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監視制御およびデータ収集（SCADA）は、コンピュータ、ネットワーク化されたデータ通信、およびグラフィカルユーザーインターフェースから構成される制御システムアーキテクチャであり、機械やプロセスの高度な監視を目的としています。また、プログラマブルロジックコントローラ（PLC ）または分散制御システム（DCS）によって監視および制御されるセンサやアクチュエータも対象としており、DCSはプロセスプラントや機械とインターフェース接続されます。
監視や、コントローラの設定値変更などのプロセスコマンドの発行を可能にするオペレータインターフェースは、SCADAコンピュータシステムを介して処理されます。リアルタイム制御ロジックやコントローラ計算などの従属的な操作は、現場のセンサやアクチュエータに接続されたネットワークモジュールによって実行されます。
SCADAの概念は、さまざまなメーカーのローカル制御モジュールにリモートでアクセスするための汎用的な手段として開発されました。これらのモジュールは、標準的な自動化プロトコルを介してアクセス可能です。実際には、大規模なSCADAシステムは、プラントとのインターフェース手段を複数使用しながら、機能的にはDCS（分散制御システム）に類似したものへと成長しました。複数の拠点にまたがる大規模なプロセスを制御し、広範囲にわたって動作させることができます。SCADAは、最も一般的に使用されている産業用制御システムの1つです。
SCADAシステムの重要な特徴は、様々な他社製機器に対する監視操作を実行できる能力にある。
レベル1には、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）またはリモートターミナルユニット（RTU）が配置されています。
レベル2には、SCADAから読み取られたデータと機器の状態レポートが含まれており、これらは必要に応じてレベル2 SCADAに送信されます。データはその後コンパイルされ、ヒューマンマシンインターフェース（HMI）を使用する制御室のオペレーターが、通常のRTU（PLC）制御を調整または上書きするための監督上の決定を下せるようにフォーマットされます。データは、多くの場合、汎用データベース管理システム上に構築された履歴データ管理システムにも送信され、傾向分析やその他の分析監査が可能になります。
SCADAシステムは通常、タグデータベースを使用します。このデータベースには、プロセスシステム内の特定の計測機器やアクチュエータに関連付けられた、タグまたはポイントと呼ばれるデータ要素が含まれています。データは、これらの固有のプロセス制御機器タグ参照に基づいて蓄積されます。
SCADAシステムは通常、以下の主要な要素で構成されます。
ほとんどのSCADAシステムにおいて、アラーム処理は重要な要素です。システムは、特定のアラーム条件が満たされているかどうかを監視し、アラームイベントが発生したかどうかを判断します。アラームイベントが検出されると、1つ以上のアクションが実行されます（例えば、1つ以上のアラームインジケータの作動、場合によっては管理者や遠隔地のSCADAオペレーターに通知するための電子メールやテキストメッセージの生成など）。多くの場合、SCADAオペレーターはアラームイベントを承認する必要があります。これにより、一部のアラームインジケータが非アクティブ化される一方、他のインジケータはアラーム条件が解消されるまでアクティブなままになります。
アラーム条件は明示的である場合もあれば、暗黙的である場合もある。明示的とは、例えば、アラームポイントとは、他のアナログポイントやデジタルポイントの値に基づいて計算される数式によってNORMALまたはALARMのいずれかの値を持つデジタルステータスポイントである、といった場合である。暗黙的とは、SCADAシステムが、アナログポイントの値がそのポイントに関連付けられた上限値と下限値の範囲外にあるかどうかを自動的に監視する場合である。
警報表示の例としては、サイレン、画面上のポップアップボックス、画面上の色付きまたは点滅する領域（自動車の「燃料切れ」ランプと同様の働きをする）などがあります。いずれの場合も、警報表示の役割は、オペレーターの注意を「警報状態」にあるシステム部分に向けさせ、適切な対応を取らせることです。
「スマート」RTU、または標準PLCは、監視コンピュータを介さずに単純な論理処理を自律的に実行できます。これらのRTUやPLCで実行されるプログラムを作成するために、 IEC 61131-3などの標準化された制御プログラミング言語（ファンクションブロック、ラダー、構造化テキスト、シーケンスファンクションチャート、命令リストを含む5つのプログラミング言語のスイート）が頻繁に使用されます。CやFORTRANのような手続き型言語とは異なり、IEC 61131-3は従来の物理制御アレイに似ているため、トレーニング要件が最小限で済みます。これにより、SCADAシステムエンジニアは、 RTUまたはPLCで実行されるプログラムの設計と実装の両方を行うことができます。
プログラマブルオートメーションコントローラ（PAC）は、PCベースの制御システムの機能と一般的なPLCの機能を組み合わせたコンパクトなコントローラです。PACはSCADAシステムに導入され、RTUおよびPLC機能を提供します。多くの変電所SCADAアプリケーションでは、従来のRTUの代わりに、「分散型RTU」が情報プロセッサまたはステーションコンピュータを使用して、デジタル保護リレー、PAC、およびその他のI/Oデバイスと通信し、SCADAマスターと通信します。
1998 年頃から、主要な PLC メーカーのほぼすべてが統合 HMI/SCADA システムを提供しており、その多くはオープンで非独占的な通信プロトコルを使用しています。主要な PLC のほとんどとの互換性を内蔵した多数のサードパーティ製 HMI/SCADA パッケージも市場に参入しており、機械エンジニア、電気エンジニア、技術者がソフトウェア プログラマーによるカスタム プログラムを必要とせずに HMI を自分で構成できるようになっています。リモート ターミナル ユニット (RTU) は物理機器に接続します。通常、RTU は機器からの電気信号をデジタル値に変換します。これらの電気信号を変換して機器に送信することで、RTU は機器を制御できます。
SCADAシステムは従来、無線接続と有線接続を組み合わせて使用してきましたが、鉄道や発電所などの大規模システムではSONET/SDHもよく使用されています。SCADAシステムの遠隔管理または監視機能は、テレメトリと呼ばれることがよくあります。一部のユーザーは、SCADAデータを既存の企業ネットワーク経由で送信したり、他のアプリケーションとネットワークを共有したりすることを希望しています。しかし、初期の低帯域幅プロトコルの名残は依然として残っています。
SCADA プロトコルは非常にコンパクトになるように設計されています。多くは、マスター ステーションが RTU をポーリングしたときにのみ情報を送信するように設計されています。典型的な従来の SCADA プロトコルには、Modbus RTU、RP-570、Profibus、Conitel があります。これらの通信プロトコルは、Modbus (Modbus は Schneider Electric によってオープン化されています) を除いて、すべて SCADA ベンダー固有ですが、広く採用され使用されています。標準プロトコルは、IEC 60870-5-101 または 104、IEC 61850、およびDNP3です。これらの通信プロトコルは標準化されており、すべての主要な SCADA ベンダーによって認識されています。これらのプロトコルの多くは、現在TCP/IP上で動作するための拡張機能を備えています。TCP /IPなどの従来のネットワーク仕様を使用すると、従来型ネットワークと産業用ネットワークの境界が曖昧になりますが、それぞれが根本的に異なる要件を満たします。[ 3 ]ネットワーク シミュレーションは、SCADA シミュレータと組み合わせて、さまざまな「もしも」分析を実行するために使用できます。
セキュリティ要求の高まり（北米電力信頼性評議会（NERC）や米国の重要インフラ保護（CIP）など）に伴い、衛星通信の利用が増加している。衛星通信の主な利点は、インフラを自己完結型にできること（公衆電話システムの回線を使用しない）、暗号化機能を内蔵できること、SCADAシステム運用者が要求する可用性と信頼性に合わせて設計できることである。以前は消費者向けVSATの使用経験が乏しかった。最新のキャリアグレードシステムは、SCADAに必要なサービス品質を提供している。[ 4 ]
RTU（遠隔端末装置）をはじめとする自動制御装置は、業界標準の相互運用性に関する規格が確立される以前に開発されました。そのため、開発者とその経営陣は、数多くの制御プロトコルを生み出しました。大手ベンダーの中には、顧客基盤を「囲い込む」ために独自のプロトコルを作成する動機を持つ企業もありました。ここでは、自動化プロトコルの一覧を示します。
ベンダーグループによる自動化プロトコルの標準化に向けた取り組みの一例として、OPC-UA（旧称「OLE for process control」、現在はOpen Platform Communications Unified Architecture）が挙げられる。
SCADAシステムは、次の4つの世代を経て進化してきました。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]
初期の SCADA システムの計算は、大型のミニコンピュータによって行われていました。SCADA が開発された当時は、共通のネットワークサービスは存在しませんでした。そのため、SCADA システムは他のシステムとの接続を持たない独立したシステムでした。当時使用されていた通信プロトコルは完全に独自仕様でした。第一世代の SCADA システムの冗長性は、すべてのリモート端末ユニットサイトに接続されたバックアップメインフレームシステムを使用して実現され、プライマリメインフレームシステムの障害発生時に使用されました。[ 9 ]第一世代の SCADA システムの中には、PDP-11シリーズなどのミニコンピュータ上で動作する「ターンキー」オペレーションとして開発されたものもありました。[ 10 ]
SCADAの情報とコマンド処理は、LANで接続された複数のステーションに分散されていました。情報はほぼリアルタイムで共有され、各ステーションは特定のタスクを担当していたため、第一世代のSCADAに比べてコストが削減されました。しかし、使用されるネットワークプロトコルはまだ標準化されていませんでした。これらのプロトコルは独自仕様であったため、開発者以外でSCADAシステムのセキュリティを判断できる人はほとんどおらず、SCADAシステムのセキュリティはしばしば軽視されていました。
分散アーキテクチャと同様に、複雑なSCADAシステムも最も単純な構成要素に分解し、通信プロトコルを介して接続することができます。ネットワーク設計の場合、システムはプロセス制御ネットワーク（PCN）と呼ばれる複数のLANネットワークに分散され、地理的に分離されることがあります。単一の監視装置と履歴装置を備え、複数の分散アーキテクチャSCADAシステムが並列に稼働する構成は、ネットワークアーキテクチャとみなすことができます。これにより、非常に大規模なシステムにおいて、よりコスト効率の高いソリューションを実現できます。
インターネットの普及により、SCADA システムは Web テクノロジーを導入し、HTTPSやWebSocketなどの標準的な Web プロトコルを介して、世界中のどこからでもデータの閲覧、情報の交換、プロセスの制御をリアルタイムで行えるようになりました。[ 11 ] [ 12 ] 2000 年代初頭には Web SCADA システムが普及しました。[ 13 ] [ 14 ] Web SCADA システムは、オペレーターの HMI のグラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI) として、Google Chrome や Mozilla Firefox などの Web ブラウザを使用します。これにより、クライアント側のインストールが簡素化され、サーバー、パーソナル コンピュータ、ラップトップ、タブレット、携帯電話など、Web ブラウザを備えたさまざまなプラットフォームからシステムにアクセスできます。
電力、石油、ガスパイプライン、水道配水、廃水収集システムなどの分散型施設を連携させる SCADA システムは、オープンで堅牢で、操作や修理が容易になるように設計されていましたが、必ずしも安全ではありませんでした。[ 15 ] [ 16 ]独自技術からより標準化されたオープンなソリューションへの移行と、SCADA システム、オフィス ネットワーク、インターネット間の接続数の増加により、コンピュータ セキュリティで比較的よく見られるタイプのネットワーク攻撃に対して脆弱になっています。たとえば、米国コンピュータ緊急対応チーム (US-CERT) は、認証されていないユーザーが、 Tomcat 組み込みWeb サーバーへのアクセスを利用する標準的な攻撃タイプを使用して、 Inductive Automation Ignitionシステムからパスワード ハッシュなどの機密構成情報をダウンロードできる可能性があるという脆弱性勧告をリリースしました[ 17 ] 。セキュリティ研究者の Jerry Brown は、 Wonderware InBatchClient ActiveX コントロールのバッファオーバーフロー脆弱性に関する同様の勧告を提出しました[ 18 ] 。両ベンダーは、脆弱性の公開前にアップデートを提供しました。緩和策の推奨事項は、標準的なパッチ適用と、安全な接続のためにVPNアクセスを要求することでした。その結果、SCADAベースのシステムの中にはサイバー攻撃に対して脆弱である可能性があるとみなされ、そのセキュリティが問題視されるようになったものもある。[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]
特に、セキュリティ研究者は以下の点について懸念を抱いている。
SCADAシステムは、電力送電、パイプラインによるガスや石油の輸送、水道、信号機など、現代社会の基盤となる様々な物理プロセスを制御・監視するために用いられます。これらのSCADAシステムのセキュリティは非常に重要です。なぜなら、システムが侵害されたり破壊されたりすると、侵害発生源から遠く離れた社会の様々な領域に影響が及ぶからです。例えば、電力SCADAシステムが侵害されて停電が発生した場合、その電力供給源から電力を受けていたすべての顧客に経済的損失が生じます。従来のSCADAシステムは、制御機器が地理的に分散していることが多く、耐用年数が長く、交換やパッチ適用に費用がかかるため、セキュリティを確保するのが難しい場合があります。
現代の SCADA システムには多くの脅威ベクトルが存在します。1 つは、制御ソフトウェアへの不正アクセスの脅威です。これは、人によるアクセス、または制御ホスト マシンに存在するウイルス感染やその他のソフトウェアの脅威によって意図的または偶発的に引き起こされる変更のいずれであっても発生します。もう 1 つは、SCADA デバイスをホストするネットワーク セグメントへのパケット アクセスの脅威です。多くの場合、制御プロトコルには暗号化によるセキュリティが欠如しているため、攻撃者はネットワーク経由でコマンドを送信することで SCADA デバイスを制御できます。多くの場合、SCADA ユーザーは VPN があれば十分な保護が得られると考えていましたが、SCADA 関連のネットワーク ジャックやスイッチに物理的にアクセスすればセキュリティが簡単に回避できることに気づいていませんでした。産業用制御ベンダーは、一般的な IT プラクティスを活用する多層防御戦略で、情報セキュリティと同様に SCADA セキュリティに取り組むことを推奨しています。[ 22 ]それとは別に、SCADA システムのアーキテクチャには、RTU への直接的な改ざん、RTU から制御センターへの通信リンク、制御センターの IT ソフトウェアやデータベースなど、他にもいくつかの脆弱性があることが研究で示されています。[ 23 ] RTUは、例えば、偽データを注入する欺瞞攻撃[ 24 ]やサービス拒否攻撃の標的となる可能性がある。
現代のインフラにおける SCADA システムの信頼性の高い機能は、公衆衛生と安全にとって極めて重要である可能性があります。そのため、これらのシステムへの攻撃は、直接的または間接的に公衆衛生と安全を脅かす可能性があります。このような攻撃は既に発生しており、オーストラリアのクイーンズランド州にあるマルーチー シャイア評議会の下水制御システムに対して行われました。[ 25 ] 2000 年 1 月に請負業者が SCADA システムを設置した直後、システム コンポーネントが不規則に動作し始めました。ポンプは必要なときに作動せず、アラームも報告されませんでした。さらに深刻なことに、下水が近くの公園に溢れ、開いた地表水排水溝を汚染し、500 メートル先の潮汐運河に流れ込みました。SCADA システムは、設計プロトコルでは閉じておくべき下水弁を開くように指示していました。当初、これはシステムのバグだと考えられていました。システム ログの監視により、誤動作はサイバー攻撃の結果であることが判明しました。犯人が特定されるまでに、調査官は 46 件の悪意のある外部干渉の個別の事例を報告しました。攻撃を行ったのは、SCADAシステムを設置した会社の不満を抱えた元従業員だった。その元従業員は、電力会社に正社員として雇われ、システムの保守を担当することを望んでいた。
2008 年 4 月、電磁パルス (EMP) 攻撃による米国への脅威を評価する委員会は、 SCADA システムが電磁パルス(EMP) 事象に対して極めて脆弱であることを論じた重要インフラ報告書を発行しました。テストと分析の後、委員会は次のように結論付けました。「SCADA システムは EMP 攻撃に対して脆弱です。国のすべての重要インフラがこのようなシステムを多数使用し、広く依存していることは、EMP 事象後の継続的な運用に対する体系的な脅威となります。さらに、地理的に広範囲に分散した多数のシステムを再起動、修理、または交換する必要があるため、このような攻撃からの国の復旧が著しく阻害されるでしょう。」[ 26 ]
SCADAおよび制御製品の多くのベンダーは、TCP/IPベースのSCADAネットワークや外部SCADA監視および記録機器向けの特殊な産業用ファイアウォールおよびVPNソリューションのラインを開発することにより、不正アクセスによってもたらされるリスクに対処し始めています。 国際自動化協会（ISA）は、2007年にワーキンググループWG4でSCADAセキュリティ要件の正式化を開始しました。WG4は、「産業オートメーションおよび制御システム機器のセキュリティ回復力とパフォーマンスを評価および保証するために必要な独自の技術要件、測定、およびその他の機能に特に対処します」。[ 27 ]
SCADAの脆弱性に対する関心の高まりにより、脆弱性研究者は商用SCADAソフトウェアの脆弱性を発見し、より一般的な攻撃的なSCADA技術がセキュリティコミュニティ全体に提示されるようになった。[ 28 ] 電力およびガス会社のSCADAシステムでは、既存のノードをすべて交換するのではなく、認証とAdvanced Encryption Standard暗号化を使用するバンプインザワイヤデバイスを適用することで、大規模な有線および無線シリアル通信リンクの脆弱性に対処する場合がある。[ 29 ]
2010年6月、アンチウイルスセキュリティ企業VirusBlokAdaは、Windowsオペレーティングシステム上で動作するSCADAシステム（シーメンスのWinCC /PCS 7システム）を攻撃するマルウェアを初めて検出したと報告した。このマルウェアはStuxnetと呼ばれ、4つのゼロデイ攻撃を使用してルートキットをインストールし、それがSCADAのデータベースにログインして設計ファイルと制御ファイルを盗み出す。[ 30 ] [ 31 ]このマルウェアは制御システムを変更し、その変更を隠すこともできる。このマルウェアは14のシステムで発見され、その大部分はイランにあった。[ 32 ]
2013年10月、ナショナルジオグラフィックは、 SCADAと米国の電力網に対する大規模なサイバー攻撃を想像したドキュメンタリードラマ「アメリカン・ブラックアウト」を公開した。 [ 33 ]
SCADAの概念を用いることで、大小さまざまなシステムを構築できます。これらのシステムは、用途に応じて、制御ループの数が数十から数千に及ぶ場合があります。例としては、以下に説明するように、産業、インフラ、施設関連のプロセスが挙げられます。
しかし、SCADAシステムにはセキュリティ上の脆弱性がある可能性があるため、リスクを特定し、それらのリスクを軽減するためのソリューションを実装するためにシステムを評価する必要があります。[ 34 ]
衛星通信は、バックアップ通信を提供し、SCADA、テレメトリ、AMIバックホール、配電自動化などのコアスマートグリッドアプリケーションを容易にサポートできる、費用対効果が高く安全なソリューションです。
{{cite web}}: CS1 maint: url-status (リンク)SCADA可視化システムに影響を与えるマルウェア（トロイの木馬）。
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