智能船舶也非常关注,并于去年发布了一份名为“未来航运业”的报告,时任DNV GL海事业务首席执行官石万胜在希腊海事展演讲时称,“智能船舶”,它所指的是实时数据传输的汇集、大计算容量、数字建模能力、远程控制、传感器及小型化等,这些新的信息化技术将对船舶安全产生显著影响。我们必须继续建立相应的机制,以确保这些信息化技术的安全性和可靠性。软件系统已经成为影响船舶安全的一个重要因素,但是由于软件的模块化和多元特性,在安装和运营之前通常不易测试。为此,DNV GL已经在其船级规范里引入了对软件系统认证的要求, 即ISDS( 软件依赖性系统整合)标准。为此,DNV GL购买了海事和海工业“软件在环测试(HIL)”领域的先驱Marine Cybernetics公司,此举使DNV GL为其客户在软件和系统测试领域提供了更宽广的平台。
        还有专家指出,“软件”系统安全对于致力于智能化发展的产品和企业而言,生死攸关。对于各种各样的船舶智能控制系统和软件,其正确性、稳定性、安全性是否需要引入第三方来进行检测、评估、认证,值得业界关注。
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