工控系统中PLC安全漏洞及控制流完整性研究

陈大伟，徐茹枝

(华北电力大学 控制与计算机工程学院,北京 102206)

随着网络与信息技术在工业控制系统中的广泛应用，针对工控系统的攻击行为也与日俱增，例如2000年澳大利亚的MaroochyShire排水系统受到攻击，导致800 000 L污水未经处理直接排放；2010年伊朗核电站遭受“震网”病毒攻击；2015年乌克兰电网遭受攻击而导致部分地区停电。这些严重的安全事故反映了保障工控系统安全的迫切性。

PLC(Programmable Logic Controller)在工业控制系统中扮演着重要的角色，其几乎可以控制工业过程中的所有关键要素，被认为是 “现代工业控制系统的大脑”。在工业环境下，未能及时且正确地执行一个或多个I/O操作可能导致工业过程的失败，从而导致不可接受的后果，所以确保PLC安全可靠运行至关重要。因此，对工业控制系统中PLC的安全漏洞和利用控制流完整性对PLC进行保护的研究具有重要意义。

1 PLC存在的安全漏洞

根据PLC设备的特点以及程序的执行流程和控制逻辑，PLC存在的安全漏洞被分为3种类型：固件修改漏洞、配置操作漏洞和控制流劫持漏洞[1]。

1.1 PLC的固件修改漏洞

PLC拥有以太网模块，且制造商也提供了升级或替换以太网卡的服务，但在大多数情况下，固件上传到现场设备的以太网卡时没有有效的安全保护机制，攻击者利用PLC的以太网模块上载恶意固件，实现对PLC的攻击[2]。PLC的固件提供了系统输入和物理输出之间的软件驱动接口，这使得攻击者在用户级就可以进行修改，利用PLC的固件更新执行恶意二进制代码[3]。……