由于工业控制系统(industrial control system,ICS)系统中的通信协议在设计之初很少考虑安全性,传统的ICS网络专用协议很容易遭到来自TCP/IP网络的远程攻击。本文通过增加可信硬件,结合远程证明方法设计了一种新的可信Modbus/TCP通信协...由于工业控制系统(industrial control system,ICS)系统中的通信协议在设计之初很少考虑安全性,传统的ICS网络专用协议很容易遭到来自TCP/IP网络的远程攻击。本文通过增加可信硬件,结合远程证明方法设计了一种新的可信Modbus/TCP通信协议,提高使用专用通信协议的ICS网络安全性。修改了ICS网络中现场设备和控制设备中原有Modbus/TCP通信栈以达到双向认证的目的。利用远程证明方法基于白名单对Modbus/TCP客户机、服务器双方身份和安全状态信息进行认证。这些信息的更新由在线的证明服务器维护并推送给现场设备以减轻通信负担。协议数据通过2种方式受到保护:一是,通信过程中的消息认证密钥由可信硬件保护,只有拥有可信硬件绑定密钥的合法设备才能解密,保证通信数据无法在不被发现的情况下被篡改;二是,加密协议的敏感操作信息的密钥也受到可信硬件的保护。目前,还没有其他公开文献将可信组件引入Modbus/TCP通信环境中以保证其安全性。提出的可信Modbus/TCP协议具备完整性、可认证性、新鲜性和机密性4个安全属性。协议由HLPSL语言描述,使用SPAN工具验证,未发现可被攻击者利用的入侵路径。协议性能消耗最大的是认证子协议密码相关功能,但该消耗仅存在于首次通信前和周期性验证失败后。若采用针对ICS环境优化后的专用可信硬件,替代本文使用的通用可信硬件,相关开销将大幅降低。因协议字段的增加造成通信开销较小,仅为μs级。提出的可信Modbus/TCP协议能够满足ICS正常业务性能要求,既能防范非法通信实体,又能防范原本合法但因系统被篡改后不再可信的通信实体对协议通信发起的攻击。展开更多
为解决日趋严重的工业控制系统(industrial control system,ICS)信息安全问题,提出一种针对工业控制网络的非参数累积和(cumulative sum,CUSUM)入侵检测方法.利用ICS输入决定输出的特性,建立ICS的数学模型预测系统的输出,一旦控制系统...为解决日趋严重的工业控制系统(industrial control system,ICS)信息安全问题,提出一种针对工业控制网络的非参数累积和(cumulative sum,CUSUM)入侵检测方法.利用ICS输入决定输出的特性,建立ICS的数学模型预测系统的输出,一旦控制系统的传感器遭受攻击,实际输出信号将发生改变.在每个时刻,计算工业控制模型的预测输出与传感器测量信号的差值,形成基于时间的统计序列,采用非参数CUSUM算法,实现在线检测入侵并报警.仿真检测实验证明,该方法具有良好的实时性和低误报率.选择适当的非参数CUSUM算法参数τ和β,该入侵检测方法不但能在攻击对控制系统造成实质伤害前检测出攻击,还对监测ICS中的误操作有一定帮助.展开更多
文摘由于工业控制系统(industrial control system,ICS)系统中的通信协议在设计之初很少考虑安全性,传统的ICS网络专用协议很容易遭到来自TCP/IP网络的远程攻击。本文通过增加可信硬件,结合远程证明方法设计了一种新的可信Modbus/TCP通信协议,提高使用专用通信协议的ICS网络安全性。修改了ICS网络中现场设备和控制设备中原有Modbus/TCP通信栈以达到双向认证的目的。利用远程证明方法基于白名单对Modbus/TCP客户机、服务器双方身份和安全状态信息进行认证。这些信息的更新由在线的证明服务器维护并推送给现场设备以减轻通信负担。协议数据通过2种方式受到保护:一是,通信过程中的消息认证密钥由可信硬件保护,只有拥有可信硬件绑定密钥的合法设备才能解密,保证通信数据无法在不被发现的情况下被篡改;二是,加密协议的敏感操作信息的密钥也受到可信硬件的保护。目前,还没有其他公开文献将可信组件引入Modbus/TCP通信环境中以保证其安全性。提出的可信Modbus/TCP协议具备完整性、可认证性、新鲜性和机密性4个安全属性。协议由HLPSL语言描述,使用SPAN工具验证,未发现可被攻击者利用的入侵路径。协议性能消耗最大的是认证子协议密码相关功能,但该消耗仅存在于首次通信前和周期性验证失败后。若采用针对ICS环境优化后的专用可信硬件,替代本文使用的通用可信硬件,相关开销将大幅降低。因协议字段的增加造成通信开销较小,仅为μs级。提出的可信Modbus/TCP协议能够满足ICS正常业务性能要求,既能防范非法通信实体,又能防范原本合法但因系统被篡改后不再可信的通信实体对协议通信发起的攻击。
文摘为解决日趋严重的工业控制系统(industrial control system,ICS)信息安全问题,提出一种针对工业控制网络的非参数累积和(cumulative sum,CUSUM)入侵检测方法.利用ICS输入决定输出的特性,建立ICS的数学模型预测系统的输出,一旦控制系统的传感器遭受攻击,实际输出信号将发生改变.在每个时刻,计算工业控制模型的预测输出与传感器测量信号的差值,形成基于时间的统计序列,采用非参数CUSUM算法,实现在线检测入侵并报警.仿真检测实验证明,该方法具有良好的实时性和低误报率.选择适当的非参数CUSUM算法参数τ和β,该入侵检测方法不但能在攻击对控制系统造成实质伤害前检测出攻击,还对监测ICS中的误操作有一定帮助.
