在当今数字化转型浪潮中，信息物理系统(CPS)作为连接计算、网络与物理世界的核心框架，正深刻改变着工业制造、智慧城市、智能交通及能源管理等关键领域。CPS的深度融合特性也带来了前所未有的安全挑战。信息安全与综合安全不再是孤立议题，而是构成了CPS稳健运行的“一体两翼”。本专题论坛聚焦于CPS背景下，信息安全与综合安全的协同保障机制，并深入探讨支撑其实现的前沿网络技术研究。
一、CPS安全内涵的双重维度：信息安全与综合安全
信息物理系统的安全是一个多维度的综合概念。信息安全主要指保障信息在采集、传输、处理与存储过程中的机密性、完整性和可用性，防止数据泄露、篡改与拒绝服务攻击。这在CPS中尤为重要，因为恶意数据可能通过传感器网络侵入，或对控制指令进行拦截与伪造，直接导致物理系统误操作。
综合安全则是一个更广义的概念，它超越了传统信息安全范畴，强调系统的功能性安全、物理安全与操作安全的统一。它关注的是如何确保CPS在面临故障、异常或恶意攻击时，其控制的物理过程仍能维持安全状态，或执行安全的降级操作，防止造成人身伤害、重大财产损失或环境灾难。例如，在智能制造场景中，综合安全要求即使控制网络遭受入侵，生产线也能安全停机，而非发生机械碰撞或人员安全事故。
二、信息安全与综合安全的深度融合挑战
CPS中“信息”与“物理”的紧密耦合，使得信息安全事件极易演变为物理安全事件。传统IT系统的安全策略（如防火墙、入侵检测）往往难以直接适用于具有实时性、高可靠性和资源受限特点的CPS物理层。主要挑战体现在：
- 异构网络融合风险：CPS通常包含OT（运营技术）网络与IT网络的融合，两者在协议、实时性要求和安全传统上存在差异，形成新的攻击面。
- 实时性约束下的安全防护：许多安全机制（如复杂加密、深度包检测）会引入时延，可能影响控制回路的实时性能，危及系统稳定。
- 攻击的级联与放大效应：针对信息层的攻击（如虚假数据注入）可能通过控制算法引发物理设备的连锁故障，其破坏范围和速度远超纯网络攻击。
因此，必须研究能够将信息安全属性（如认证、加密）与综合安全目标（如安全完整性等级SIL）统一设计和验证的方法。
三、网络技术研究：构建CPS安全协同的基石
先进的网络技术是实现信息安全与综合安全协同的关键使能器。当前研究前沿主要集中在以下几个方面：
- 安全感知的网络架构设计：研究新型CPS网络架构，如软件定义网络(SDN)与时间敏感网络(TSN)的融合。SDN提供集中、灵活的安全策略编排能力，能够快速隔离受感染网段；TSN则保障关键控制流量的确定性与低时延传输，为安全指令的及时送达提供底层支撑。
- 轻量级加密与认证协议：针对CPS终端设备（如传感器、执行器）资源有限的特点，研究适用于工业环境的轻量级密码算法和高效认证机制。例如，基于物理层特征（信道指纹）的设备身份认证、适用于低功耗广域网(LPWAN)的加密方案等，在保障安全的同时最小化对功耗与延迟的影响。
- 入侵检测与态势感知技术：结合信息域与物理域的行为特征，构建跨层入侵检测系统。通过分析网络流量异常、同时比对物理过程模型（如状态估计）的预期行为与实际传感器读数，可以更精准地识别诸如虚假数据注入、重放攻击等高级威胁。人工智能与机器学习技术在此领域被广泛应用，用于挖掘复杂攻击模式。
- 韧性网络与弹性恢复技术：承认攻击不可避免，研究使CPS网络具备“韧性”的技术。包括基于区块链的分布式信任管理以抵御单点故障、自愈网络技术实现受损节点的自动隔离与功能重构、以及安全与功能协同的弹性控制算法，确保在部分网络失效时系统仍能维持最低安全水平的运行。
四、未来展望与跨学科协作
CPS的安全保障是一项系统工程，亟需计算机科学、控制工程、通信技术、安全科学等多学科的深度交叉。未来研究应进一步推动安全标准的统一（如将IEC 62443信息安全标准与IEC 61508功能安全标准更紧密结合），开发集成的建模与仿真工具以进行安全协同验证，并加强针对特定垂直行业（如车联网、智能电网）的安全解决方案研究。
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信息物理系统的蓬勃发展，将信息安全与综合安全的协同提升至国家关键基础设施安全的战略高度。唯有通过持续深化网络技术创新，构建起智能、主动、弹性的纵深防御体系，才能筑牢CPS的安全基石，释放其驱动产业升级与社会进步的巨大潜能。本次专题论坛旨在汇聚学界与业界智慧，共同探索这一重要交叉领域的前沿方向与实践路径。
