可靠性是工业蓬勃发展的生命线。数十年来，作为操作技术 (OT) 基石的串口通信一直是确保工厂车间、电网、交通系统无缝传输数据的“功臣”。但如今的工业环境正发生着深刻变化：互联程度日益深入，创新以前所未有的速度不断涌现，网络威胁却比以往任何时候都令人担忧，企业要如何应对才能确保既有串口基础设施安全稳定并持续发挥作用？
答案在于，必须将传统系统与创新解决方案融合，同步发挥串口系统的可靠性与最新技术及强大网络安全功能的优势。为此，不仅要确保多年来推动工业发展的核心功能不受影响，还要不断适应数字化时代出现的各种需求。下文将探讨如何循序渐进地改造串口通信基础设施，提升其安全性，避免运行中断所带来的巨大损失，实现持久可靠运行。
串口通信发展现状
当前，串口通信仍是许多工业应用的基础技术。串口通信技术便捷灵活、性价比高，在连接传感器、致动器、PLC、HMI 等各类工业设备方面发挥着不可或缺的作用。串口设备广泛应用于工厂自动化，RS-485 网络让大型工厂车间内大量设备实现通信。此外，串口通信也是电网的关键环节，确保可远距离稳定监控远程终端单元 (RTU)。
然而，随着技术加速迭代，维护、集成和保护关键串口通信基础设施面临特殊挑战。在工业互联网 (IIoT) 和工业 4.0 时代，串口通信需与以太网、无线网、云计算等新兴技术深度融合。这有助于企业提高效率、基于数据生成洞见，但也引发了复杂的互操作和安全难题。出现的三大主要问题为：
- 面对供应链波动和组件老化，如何保障基础性解决方案持续发挥作用？
- 如何确保传统系统与新兴技术始终兼容？
- 如何保护串口通信网络免遭日益精密的网络攻击，避免运行中断、数据完整性受损和资产损失？
弥合差距：串口通信保护三大要求
迈向 OT 新未来，需从全局规划角度升级串口连接。选择解决方案时，建议考虑以下三大核心要求：
1.保证持久可靠运行：
要保持系统运行效率，避免因运行中断导致巨大损失，现有串口基础设施能够长期发挥作用是关键。这不仅意味着所有组件都要有稳定供应和维修服务，还需采取主动生命周期管理策略，防范和降低组件过时风险。
单个组件停止供应可能不会立即引发系统宕机，但组件供应短缺和停产将造成巨大的长期影响。由此造成的后果包括组件成本上涨、维修时间延长、仿冒品风险增加，以及不得不中断生产、斥巨资升级整个系统，甚至导致丧失竞争力。
要避免这些不良后果发生，关键在于选择秉持长期支持和主动生命周期管理理念的解决方案供应商，他们需提供：
- 基于高适应性现代化平台的解决方案：确保基础技术不太可能迅速过时。
- 现成可用组件：优先选择具有可靠供应链、提供长生命周期组件的供应商。
- 可更新固件：定期更新固件可增强安全性，满足最新标准要求，以及添加新功能。
- 透明的生命周期策略：供应商必须明示产品生命周期流程，包括生命周期终止 (EOL) 时间线、迁移策略等。
- 前瞻性过时管理：持续监测组件供应状态，及早识别过时风险，提前与客户沟通迁移事项。
- 替代解决方案：如果产品或组件已停止供应，供应商需保证平稳过渡至替代解决方案。
半导体行业技术迭代的速度非常快，因此尤其要关注相关组件的生命周期问题。选择供应长期稳定、采用前瞻性过时管理方式的合作伙伴，是企业最大程度降低串口通信基础设施风险、最大程度延长设施生命周期的关键所在。
2.拥抱现代化和互操作：
工业领域持续创新，变化不止，串口通信技术需紧跟发展步伐。为确保设备与如今的系统和数字基础设施无缝通信，串口通信技术既要支持 Modbus RTU 等传统串口协议，也需支持 Modbus TCP/IP、PROFINET、EtherCAT 等现代以太网协议。
因此，建议优先考虑支持新旧融合的解决方案。比如，先进的串口设备联网服务器或协议网关要能提供灵活配置选项，轻松实现串口转以太网连接，并确保数据安全传输至云应用。此外，工业联网解决方案需采用生态友好型材质和节能结构，支持超长产品生命周期，符合全球环境、社会和公司治理 (ESG) 原则，为实现可持续发展目标贡献力量。借助数据分析和数字化转型契机，企业可提升现有串口设备的价值。
3.重视增强网络安全：
针对工业系统的网络攻击，无论在频率还是精密程度上都日益升级，包括随机恶意软件、定向入侵等，企图中断工业系统运行、窃取数据或破坏资产。
抵御攻击不能仅依赖行业标准，还需获得具体安全功能的帮助。现代安全串口联网解决方案需支持：
- 设备级安全和事件日志：与传统低安全性的串口设备相比，现代解决方案通过详细的事件日志，监测未授权访问、重启、配置变更等可疑活动，让针对串口基础设施的潜在威胁无处遁形。
- 严格验证：与往往缺乏身份验证环节的既有系统不同，现代转换器要求强密码和用户身份验证，在网络边缘就能防止未授权访问。
- 数据加密：为防止数据窃取、确保数据保密性，并满足美国网络安全和基础设施安全局 (CISA) 指南要求，建议通过 TLS/SSL 等协议加密串口设备数据。
- 基于角色的访问控制：基于角色限制用户行为。例如，给予管理员总控制权，同时将操作员权限设定为只读访问，可有效降低凭证泄漏风险，这与经常缺乏访问控制的既有系统大为不同。
- 安全固件更新：定期、安全的固件更新对修复漏洞至关重要。现代解决方案具备安全且经认证的固件更新机制，可抵御最新威胁，并满足 IEC 62443 等标准的现行漏洞管理要求。
- 与 IT 安全基础设施集成：现代 OT 安全功能通常需与现有 IT 安全系统集成，比如 RADIUS、LDAP 等集中认证系统。
这些符合 IEC 62443-4-2 等标准的安全功能不再是可选项，而是保障运行、确保合规的必选项。
案例分享：为关键基础设施构筑安全防线
一家天然气管道运营商受客户委托，负责对监测系统进行现代化改造。该运营商需增强网络安全功能，应对与日俱增的网络威胁，同时满足 IEC 62443-2-1 标准要求——必须为资产所有者构建全方位网络安全管理系统。在现代化改造中，关键一步是将天然气致动器、流量计等既有串口设备集成至工业以太网。这一集成工程需满足 IEC 62443-3-3 标准定义的整体系统安全要求，达到适用于关键基础设施的特定安全等级 (SL)。
这就需要部署安全串口设备联网服务器，在现场层提供强大保护。该运营商选用了已获 IEC 62443-4-2 SL2 标准认证的 Moxa NPort 6650 安全终端服务器。该服务器具备一系列安全功能，包括集中认证集成（简化整个网络身份验证管理）、安全运行模式（加密串口转以太网流量）和配置校验和验证（检测未授权更改）。此外，Moxa 承诺提供持续漏洞管理和安全更新，有助于确保对天然气管道的长久保护。
面对不断演进的网络安全威胁，该管道运营商认识到还需要增加增强型事件日志、硬件级信任根等功能，采用“安全始于设计”边缘互联解决方案，才能保证设施安全，应对未来挑战。依托 Moxa 解决方案，该运营商不仅在达到 IEC 62443-3-3 标准规定的系统安全等级和满足 IEC 62443-2-1 标准要求方面取得重大进展，而且实现了传统串口基础设施的持续稳定运行，同时为未来安全要求做好准备。
迎接 OT 未来
在工业领域快速发展的当下，传统系统与创新技术实现平衡至关重要。保证持久可靠运行、拥抱现代化和互操作、重视增强网络安全的解决方案，将助力企业保持串口通信基础设施的安全可靠运行，同时做好准备，迎接 OT 新未来。
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