一种分层递阶智能控制系统中的信息安全研究
发布时间：2021-09-09 10:35
随着信息时代的来临,工业控制领域取得了飞速的发展,工业设备通过总线网络相互连接,部署相对分散。由于总线协议缺乏足够的安全性,导致入侵者利用总线协议的信息安全隐患攻击系统。因此现场总线协议的信息安全研究对于工业领域信息安全防护有着重要意义。本文从理论和实践出发,对工业控制系统中常用的几种现场总线,即Modbus/RTU、CAN、EtherCAT总线进行研究与分析,首先采用Petri网形式化建模的方法分别对上述总线进行建模与分析,同时利用可达性分析方法对模型的有界性、可逆性、活性等性质进行了分析与验证,确保模型的正确性。针对目前总线协议可能存在的隐患,采用Petri网模型对攻击行为进行形式化描述。实验部分采用Modbus/RTU、CAN、EtherCAT几种现场总线,搭建了一种分层递阶智能控制系统来模拟实际的工业控制场景,将系统分成决策层、控制层、执行层,实现了每一层之间的通信与上下层之间的通信。为了模拟攻击者的行为进行了几种攻击实验,包括洪泛攻击、窃听盗取数据帧、中间人攻击等攻击方式,扰乱系统的正常运行进行,并记录实验效果。最后设计了一种总线监控系统,以CAN总线为监控对象,该系统可以根...
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２西门子信息安全实验室的安全测试平台??
统的非法操作导致设备出现故障，同时可以防护入侵者访问扰乱系统正常运行。??１．４论文的组织架构??本文主要分成六个章节，论文架构图如图１－１所示，每章内容详细介绍如下：??第一章：主要调研工业信息安全研究背景与国内外信息安全技术的研究现状。??第二章：用Ｐｅｔｒｉ网的建模方法，针对三种现场总线（Ｍｏｄｂｕｓ，?ＣＡＮ，?ＥｔｈｅｒＣＡＴ）??进行了形式化建模，在ＣＰＮＴｏｏｌｓ环境下模拟仿真总线的运行机制，用Ｐｅｔｒｉ网的??可达性分析法对几种模型的有界性、安全性、活性等性质进行了分析，验证了几??种总线模型的正确性。??第三章：归纳并总结出总线协议的信息安全隐患，用Ｐｅｔｒｉ网描述主／从站节??点攻击、重放攻击、中间人攻击、洪泛攻击等攻击过程，最后对本次课题的通讯??系统进行Ｐｅｔｒｉ网建模，并根据模型分析系统节点的安全状态。??第四章：采用Ｍｏｄｂｕｓ／ＲＴＵ、ＣＡＮ、ＥｔｈｅｒＣＡＴ几种现场总线，搭建了一种分??层递阶智能控制系统
杂的模型结构一般都由基本结构组成，基本流程结构包括顺序、循、冲突等结构。这几种基本结构都可以等效成Ｐｅｔｒｉ网模型，如图ｅｔｒｉ网建基本流程结构图。??—＞Ｑ——＞Ｑ—＞（＾Ｐ３＾）??（ａ）顺序结构??（ｂ）选择结构?（ｃ）循环结构??￣￣ＫＥ）??？Ｃ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于EtherCAT和TwinCAT的微创手术机器人[J]. 王涛,潘博,付宜利,王树国. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(12)
[2]EtherCAT无线网关设计与实现[J]. 钱秋阳,曹广忠,彭业萍,钟祥永. 自动化仪表. 2018(12)
[3]我国工业控制信息安全现状及其对策探析[J]. 张建晓. 信息与电脑(理论版). 2018(22)
[4]EtherCAT:剑指落地 面向未来[J]. 陆梨. 今日制造与升级. 2018(S1)
[5]高温气冷堆核电站计算机化规程流程的建模和验证[J]. 徐晓娜,黄晓津. 清华大学学报(自然科学版). 2018(07)
[6]一种基于Petri网模型的配电网故障恢复算法[J]. 王长瑞,刘军娜,杨琨,李烨,李绥荣. 电测与仪表. 2018(13)
[7]基于WannaCry病毒对医疗信息系统攻击防范探究[J]. 唐益龙,李兴智. 临床医药文献电子杂志. 2018(54)
[8]Model Predictive Control for Discrete and Continuous Timed Petri Nets[J]. Marwa Taleb,Edouard Leclercq,Dimitri Lefebvre. International Journal of Automation and Computing. 2018(01)
[9]2018年工控安全发展趋势[J]. 吴德福. 计算机与网络. 2018(02)
[10]工业控制系统信息安全实验平台设计[J]. 辛晓帅,刘灿成,邓力. 实验室研究与探索. 2016(12)
硕士论文
[1]基于Petri网的离散事件系统建模与优化[D]. 李扬.华北电力大学(北京) 2017
[2]工业控制系统信息安全半实物仿真实验平台设计与实现[D]. 周晓敏.华中科技大学 2015
[3]工业控制系统脆弱性分析与建模研究[D]. 凌从礼.浙江大学 2013
[4]以太网与CAN总线的DSPN建模与性能分析[D]. 朱宏立.天津大学 2004
本文编号：3391939
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２西门子信息安全实验室的安全测试平台??
统的非法操作导致设备出现故障，同时可以防护入侵者访问扰乱系统正常运行。??１．４论文的组织架构??本文主要分成六个章节，论文架构图如图１－１所示，每章内容详细介绍如下：??第一章：主要调研工业信息安全研究背景与国内外信息安全技术的研究现状。??第二章：用Ｐｅｔｒｉ网的建模方法，针对三种现场总线（Ｍｏｄｂｕｓ，?ＣＡＮ，?ＥｔｈｅｒＣＡＴ）??进行了形式化建模，在ＣＰＮＴｏｏｌｓ环境下模拟仿真总线的运行机制，用Ｐｅｔｒｉ网的??可达性分析法对几种模型的有界性、安全性、活性等性质进行了分析，验证了几??种总线模型的正确性。??第三章：归纳并总结出总线协议的信息安全隐患，用Ｐｅｔｒｉ网描述主／从站节??点攻击、重放攻击、中间人攻击、洪泛攻击等攻击过程，最后对本次课题的通讯??系统进行Ｐｅｔｒｉ网建模，并根据模型分析系统节点的安全状态。??第四章：采用Ｍｏｄｂｕｓ／ＲＴＵ、ＣＡＮ、ＥｔｈｅｒＣＡＴ几种现场总线，搭建了一种分??层递阶智能控制系统
杂的模型结构一般都由基本结构组成，基本流程结构包括顺序、循、冲突等结构。这几种基本结构都可以等效成Ｐｅｔｒｉ网模型，如图ｅｔｒｉ网建基本流程结构图。??—＞Ｑ——＞Ｑ—＞（＾Ｐ３＾）??（ａ）顺序结构??（ｂ）选择结构?（ｃ）循环结构??￣￣ＫＥ）??？Ｃ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于EtherCAT和TwinCAT的微创手术机器人[J]. 王涛,潘博,付宜利,王树国. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(12)
[2]EtherCAT无线网关设计与实现[J]. 钱秋阳,曹广忠,彭业萍,钟祥永. 自动化仪表. 2018(12)
[3]我国工业控制信息安全现状及其对策探析[J]. 张建晓. 信息与电脑(理论版). 2018(22)
[4]EtherCAT:剑指落地 面向未来[J]. 陆梨. 今日制造与升级. 2018(S1)
[5]高温气冷堆核电站计算机化规程流程的建模和验证[J]. 徐晓娜,黄晓津. 清华大学学报(自然科学版). 2018(07)
[6]一种基于Petri网模型的配电网故障恢复算法[J]. 王长瑞,刘军娜,杨琨,李烨,李绥荣. 电测与仪表. 2018(13)
[7]基于WannaCry病毒对医疗信息系统攻击防范探究[J]. 唐益龙,李兴智. 临床医药文献电子杂志. 2018(54)
[8]Model Predictive Control for Discrete and Continuous Timed Petri Nets[J]. Marwa Taleb,Edouard Leclercq,Dimitri Lefebvre. International Journal of Automation and Computing. 2018(01)
[9]2018年工控安全发展趋势[J]. 吴德福. 计算机与网络. 2018(02)
[10]工业控制系统信息安全实验平台设计[J]. 辛晓帅,刘灿成,邓力. 实验室研究与探索. 2016(12)
硕士论文
[1]基于Petri网的离散事件系统建模与优化[D]. 李扬.华北电力大学(北京) 2017
[2]工业控制系统信息安全半实物仿真实验平台设计与实现[D]. 周晓敏.华中科技大学 2015
[3]工业控制系统脆弱性分析与建模研究[D]. 凌从礼.浙江大学 2013
[4]以太网与CAN总线的DSPN建模与性能分析[D]. 朱宏立.天津大学 2004
本文编号：3391939
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