工业控制网络Modbus TCP协议深度包检测技术研究与实现

发布时间：2017-08-11 09:01

  本文关键词：工业控制网络Modbus TCP协议深度包检测技术研究与实现

  更多相关文章： 工业控制系统 Modbus TCP 深度包检测 异常检测 Netfliter

【摘要】：随着信息化程度不断推进,工业控制系统的开放性越来越强,其信息安全也越来越受到人们的关注。Modbus TCP是应用在工业控制系统的典型协议,但是由于Modbus TCP协议本身的脆弱性,对于应用Modbus TCP协议的工业控制系统的防护就显得格外重要。本文针对Modbus TCP协议存在的安全缺陷,应用深度包检测技术对Modbus TCP协议进行链路层到应用层的全面检测,设计了深度包过滤模型和异常检测方法。其中深度包检测模型基于白名单模式,提供了mac地址、IP地址、端口、协议标识符、功能码、设备标识符、数据地址和数据内容等规则选项,白名单内的规则可根据用户需求自行配置。进一步的深度检测采用异常检测的方法,选取功能码与线圈或寄存器的起始地址作为特征,通过统计总结Modbus通信时的流量特征规律,基于SVM算法建立异常检测模型,并对该模型进行了仿真。本文还针对Modbus双向通信这一机制,选取请求与响应数据包中的功能码,对功能码进行双向检测,基于神经网络算法建立异常检测模型,发现通信中的异常。在本文的最后,通过扩展Linux系统中的Netfliter/iptables防火墙框架,实现Modbus TCP协议的深度包检测与过滤,并且对基于SVM的功能码与起始地址的异常检测、基于神经网络的功能码双向通信异常检测,分别进行了实现与验证,证明了有效性。
【关键词】：工业控制系统 Modbus TCP 深度包检测 异常检测 Netfliter
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP393.08;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 研究工作的背景与意义9-10
• 1.2 工控网络分析10-12
• 1.3 Modbus TCP协议分析12-18
• 1.3.1 Modbus TCP协议12-16
• 1.3.2 Modbus TCP安全性分析16-18
• 1.4 Modbus TCP深度检测研究现状18-20
• 1.5 本文防护方案20-22
• 1.6 本文内容安排22-23
• 第二章 基于SVM的MODBUS TCP深度包检测23-40
• 2.1 深度包检测技术23-24
• 2.2 Modbus TCP深度包解析24-28
• 2.3 Modbus TCP深度包过滤28-31
• 2.4 基于SVM的异常检测31-39
• 2.4.1 特征选取31-32
• 2.4.2 数据预处理32-34
• 2.4.3 基于SVM的异常检测模型34-36
• 2.4.4 SVM模型仿真36-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第三章 基于神经网络的MODBUS TCP异常检测40-55
• 3.1 Modbus TCP特征40-41
• 3.2 功能码双向通信的异常检测41-46
• 3.2.1 功能码双向检测设计43-44
• 3.2.2 异常检测模型44-46
• 3.3 神经网络检测模型46-50
• 3.4 功能码双向检测仿真50-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 MODBUS TCP检测的实现与验证55-72
• 4.1 技术方案55-59
• 4.2 深度包过滤实现与验证59-66
• 4.2.1 深度包过滤的实现59-62
• 4.2.2 验证分析62-66
• 4.3 SVM异常检测实现与验证66-68
• 4.3.1 SVM模型的实现66-67
• 4.3.2 验证分析67-68
• 4.4 神经网络异常检测实现与验证68-71
• 4.4.1 BP模型的实现68-70
• 4.4.2 验证分析70-71
• 4.5 本章小结71-72
• 第五章 全文总结与展望72-74
• 5.1 全文总结72
• 5.2 后续工作展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-78
• 硕士期间取得的成果78-79

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本文编号：655222