Anwendung von NIST SP 800-53 zur Sicherung von Ölraffinerien: Ein umfassender Leitfaden

Ölraffinerien gehören eindeutig zu den kritischsten Komponenten der globalen Energieinfrastruktur. Sie arbeiten daran, Rohöl in nutzbare Produkte wie Benzin, Diesel und Petrochemikalien umzuwandeln, wodurch sie für das Funktionieren moderner Volkswirtschaften unverzichtbar sind. Diese Bedeutung macht sie jedoch auch zu einem Hauptziel für ausgeklügelte Cyberangriffe, die von staatlich unterstützten und/oder weiterentwickelten Bedrohungsakteuren durchgeführt werden.

Von Ransomware-Vorfällen bis hin zu Bedrohungen durch Staaten ist die Cybersicherheitslandschaft für Raffinerien oft komplex und mit hohen Risiken verbunden. Um diese Herausforderungen anzugehen, ist die Annahme eines umfassenden und standardisierten Sicherheitsrahmenwerks von entscheidender Bedeutung. Ein solches Rahmenwerk ist die NIST-Sonderveröffentlichung 800-53 (SP 800-53), die einen Katalog von Sicherheits- und Datenschutzkontrollen für föderale Informationssysteme und -organisationen bietet. Obwohl es ursprünglich für föderale Systeme entworfen wurde, wird NIST SP 800-53 jetzt an industrielle und kritische Infrastrukturumgebungen, einschließlich Ölraffinerien (und Pipelines), angepasst.

In diesem Blogbeitrag wird erörtert, wie NIST SP 800-53 praktisch in einer Ölraffinerie angewendet werden kann, um die Cybersicherheitslage zu verbessern, die Einhaltung von Vorschriften sicherzustellen und resiliente Operationen zu unterstützen.

Die Relevanz von NIST SP 800-53 für Ölraffinerien verstehen

NIST SP 800-53 beschreibt eine umfassende Reihe von Kontrollen, die in Kategorien wie Zugriffskontrolle, Vorfallreaktion, System- und Kommunikationsschutz und mehr unterteilt sind. Obwohl die Veröffentlichung früher auf IT-Systeme abzielte, ermöglicht ihre modulare und flexible Natur eine Anpassung an Operational Technology (OT)-Umgebungen, die in Ölraffinerien verbreitet sind.

Ölraffinerien unterliegen bereits regulatorischen Druck wie NIST CSF, IEC 62443, API 1164 und TSA-Richtlinien in den USA und in anderen geografischen Regionen, in denen Raffinerien im Schatten geopolitischer Probleme operieren. Die Integration von SP 800-53 in dieses Ökosystem bietet den Vorteil, dass die Raffineriebetriebe mit einem weltweit anerkannten Satz von Best Practices in Einklang gebracht werden.

Herausforderungen bei der Anpassung von SP 800-53 an Ölraffinerien

Obwohl NIST SP 800-53 reichhaltige Leitlinien bietet, kann die Implementierung praktische Herausforderungen mit sich bringen, wie zum Beispiel:

· Altsysteme: Viele OT-Geräte haben nicht die Fähigkeit, moderne Sicherheitskontrollen zu implementieren.

· Verwirrung über die Anwendbarkeit und den Fahrplan

· Kulturelle Barrieren: Ingenieurteams könnten sich gegen Änderungen sträuben, die die Betriebszeit der Anlage beeinträchtigen.

· Qualifikationslücken: Die Implementierung von Kontrollen erfordert funktionsübergreifende Expertise in der Cybersicherheit und OT-Engineering.

· Ressourcenengpässe: Kleinere Raffinerien könnten nicht über das Budget oder die Mitarbeiter verfügen, um den gesamten Kontrollkatalog umzusetzen.

Diese Herausforderungen machen einen risikobasierten, phasenweisen Ansatz entscheidend.

Wie können wir solche Herausforderungen überwinden? Lassen Sie uns damit beginnen, die Kontrollfamilien an OT-Umgebungen zuzuordnen.  

Zuordnung von NIST SP 800-53 Kontrollfamilien zu Raffinerie-OT-Umgebungen

1. Zugriffskontrolle (AC)

o Implementieren Sie rollenbasierte Zugriffe auf ICS- und SCADA-Systeme.

o Durchsetzen des geringsten Privilegs für Ingenieure und Betreiber.

o Verwenden Sie eine multifaktorielle Authentifizierung für den Fernzugriff auf Raffinerienetzwerke.

o Sicherstellen der Bereitstellung physischer containment Barrieren, um die Manipulation von Geräten zu verhindern.

2. Prüfungs- und Rechenschaftspflicht (AU)

o Sicherstellen, dass Protokolle so gespeichert werden, dass eine manipulationssichere Abrufung möglich ist.

o Führen Sie Protokolle über die Aktionen der Betreiber im DCS-System.

o Implementieren Sie manipulationssichere Protokollierungsmechanismen.

o Periodisch die Aktivitäten im Kontrollraum und die Fernzugriffsereignisse auditieren.

3. System- und Kommunikationsschutz (SC)

o Trennen Sie Unternehmens- und Steuerungsnetzwerke mithilfe von Firewalls und DMZs.

o Verschlüsseln Sie die Telemetrie von Fernsensoren.

o Deaktivieren Sie ungenutzte Kommunikationsports an PLCS und RTUS.

o Steuern Sie die Sitzungsdauer.

o Verwenden Sie Systeme zur Erkennung von NIDS-Lösungen wie Shieldworkz, um anomale Kommunikation zu erkennen.

4. Vorfallreaktion (IR)

o Entwickeln Sie spezifische Vorfallreaktionspläne für Raffinerien.

o Testen Sie Spielbücher und Reaktionen in nahezu realistischen Szenarien.

o Stellen Sie eine regelmäßige Aktualisierung der IR-Spielbücher sicher.

o Schulen Sie IR-Teams.

o Führen Sie OT-spezifische Tischübungen mit Ingenieur- und Sicherheitsteams durch.

o Koordinieren Sie die Reaktion mit dem örtlichen CERT und relevanten Regierungsbehörden, falls erforderlich.

5. Konfigurationsmanagement (CM)

o Grundlinie der Firmware-Versionen aller Feldgeräte.

o Dokumentieren und Steuern von Änderungen an der Steuerlogik in sicherheitsinstrumentierten Systemen (SIS).

o Unbefugte Änderungen an Konfigurationen verhindern.

o Führen Sie regelmäßige audits auf der Grundlage von IEC 62443 durch, um festzustellen, ob Angriffswege offen oder ausnutzbar sind, und um solche Lücken zu schließen.

o Konfigurationsinformationen sollten bei Bedarf gespeichert und aktualisiert werden.

6. Systemintegrität (SI)

o Grundlinie der Systemverhalten und -konfigurationen.

o Wenden Sie Integritätsprüfungswerkzeuge an, um unbefugte Änderungen in HMIs und Historiksystemen zu erkennen.

o Verwenden Sie Endpunkterkennungssysteme, die für OT-Protokolle angepasst sind.

7. Personalsicherheit (PS)

o Führen Sie Hintergrundprüfungen für Drittanbieter durch.

o Bieten Sie Cybersicherheitsschulungen an, die auf das Personal in der Raffinerie-OT zugeschnitten sind.

8. Risikobewertung (RA)

o Führen Sie regelmäßige IEC 62443- und NIST-basierte Cyber-Risikobewertungen durch, die Sicherheit und Umweltauswirkungen abdecken.

o Inkludieren Sie Cyberrisikokennzahlen in die risikowebweiten Registret.

9. Notfallplanung (CP)

o Halten Sie Offline-Backups der logik zur Prozesskontrolle.

o Entwickeln Sie Failover-Szenarien für Netzwerk- und Kontrollsystemausfälle.

10. Wartung (MA)

o Verfolgen Sie die Wartung von Drittanbietern an OT-Geräten.

o Sicherstellen, dass Wartungsaktivitäten sicheren Protokollen folgen.

11. Sicherheitswerkzeuge effektiv einsetzen

o Bestimmen Sie Ihre Sicherheitslage zu jeder Zeit und verbessern Sie sie mithilfe zusätzlicher Kontrollen.

o Führen Sie Bedrohungsjagd durch, um vorhandene Bedrohungen zu erkennen.

Anwendung von Kontrollen auf der Geräte- und Netzwerkschicht

Eine Schlüsselherausforderung in der Cybersicherheit von Ölraffinerien ist die Vielfalt und das Alter von OT-Systemen. Viele alte PLCS, RTUS und Analysatoren wurden nie mit Sicherheit im Hinterkopf entwickelt. NIST SP 800-53 kann helfen, diese Herausforderung durch gestaffelte und gezielte Kontrollen zu mildern.

Auf der Geräteebene:

o Deaktivieren Sie ungenutzte Dienste und Ports.

o Erzwingen Sie Integritätsprüfungen der Firmware.

o Begrenzen Sie den physischen Zugang zu Steuerungsschränken.

o Führen Sie Integritätsprüfungen des Systems durch und protokollieren Sie die Ergebnisse zur Behebung, wo immer dies anwendbar ist.

Auf der Netzwerkebene:

o Segmentieren Sie Netzwerke, um laterale Bewegungen zu verhindern.

o Verwenden Sie Mikrose segmentation, um die Kronjuwelen und Systeme zu sichern, die zusätzliche Risiken tragen oder leicht angreifbar sind.

o Setzen Sie Eindringungserkennungssensoren ein, die auf ICS-Protokolle wie Modbus, OPC und PROFINET abgestimmt sind.

o Richten Sie VLANs ein und setzen Sie einseitige Gateways durch, wo es möglich ist.

Integration mit bestehenden Standards und Vorschriften

Lassen Sie uns den Punkt noch einmal aufgreifen, dass Ölraffinerien oft in stark regulierten Umgebungen arbeiten. Angesichts des Maßes an Kontrolle, kann noch mehr getan werden, um die Infrastruktur noch weiter vor zukünftigen Bedrohungen zu schützen?

Hier ist, wie SP 800-53 mit bestehenden Compliance-Vorgaben und Rahmenwerken in Einklang gebracht oder ergänzt werden kann:

· NIST CSF: SP 800-53 bietet die technischen Kontrollen, die den CSF-Funktionen (Identifizieren, Schützen, Entdecken, Reagieren, Wiederherstellen) zugrunde liegen. Wenn sie zusammen oder in Serie implementiert werden, können NIST CSF und SP 800-53 helfen, Cyberrisiken im gesamten Bereich zu verwalten und zu reduzieren.

· NIS2: Verlangt von Raffinerien, geeignete technische und organisatorische Maßnahmen zu ergreifen, um Cybervorfälle zu verhindern, zu erkennen und darauf zu reagieren, die ihren Betrieb stören oder die Energieversorgungskette beeinträchtigen könnten. Versorgungssicherheit, Managementverantwortung und Schulung und Sensibilisierung sind Schlüsselbereiche für die NIS2-Compliance.

· IEC 62443: Ähnlichkeiten in den Systemanforderungen, Zugangskontrolle und Netzwerksegmentierung. IEC 62443 2-1, 3-2 und 3-3 sind Schlüsselaspekte, die zusammen mit SP 800-53 berücksichtigt werden können. Darüber hinaus kann das Lebenszyklusmanagement, Zonen- und Verhaltensmodelle, Sicherheitsniveaus und ein risikobasierter Ansatz, der von IEC 62443 gefordert wird, die Implementierung von NIST SP 800-53 stärken, während die Überlappungen bestehende Kontrollen validieren können.

· API 1164: Es bietet Leitlinien für das Management von Cyberrisiken in Verbindung mit industrieller Automatisierung und Kontrollsystemen in Pipelinebetrieben. API 1164 ist relevant, wenn Raffinerien auf Pipelines angewiesen sind, um veredelte Produkte zu transportieren.  

· TSA-Sicherheitsrichtlinien: Helfen sicherzustellen, dass die Programme zur Cybersicherheit der Raffinerien den US-Vorschriften für Pipelines und Energie entsprechen. Dies ist wiederum relevant, wenn Raffinerien auch Pipelines besitzen oder mit Pipelinebesitzern zusammenarbeiten, um veredelte Produkte zu transportieren. Cybersicherheitsbewertungspläne, Vorfallreaktion, kontinuierliche Überwachung und Übungen sowie Maßnahmen zur Verbesserung der Cybersicherheit, die auf Pipeline-Ebene implementiert wurden, können auch auf die Raffinerie ausgeweitet werden, falls dies noch nicht geschehen ist.

Operationalisierung von NIST SP 800-53 in der Raffinerie

Die Implementierung von SP 800-53 ist kein einmaliges Projekt; sie erfordert eine kontinuierliche Verbesserungsperspektive. Die folgenden Schritte können helfen, das Rahmenwerk zu operationalisieren:

1. Risikobewertung und Lückenanalyse

o Führen Sie eine Bewertung des aktuellen Stands in Übereinstimmung mit den Kontrollfamilien von SP 800-53 durch.

o Identifizieren Sie kritische Lücken in Zugang, Monitoring und Konfigurationsmanagement.

2. Risiko basierte Priorisierung

o Bewerten Sie die Kontrollen nach potenziellen Auswirkungen auf Sicherheit und Betrieb.

o Konzentrieren Sie sich auf wertvolle Vermögenswerte wie Sicherheitssysteme und primäre Steuerungsnetzwerke.

o Überprüfen Sie ständig die Risiken, um Änderungen in der OT-Umgebung zu berücksichtigen.

3. Implementierungsfahrplan

o Entwickeln Sie einen phasenweisen Fahrplan zur Integration der Kontrollen von SP 800-53 über 12–24 Monate hinweg.

o Schließen Sie schnelle Gewinne ein (z. B. Protokollzentralisierung) und langfristige Projekte (z. B. vollständige Netzwerksegmentierung).

4. Überwachung und Berichterstattung

o Richten Sie Dashboards ein, um die Kontrollreife und Vorfalltrends zu verfolgen.

o Verwenden Sie KPIs, die mit den Zielvorgaben der Kontrollen von SP 800-53 übereinstimmen.

5. Audit- und Überprüfungszyklen

o Führen Sie regelmäßige Überprüfungen mit Betriebs-, IT- und Compliance-Teams durch.

o Aktualisieren Sie die Implementierungen von Kontrollen auf der Grundlage von Bedrohungsinformationen und Änderungen der Anlage.

6. Schulung und Sensibilisierung

Alle Mitarbeiter sollten regelmäßige Schulungen und Sensibilisierungen zu den Kontrollen von SP 800-53 und deren operativer und sicherheitsrelevanter Bedeutung durchlaufen.

NIST SP 800-53, ursprünglich für föderale Informationssysteme entworfen, hat eine erhebliche Anwendbarkeit bei der Sicherung komplexer, risikobehafteter Umgebungen wie Ölraffinerien und Pipelines. Durch die Anpassung ihrer Kontrollfamilien an OT-Anwendungsfälle und -szenarien können Raffinerien eine robuste Cybersicherheitsbasis aufbauen, die operative Resilienz, regulatorische Compliance und sichere Anlagenbetriebsleistungen unterstützt.

Raffinerien, die ihre Cybersicherheitslage verbessern möchten, sollten eine strategische Implementierung von SP 800-53 zusammen mit bestehenden Rahmenwerken wie NIST CSF, IEC 62443 und API 1164 in Betracht ziehen. In einer Welt, in der die Grenze zwischen physischen und cyber Bedrohungen weiterhin schwindet und verschwindet, ist die Annahme eines kontrollbasierten, standards-konformen Ansatzes nicht nur beste Praxis – es ist eine geschäftliche Notwendigkeit.

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