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[15205] 2020-04-02_西门子S7系列PLC安全防护研究

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2020-04-02_西门子S7系列PLC安全防护研究 西 门 子 S 7 系 列 P L C 安 全 防 护 研 究 原 创   黄 一 1 1 3 5 3 0   F r e e B u f   2 0 2 0 - 0 4 - 0 2 近 年 来 ， 随 着 中 国 制 造 的 不 断 崛 起 ， 工 业 控 制 系 统 已 成 为 国 家 关 键 基 础 设 施 的 重 中 之 重 ， 工 控 系 统 的 安 全 问 题 近 年 来 ， 随 着 中 国 制 造 的 不 断 崛 起 ， 工 业 控 制 系 统 已 成 为 国 家 关 键 基 础 设 施 的 重 中 之 重 ， 工 控 系 统 的 安 全 问 题 也 随 之 而 来 。 工 控 产 品 的 多 样 化 ， 造 成 了 工 控 系 统 网 络 通 讯 协 议 不 同 ， 大 量 的 工 控 系 统 采 用 私 有 协 议 ， 从 而 导 也 随 之 而 来 。 工 控 产 品 的 多 样 化 ， 造 成 了 工 控 系 统 网 络 通 讯 协 议 不 同 ， 大 量 的 工 控 系 统 采 用 私 有 协 议 ， 从 而 导 致 协 议 存 在 缺 乏 认 证 、 功 能 码 滥 用 等 安 全 威 胁 ； 况 且 不 断 被 爆 出 的 工 控 产 品 漏 洞 ， 也 难 以 及 时 修 补 等 问 题 。 致 协 议 存 在 缺 乏 认 证 、 功 能 码 滥 用 等 安 全 威 胁 ； 况 且 不 断 被 爆 出 的 工 控 产 品 漏 洞 ， 也 难 以 及 时 修 补 等 问 题 。 当 然 这 些 安 全 威 胁 也 是 一 把 双 刃 剑 ， 促 使 工 控 安 全 行 业 也 得 到 了 蓬 勃 发 展 。 本 文 主 要 对 西 门 子 S 7 系 列 的 P L C 设 备 进 行 安 全 防 护 研 究 。 I C S ／ ／ O T 网 络 环 境 介 绍 网 络 环 境 介 绍 全 球 近 三 分 之 一 的 组 织 机 构 将 工 业 网 络 连 接 到 公 共 网 络 中 。 为 了 工 作 便 利 ， 工 作 人 员 通 常 可 远 程 操 作 ， 包 括 远 程 管 理 ， 软 件 更 新 ， 甚 至 浏 览 网 页 和 接 收 来 自 O T 网 络 的 电 子 邮 件 。 I T / O T 日 益 融 合 ， 虽 然 带 来 的 好 处 也 越 来 越 多 ， 促 进 了 对 当 前 控 制 系 统 更 为 有 效 的 运 营 和 管 理 二 者 之 间 的 融 合 可 延 长 系 统 的 正 常 运 行 时 间 ， 增 强 性 能 ， 而 且 还 能 提 高 质 量 和 生 产 力 。 但 是 I C S / O T 网 络 在 安 全 监 控 方 面 存 在 明 显 的 不 足 之 处 ， 并 没 有 积 极 的 收 集 和 监 控 流 量 ， 对 预 警 和 告 警 数 据 也 没 有 足 够 的 分 析 。 S 7 协 议 介 绍 协 议 介 绍 西 门 子 P L C 使 用 私 有 协 议 进 行 通 信 ， 它 是 利 用 T P K T 和 I S O 8 0 7 3 的 二 进 制 协 议 。 西 门 子 的 P L C 通 信 端 口 均 为 1 0 2 端 口 , 。 西 门 子 P L C 协 议 有 3 个 版 本 ， S 7 C o m m 协 议 ， 早 期 S 7 C o m m P l u s 协 议 和 最 新 的 S 7 C o m m P l u s 协 议 。 S 7 - 2 0 0 、 S 7 - 3 0 0 、 S 7 - 4 0 0 系 列 的 P L C 采 用 早 期 的 西 门 子 私 有 协 议 S 7 c o m m 进 行 通 信 。 该 协 议 不 像 S 7 C o m m - P l u s 那 样 具 有 加 密 功 能 ， 不 涉 及 任 何 反 重 放 攻 击 机 制 ， 可 以 被 攻 击 者 轻 易 利 用 。 具 体 协 议 结 构 如 下 图 所 示 ： S 7 - 1 2 0 0 v 3 . 0 之 间 通 信 采 用 早 期 S 7 C o m m - P l u s 协 议 ， S 7 - 1 2 0 0 v 4 . 0 、 S 7 - 1 5 0 0 系 列 采 用 了 最 新 的 S 7 C o m m - P l u s 协 议 ， 最 新 的 S 7 C o m m - P l u s 协 议 引 入 了 会 话 I D 来 防 止 重 放 攻 击 。 具 体 协 议 结 构 和 上 图 一 样 ， 只 有 第 七 层 为 S 7 c o m m - p l u s 。
S 7 编 程 软 件 编 程 软 件 S 7 2 0 0 和 S 7 2 0 0 - s m a r t   s t e p 7 比 较 独 特 ， 采 用 的 编 程 软 件 为 s t e p 7   M i c r o W I N 和 s t e p   7   M i c r o   w i n   s m a r t 。 S 7 3 0 0 / 4 0 0 / 1 2 0 0 / 1 5 0 0 普 遍 使 用 的 是 博 途 （ T i a   P o r t a l ） 。 T i a   P o r t a l 是 西 门 子 重 新 定 义 自 动 化 的 概 念 、 平 台 以 及 标 准 的 自 动 化 工 具 平 台 。 最 新 版 本 为 V 1 5 ， 增 强 了 S 7 系 列 P L C 和 W i n A C 控 制 器 的 支 持 ， 提 升 了 软 件 的 启 动 速 度 和 容 性 。 S 7 攻 击 利 用 攻 击 利 用 重 放 攻 击 ： 重 放 攻 击 ： 重 放 攻 击 （ R e p l a y   A t t a c k s ） 又 称 重 播 攻 击 、 回 放 攻 击 ， 是 指 攻 击 者 发 送 一 个 目 的 主 机 已 接 收 过 的 包 ， 来 达 到 欺 骗 系 统 的 目 的 ， 主 要 用 于 身 份 认 证 过 程 ， 破 坏 认 证 的 正 确 性 。 工 控 系 统 中 的 重 放 攻 击 ， 就 是 把 上 位 机 软 件 编 译 好 的 程 序 重 新 下 装 到 P L C 机 器 当 中 。 而 我 们 需 要 抓 包 截 取 的 就 是 从 开 始 连 接 到 结 束 连 接 这 一 段 的 数 据 包 ， 进 行 重 新 发 送 。 重 放 攻 击 网 上 大 家 讲 的 比 较 详 细 和 全 面 ， 这 里 我 就 不 再 累 述 了 ， 例 如 这 位 工 控 大 佬 的 h t t p s : / / w w w . f r e e b u f . c o m / a r t i c l e s / i c s - a r t i c l e s / 2 2 0 2 3 9 . h t m l ， 我 主 要 讲 一 下 工 控 系 列 的 中 间 人 攻 击 。 中 间 人 攻 击 ： 中 间 人 攻 击 ： 中 间 人 攻 击 （ M a n - i n - t h e - M i d d l e   A t t a c k ， 简 称 “ M I T M 攻 击 ” ） 是 一 种 间 接 的 入 侵 攻 击 ， 这 种 攻 击 模 式 是 通 过 各 种 技 术 手 段 将 受 入 侵 者 控 制 的 一 台 计 算 机 虚 拟 放 置 在 网 络 连 接 中 的 两 台 通 信 计 算 机 之 间 ， 这 台 计 算 机 就 称 为 “ 中 间 人 ” 。 中 间 人 攻 击 中 有 两 个 受 害 者 ， 中 间 人 对 他 俩 实 施 攻 击 ， 攻 击 结 果 是 A 和 B 的 传 输 内 容 ， 它 们 都 需 要 经 过 中 间 人 ， 但 是 两 人 （ A 和 B ） 却 不 知 道 。 聊 天 内 容 被 中 间 人 截 获 ， 如 果 截 获 信 息 有 用 户 名 和 密 码 ， 危 害 就 会 更 大 ， 而 且 中 间 人 攻 击 不 会 损 害 A 和 B 的 通 讯 。 工 控 中 间 人 攻 击 前 提 是 攻 击 者 与 P L C 设 备 在 同 一 网 段 内 ， 第 一 步 也 是 最 重 要 的 一 步 ， 进 行 A R P 地 址 欺 骗 来 进 行 流 量 劫 持 ， 正 常 情 况 下 ， P L C 设 备 之 间 是 互 相 不 通 信 的 ， 劫 持 的 流 量 大 概 率 是 P L C 和 上 位 机 之 间 的 或 者 是 触 摸 屏 与 P L C 之 间 的 。 然 后 通 过 截 取 的 流 量 进 行 一 系 列 的 分 析 ， 例 如 寻 找 P L C ， 因 为 西 门 子 的 P L C 通 信 端 口 均 为 1 0 2 端 口 ； 再 比 如 寻 找 到 之 后 通 过 获 取 c p u 信 息 的 数 据 包 对 P L C 的 类 型 进 行 判 断 ； 判 断 完 版 本 之 后 ， 可 以 继 续 模 拟 加 载 p a y l o a d ， 比 如 停 止 P L C 工 作 ， 读 取 内 存 等 。 近 期 C N V D 上 也 披 露 了 关 于 S 7 系 列 的 中 间 人 攻 击 ， 如 下 图 所 示 :
关 于 S 7 的 中 间 人 攻 击 的 预 防 ， 大 家 主 要 关 注 下 方 的 企 业 管 理 层 面 。 在 接 下 来 的 几 篇 文 章 ， 我 将 会 详 细 介 绍 中 间 攻 击 人 的 流 量 劫 持 ， 劫 持 后 的 流 量 分 析 与 P L C 设 备 的 探 测 ， 以 及 如 何 检 测 和 防 御 中 间 人 攻 击 ， 敬 请 期 待 哈 。 S 7 安 全 防 护 ： 安 全 防 护 ： 用 户 使 用 层 面 ： 用 户 使 用 层 面 ： 1 ) 利 用 E E P R O M 的 反 写 入 功 能 ， 及 一 些 需 要 设 置 的 内 存 保 持 功 能 ， 作 用 是 可 以 在 断 电 期 间 保 持 数 据 存 储 等 安 全 功 能 。 2 ) 无 论 是 在 博 途 软 件 ， 还 是 在 s t e p 7 软 件 上 ， 硬 件 组 态 界 面 的 C P U 模 块 均 有 p r o t e c t i o n 选 项 卡 可 以 选 择 保 护 级 别 来 设 置 密 码 进 行 口 令 保 护 （ 取 消 弱 口 令 ） ， 这 也 是 用 户 最 常 用 的 方 法 。 设 置 如 下 图 所 示 ：
3 ) 利 用 系 统 的 时 钟 功 能 ， 很 多 人 会 问 ， 这 个 功 能 有 什 么 用 和 安 全 有 啥 关 系 。 比 如 希 望 用 到 系 统 存 储 字 中 的 第 一 个 扫 描 周 期 来 复 位 参 数 ； 希 望 有 一 个 频 率 固 定 的 时 钟 脉 冲 来 进 行 通 信 或 控 制 警 报 灯 ； 希 望 某 段 程 序 仅 在 P L C 启 动 后 执 行 一 次 。 这 些 操 作 都 能 够 通 过 设 置 系 统 时 钟 来 实 现 ， 并 且 还 能 杜 绝 P L C 被 他 人 利 用 的 安 全 威 胁 。 设 置 如 下 图 所 示 ： 4 ) 利 用 系 统 提 供 的 累 时 器 功 能 ， 和 系 统 的 时 钟 功 能 类 似 ， 不 加 累 述 。 企 业 管 理 层 面 ： 企 业 管 理 层 面 ： 1 ) 在 内 网 中 ， 只 有 可 信 任 的 设 备 ， 才 能 接 入 工 控 系 统 网 络 ， 并 且 需 要 进 行 身 份 认 证 ， 确 保 登 陆 者 也 是 可 信 任 者 ， 规 定 使 用 加 密 U 盘 等 。 这 是 防 御 中 间 人 攻 击 的 重 要 手 段 之 一 。 2 ) 工 业 控 制 系 统 产 品 漏 洞 ， 因 软 、 硬 件 更 新 、 升 级 、 换 代 困 难 ， 漏 洞 不 能 得 到 及 时 修 补 ， 所 以 企 业 要 定 期 对 工 控 系 统 进 行 漏 洞 扫 描 ， 即 时 复 现 与 修 补 漏 洞 。 3 ) 内 部 使 用 专 业 的 工 控 网 络 数 据 采 集 与 监 控 系 统 （ S C A D A ） ， 能 即 时 检 测 出 异 常 流 量 ， 如 两 个 i p 之 间 无 通 信 ， 突 然 之 间 有 S 7 通 信 可 进 行 报 警 ， 甚 至 可 以 对 异 常 突 兀 的 f u n c t i o n   c o d e 功 能 码 进 行 识 别 检 测 。 4 ) 若 工 控 系 统 部 分 组 件 不 可 避 免 的 需 要 与 公 网 通 信 ， 做 好 网 络 隔 离 ， 部 署 工 业 控 制 网 络 监 测 与 审 计 设 备 。 5 ) 对 需 要 远 程 访 问 的 工 控 系 统 增 加 白 名 单 的 控 制 策 略 , 仅 开 放 需 要 的 端 口 地 址 ， 如 关 闭 T e l n e t 等 不 必 要 端 口 。 6 ) 建 立 灾 备 中 心 ， 提 供 重 要 数 据 的 本 地 数 据 备 份 与 恢 复 功 能 ， 定 期 备 份 重 要 业 务 信 息 、 系 统 数 据 及 软 件 系 统 等 。 开 发 层 面 ： 开 发 层 面 ： 1 ) 建 议 采 用 多 重 背 景 的 数 据 传 递 方 式 ， 多 重 背 景 即 创 建 一 个 更 高 级 别 的 功 能 块 ， 有 利 于 节 省 D B 块 的 定 义 、 分 配 和 管 理 ， 简 化 了 项 目 结 构 ， 提 高 项 目 安 全 性 。
2 ) 使 用 间 接 寻 址 ， 只 有 当 程 序 执 行 时 ， 用 于 读 或 写 数 值 的 地 址 才 得 以 确 定 ， 能 提 高 其 安 全 性 。 3 ) 使 用 面 板 类 型 的 人 机 界 面 来 代 替 单 一 的 按 钮 指 示 灯 。 从 S 7 - 1 2 0 0 开 始 大 规 模 使 用 H M I 触 摸 屏 也 是 能 够 更 好 的 提 高 安 全 性 。 S t e p 7   B a s i c 针 对 于 西 门 子 最 新 的 S 7 - 1 2 0 0 系 列 的 编 程 软 件 ， 其 中 可 以 包 含 S 7 - 1 2 0 0 专 用 的 触 摸 屏 进 行 组 态 。 4 ) 模 块 和 驱 动 最 好 都 能 由 P L C 通 过 软 件 下 载 ， 可 以 降 低 最 终 用 户 维 护 系 统 的 技 术 要 求 和 提 高 安 全 性 。 总 结 总 结 随 着 工 控 系 统 的 组 态 和 编 程 ， 数 据 管 理 和 通 讯 ， 自 动 化 与 驱 动 产 品 ( 包 括 P L C 控 制 器 、 H M I 人 机 界 面 、 网 络 、 驱 动 器 等 产 品 ) 的 高 度 集 成 ， 且 大 家 对 工 控 安 全 的 重 视 程 度 越 来 越 高 ， 攻 击 利 用 的 难 度 也 就 越 来 越 大 ， 甚 至 趋 向 多 元 化 ， 当 然 就 更 难 以 被 发 现 ， 所 以 工 控 安 全 之 路 任 重 而 道 远 。
本 文 主 要 是 针 对 目 前 工 控 系 统 的 西 门 子 S 7 系 列 P L C 设 备 使 用 情 况 ， 结 合 平 时 自 己 的 工 作 总 结 和 前 辈 们 的 经 验 ， 进 行 一 个 安 全 防 护 汇 总 ， 欢 迎 大 家 继 续 补 充 安 全 防 护 措 施 。 当 然 其 中 一 部 分 攻 击 利 用 和 安 全 防 护 建 议 也 对 其 他 类 型 的 工 业 P L C 有 用 ， 大 家 可 以 酌 情 使 用 哈 。 参 考 及 感 谢 ： h t t p s : / / w w w . f r e e b u f . c o m / c o l u m n / 2 2 4 8 3 0 . h t m l h t t p s : / / w w w . f r e e b u f . c o m / c o l u m n / 1 9 9 6 4 6 . h t m l h t t p : / / w w w . 2 2 p l c . c o m / x u e x i / x i m e n z i / 8 3 9 . h t m l * 本 文 原 创 作 者 ： 黄 一 本 文 原 创 作 者 ： 黄 一 1 1 3 5 3 0 ， 本 文 属 于 ， 本 文 属 于 F r e e B u f 原 创 奖 励 计 划 ， 未 经 许 可 禁 止 转 载 原 创 奖 励 计 划 ， 未 经 许 可 禁 止 转 载 精 彩 推 荐 精 彩 推 荐
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