| 基于远程证明的可信Modbus/TCP协议研究 |
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| 引用本文： | 詹静,杨静. 基于远程证明的可信Modbus/TCP协议研究[J]. 四川大学学报(工程科学版), 2017, 49(1): 197-205 |
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| 作者姓名： | 詹静 杨静 |
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| 作者单位： | 北京工业大学 计算机学院, 北京 100124;可信计算北京市重点实验室, 北京 100124;信息安全等级保护关键技术国家工程实验室, 北京 100124;北京工业大学 计算机学院, 北京 100124 |
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| 基金项目： | 国家高技术研究发展计划资助项目（2015AA016002）；高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（20131103120001）；国家重点研发计划资助项目（2016YFB0800204） |
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| 摘 要： | 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。
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| 关 键 词： | 通信安全 安全协议 工业控制系统 Modbus/TCP 远程证明 |
| 收稿时间： | 2016-09-17 |
| 修稿时间： | 2016-12-23 |
Research on Remote Attestation-based Trusted Modbus/TCP Protocol |
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| ZHAN Jing and YANG Jing. Research on Remote Attestation-based Trusted Modbus/TCP Protocol[J]. Journal of Sichuan University (Engineering Science Edition), 2017, 49(1): 197-205 |
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| Authors: | ZHAN Jing and YANG Jing |
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| Affiliation: | College of Computer Sci., Beijing Univ. of Technol., Beijing 100124, China;Beijing Key Lab. of Trusted Computing, Beijing 100124, China;National Eng. Lab. for Critical Technologies of Info. Security Classified Protection, Beijing 100124, China;College of Computer Sci., Beijing Univ. of Technol., Beijing 100124, China |
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| Abstract: | |
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| Keywords: | communication security secure protocol industrial control system Modbus/TCP remote attestation |
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