近年来,信息化技术的迅速发展带来了工业生产模式的变革,使得传统工业控制系统(Industrial Control System,ICS)逐渐与信息技术融合,形成了具备互联网共享特性的工业控制网络(Industrial Control Network,ICN)。工业控制网络涉及军工、核电及水利等关键基础设施领域,一旦发生安全问题,不仅会使工业生产效率下降、工控设备部分功能丧失,甚至会引发爆炸等一系列无法逆转的灾难性后果,危害国家安全。目前,全球工业互联网安全事件频发,从21世纪初期到现在,已经发生了近2000起针对工业控制网络的攻击。例如Stuxnet事件中,黑客攻击了伊朗核电站,对核反应堆安全造成了严重威胁。因此,对工业控制网络安全的研究具有重要意义,针对工业控制网络进行有效的安全防护也成为了现阶段的研究热点。本文分析了现有的工业控制网络安全防护框架,提出了可满足多个优化目标的工业控制网络安全防护模型。在信息网络安全防护的理论基础上,结合了工业控制网络的特性,明确了工业控制网络安全防护的侧重点,构建了一个兼顾现场控制设备、功能和信息安全的纵深防护体系,即工业控制网络多安全目标防护模型。该模型进一步完善了工业控制网络安全防护的理论基础。为了获得最优的工业控制网络安全防护策略,本文基于多目标优化问题中的NSGAIII算法,针对其收敛性与解集多样性的不足,将选择性保留策略和极值保留策略应用到原NSGA-III算法中,提出了改进的NSGA-III算法,即r-NSGA-III算法。本文提出的rNSGA-III算法提高了解集多样性,同时具备良好收敛性与更快的收敛速度,通过与原始NSGA-III算法在公开数据集上的对比实验,证实了r-NSGA-III算法的优越性。为了验证所提出的r-NSGA-III算法的在实际应用中的有效性,本文对工业控制网络生产现场进行模拟仿真实验,运用r-NSGA-III算法,求解面向工业控制网络的最优安全防护决策,为工业控制网络多安全目标防护理论提供了应用实例。最后,对全文内容进行了总结,并对后续的研究工作进行了展望。