检索结果-内蒙古大学图书馆

中国电力 2024年第9期57卷 53-60页

作者：何涂哲秋徐子东车欣张镇勇省部共建公共大数据国家重点实验室(贵州大学计算机科学与技术学院) 贵州贵阳550025 浙江大学控制科学与工程学院浙江杭州310027

分布式电源(distributed resources,DR)中智能边缘设备数据传输的安全问题为电力系统带来了安全隐患。modbus tcp(transmission control protocol)协议作为边缘设备采用的通信手段之一,其协议安全性的不足使得系统易遭到网络空间的攻击... 详细信息

分布式电源(distributed resources,DR)中智能边缘设备数据传输的安全问题为电力系统带来了安全隐患。modbus tcp(transmission control protocol)协议作为边缘设备采用的通信手段之一,其协议安全性的不足使得系统易遭到网络空间的攻击。为保障电力设备数据传输安全,对现有安全手段进行整理,分析现有安全手段在DR应用场景下的不足,提出一种非侵入式modbus tcp协议安全增强方法。该方法采用云边协同的架构,利用电力控制中心云平台管理访问控制原则,将实际访问控制决策模块部署在边缘设备,并通过细粒度的访问控制组合限制恶意行为。依据modbus协议参考指南,搭建DR应用场景进行渗透测试,验证该方法能有效防御重放攻击和中间人攻击,可将安全开销控制在百微秒以内,显著优于其他安全手段,满足DR对实时性的需求。

关键词： modbus tcp协议协议安全分布式电源访问控制

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基于流加密的轻量级modbus tcp协议安全研究

基于流加密的轻量级Modbus TCP协议安全研究

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作者：衣孚民齐鲁工业大学

学位级别：硕士

随着工业物联网的不断发展和应用,工业控制系统的普及程度与重要性越来越高。工业控制系统与外界的联系也日益频繁。因此,工业控制系统面临着来自黑客、病毒、恶意软件等的严重安全威胁。这些攻击造成的后果非常严重,如生产线瘫痪、机... 详细信息

随着工业物联网的不断发展和应用,工业控制系统的普及程度与重要性越来越高。工业控制系统与外界的联系也日益频繁。因此,工业控制系统面临着来自黑客、病毒、恶意软件等的严重安全威胁。这些攻击造成的后果非常严重,如生产线瘫痪、机密信息泄露等。但大部分工业协议缺乏安全措施,容易受到黑客攻击。广泛应用于工业控制系统中的modbus tcp协议,其安全性问题引起了广泛关注。本文的主要工作如下:第一,为解决modbus tcp协议没有任何安全机制,容易遭受黑客攻击的问题,文章提出了一种新的modbus tcp协议信息安全模型,并根据该模型实现了一种安安全的modbus tcp-S协议。针对modbus tcp协议存在的缺乏认证、数据机密性、完整性保护、防重放攻击以及授权访问控制五个安全问题,该模型使用改进的超轻量级流密码算法、交换机端口安全技术、HMAC算法、计数器以及白名单等技术,提供了身份认证、完整性保护、机密性保护、防重放和授权访问控制等安全机制。实验表明,该模型有效地保护了modbus tcp协议并且满足工业控制系统的可用性的要求。第二,为解决modbus tcp协议加入安全机制后,存在较大的通信延迟,不满足工业控制系统可用性的问题。文章设计了一种基于Salsa20算法的超轻量级流密码算法,并将该算法嵌入到modbus tcp协议信息安全防护模型的密码模块中。针对modbus tcp协议短消息的特点,该算法缩减了密码矩阵大小,减少密钥流生成的大小。同时,算法重新设计了列变换与行变换所涉及的基本函数并引入了置换操作,增强算法每一轮的扩散和混淆程度。由于扩散和混淆程度增强,算法适当降低了轮数,目的是提高密钥流的生成速度。结果表明,该算法相比Salsa20流密码具有更高地密钥流生成速度,为加入安全机制后的modbus tcp协议降低通信延迟提供了一定的支撑。第三,为解决修改后的modbus tcp协议无法直接应用于工业控制系统的低端设备的问题,本文通过引入Open PLC软件给出了一种解决方案。本文修改Open PLC种的modbus tcp源文件,可以将修改后的modbus tcp协议直接下载到PLC中。并基于Open PLC软件和Libmodbus库实现了安全的工业控制系统。本文对modbus tcp协议进行深入研究,通过上述三种解决方法为modbus tcp协议存在的安全问题提供了一定的思路,为modbus tcp协议提供一定的安全防护能力。

关键词： modbus tcp协议超轻量级流密码算法 OpenPLC Libmodbus

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基于LwIP和modbus tcp协议的网络控制器设计

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自动化与仪表 2023年第2期38卷 19-24页

作者：史先传殷帅许议元常州大学机械与轨道交通学院常州213164

为了实现对终端设备的网络远程控制和监测,该文设计了一款基于LwIP和modbus tcp协议的网络控制器。该控制器以STM32F107RCT6和LAN9303芯片为核心,设计出了网络通信电路、网口电路、A/D采样电路、光耦隔离电路和IO口电路。软件设计主要... 详细信息

为了实现对终端设备的网络远程控制和监测,该文设计了一款基于LwIP和modbus tcp协议的网络控制器。该控制器以STM32F107RCT6和LAN9303芯片为核心,设计出了网络通信电路、网口电路、A/D采样电路、光耦隔离电路和IO口电路。软件设计主要完成了LwIP协议栈的移植、modbus tcp协议程序和其他控制程序的编写。经过测试,所设计的网络控制器在对设备进行远程控制和监测时具有数据传输可靠、通讯稳定和实时性好的优点,能满足工厂使用。

关键词： LwIP协议 modbus tcp协议 STM32F107RCT6 LAN9303 网络控制

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基于modbus tcp协议的计算机与PLC的通信

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工业控制计算机 2024年第11期37卷 34-36页

作者：吕琳王凤杰莱芜职业技术学院山东济南271100

简要介绍了modbus tcp协议。研究了基于modbus tcp协议实现上位机和PLC通信的方法。PLC选用台达DVP-12SE型机,上位机采用Visual C++6.0编程,向PLC发送modbus tcp命令,与PLC进行信息交换。给出端口初始化、发送数据和接收数据等各部分程... 详细信息

简要介绍了modbus tcp协议。研究了基于modbus tcp协议实现上位机和PLC通信的方法。PLC选用台达DVP-12SE型机,上位机采用Visual C++6.0编程,向PLC发送modbus tcp命令,与PLC进行信息交换。给出端口初始化、发送数据和接收数据等各部分程序代码。该方法为进一步开发PLC监控系统提供了有价值的参考。

关键词： VC++ PLC modbus tcp协议以太网通信

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基于LSTM的modbus tcp协议模糊测试优化方法

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沈阳理工大学学报 2023年第5期42卷 18-22页

作者：史昌明冯永新赵运弢沈阳理工大学信息科学与工程学院沈阳110159

针对工控系统传输协议模糊测试的路径爆炸和约束求解问题,提出一种基于长短时记忆(LSTM)网络的modbus tcp协议模糊测试优化方法,挖掘出两种工控协议漏洞,分别为非法写入漏洞和数据值边界漏洞。抓取模糊测试数据包形成数据集,并根据状态... 详细信息

针对工控系统传输协议模糊测试的路径爆炸和约束求解问题,提出一种基于长短时记忆(LSTM)网络的modbus tcp协议模糊测试优化方法,挖掘出两种工控协议漏洞,分别为非法写入漏洞和数据值边界漏洞。抓取模糊测试数据包形成数据集,并根据状态码将其分为正常用例、异常用例和无效用例三种,通过LSTM识别出无效用例并剔除,提高漏洞挖掘效率。实验结果表明,LSTM识别模糊测试数据集的准确率达到93.87%,经过LSTM优化后的测试用例通过率从30.75%提升至33.99%。

关键词：工控系统漏洞挖掘 modbus tcp协议模糊测试长短时记忆网络

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基于移动机器人的电缆管沟安全巡检系统设计

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自动化与仪表 2025年第1期40卷 28-31,35页

作者：赵超徐世许宋涛明立堂山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂青岛266100 青岛大学自动化学院青岛266071 山东中烟工业有限责任公司济南250014

工厂地下管沟的供电电缆经过长久使用,会出现过热等安全隐患。地下管沟通常半封闭,容易产生有毒有害气体,且空间狭窄,巡检人员难以进入。采用移动机器人替代人工进行电缆管沟安全巡检,可以及时、有效、准确地发现问题,具有人工巡检无法... 详细信息

工厂地下管沟的供电电缆经过长久使用,会出现过热等安全隐患。地下管沟通常半封闭,容易产生有毒有害气体,且空间狭窄,巡检人员难以进入。采用移动机器人替代人工进行电缆管沟安全巡检,可以及时、有效、准确地发现问题,具有人工巡检无法比拟的优越性。该文设计了基于移动机器人的电缆管沟安全巡检系统,以移动机器人为主体,搭载温湿度、有毒有害气体传感器,以及双光红外热像仪,形成一款适合狭窄管道运行的巡检机器人,对电缆管沟进行巡检,将地下管沟内部的温湿度、有毒有害气体浓度等环境参数,以及布设在管沟内壁上的电缆温度、可见光和红外视频上传至上位机平台。该系统满足电缆管沟安全巡检的功能要求,具有较大的实用价值。

关键词：安全巡检传感器 modbus tcp协议上位机平台

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基于反样本的工控网络协议漏洞挖掘方法研究

基于反样本的工控网络协议漏洞挖掘方法研究

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作者：高慧娟北京工业大学

学位级别：硕士

随着计算机网络技术的快速发展,工业化与信息化的深度融合,物联网技术的迅速推进,工业控制系统(Industrial Control System,ICS)已经成为国家关键基础设施领域的核心控制系统。而目前,我国绝大多数的ICS没有任何防护措施,暴露在外,面临... 详细信息

随着计算机网络技术的快速发展,工业化与信息化的深度融合,物联网技术的迅速推进,工业控制系统(Industrial Control System,ICS)已经成为国家关键基础设施领域的核心控制系统。而目前,我国绝大多数的ICS没有任何防护措施,暴露在外,面临着巨大的安全风险。因此,构造一种高效的工控网络协议的漏洞挖掘方法是重中之重的。modbus tcp协议广泛应用于ICS中,并且传统的modbus tcp协议漏洞挖掘方法中出现低接收率和低漏洞挖掘能力的问题,因此,以modbus tcp协议作为漏洞挖掘对象,考虑modbus tcp协议中的深度依赖性与循环神经网络模型时序性的特点,提出基于反样本的工控网络协议漏洞挖掘方法。主要研究工作分为三部分:(1)为了表示寄存器中各数据值的规律,提出基于循环神经网络(Recurrent Neural Network,RNN)的概率分布矩阵。modbus tcp协议中包含要访问工控设备的寄存器地址字段,字段中的数据值表示各寄存器所要工控设备执行的具体操作。因此,构建循环神经网络学习协议数据单元的语义,Softmax函数输出各个寄存器中数据值的概率分布矩阵。这样,有助于RNN理解每个寄存器中经常出现的数据值与不经常出现的数据值,从而利于反样本算法生成测试用例。(2)为了增加发现未知漏洞的可能性,提出基于反样本算法的生成策略。modbus tcp协议中,不同的寄存器地址代表不同的含义,每一个寄存器都有具体的数据值。其中,经常出现的数据值表示已经多次访问,发现新漏洞的可能性极低,而不经常出现的数据值却具有更好的漏洞挖掘能力。因此,概率分布矩阵中最大的概率所对应的数据值为经常出现的数据值,而最小的概率所对应的数据值为不经常出现的数据值。每生成一个概率矩阵,均生成一个随机可变阈值,比较随机可变阈值与最大概率的关系,依据比较结果决定是否选择经常出现的数据值生成测试用例。同时,为了判断生成的测试用例是否挖掘出漏洞,监控工控设备的状态,观察此次测试用例是否引起设备响应异常,以此来发现协议的漏洞。(3)为了生成高效的测试用例用于modbus tcp协议的漏洞挖掘,针对modbus tcp协议,提出工控网络协议测试用例生成模型。首先,搭建并迭代训练RNN,确定每一层的权重参数,理解不同寄存器的数据值规律。然后,利用概率矩阵与反样本的算法生成测试用例,增加发现未知漏洞的可能性。根据以上三部分工作,实现的漏洞挖掘方法称为反样本模糊测试器,使用反样本模糊测试器在工控设备上进行实验,结果表明,反样本模糊器不仅提高了接收率与漏洞挖掘能力,并能快速检测出modbus tcp协议的漏洞。从而,解决了传统方法中低接收率和低漏洞挖掘能力的问题。

关键词：工业控制系统 modbus tcp协议循环神经网络概率分布漏洞挖掘

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modbus RTU/ASCII转modbus tcp网关关键技术及应用研究

Modbus RTU/ASCII转Modbus TCP网关关键技术及应用研究

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作者：曹士芹天津理工大学

学位级别：硕士

随着工业控制技术的迅速提高和以太网技术的飞速发展,工业智能仪器设备开始朝着网络化方向发展。工控设备大多使用现场总线技术,但现场总线种类繁多,没有统一的协议标准,而以太网技术的实时性和稳定性不高,现场总线和工业以太网技术相... 详细信息

随着工业控制技术的迅速提高和以太网技术的飞速发展,工业智能仪器设备开始朝着网络化方向发展。工控设备大多使用现场总线技术,但现场总线种类繁多,没有统一的协议标准,而以太网技术的实时性和稳定性不高,现场总线和工业以太网技术相互融合成为当前研究的重点。本文设计并研制了一款基于modbus RTU/ASCII和modbus tcp协议的工业以太网通信网关,利用以太网实现对工业现场设备的远程监控。本文首先提出了以LPC2214+RTL8019AS+MAX3485为核心的系统硬件设计方案,并在原理图、PCB制板等方面进行了多项抗干扰设计,有效增强了modbus tcp网关的EMC性能。并在硬件设计的基础上,采用分层设计思想进行了软件设计,完成三大功能模块:modbus RTU/ASCII协议栈、modbus tcp协议栈、modbus RTU/ASCII和modbus tcp协议的相互转换。此外,针对modbus tcp载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect)的二进制指数后退算法BEB(Binary Exponential Backoff)的重载延迟问题,根据冲突情况,动态的改变退避时间,实现对BEB算法的改进,并进行了OPNET网络仿真。最后,搭建modbus tcp网关通讯功能测试和实时性测试平台。完成对三种协议通讯功能的测试,结果表明该modbus tcp网关工作稳定可靠;在tcp Master–RTU Slaver模式下,利用WireShark软件抓取客户机与服务器命令请求和应答的全过程;通过对比改进后的CSMA/CD和原CSMA/CD的延迟时间,可以得到modbus tcp传输延时大大减小,与OPNET网络仿真结果一致,实时性得到了良好改善。

关键词：网关 modbus串行链路协议栈 modbus tcp协议 CSMA/CD协议

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天然气门站监控系统的设计与软件实现

天然气门站监控系统的设计与软件实现

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作者：董湘桃西南交通大学

学位级别：硕士

随着天然气行业的发展,天然气作为一种高效、清洁能源在工业和生活上得到更为广泛的应用。天然气门站作为天然气输配系统的重要节点,肩负着精确计量和提供安全、稳定的天然气供应的责任。为了保障门站计量准确、安全、高效地运行,开发... 详细信息

随着天然气行业的发展,天然气作为一种高效、清洁能源在工业和生活上得到更为广泛的应用。天然气门站作为天然气输配系统的重要节点,肩负着精确计量和提供安全、稳定的天然气供应的责任。为了保障门站计量准确、安全、高效地运行,开发一套功能完备的监控系统,具有重要的现实意义。为此,本文在总结现有天然气门站监控系统优缺点的基础上设计实现了一套自动化和信息化程度较高的、具有一定通用性的天然气门站监控系统。本论文以工业控制计算机、流量计算机、PLC和现场仪表等为硬件配置,结合功能强大的WinCC,实现了数据管理、设备控制、报警监测、系统管理、Web访问等功能。本文从工艺流程出发,结合门站的实际监控需求,制定了系统总体软硬件集成方案。系统采用上下位机结构,下位机由流量计量单元和PLC控制单元构成,负责和门站现场设备进行通信,采集现场数据和控制现场设备。本文在下位机部分分析了流量计量原理,并着重阐述了I/O分配及采样、PID算法自动调控阀门的设计过程和实现方法,为提高容错率,设计了PLC硬件冗余方案,完成了硬件组态和PLC程序。上位机系统采用SIEMENS WinCC组态开发,负责上下位机通信、用户交互、数据管理、系统管理和Web访问等功能。上位机通过modbus tcp协议和SIMATIC S7协议集内的Industrial Ethernet协议分别与流量计算机和PLC通信实现数据采集和控制命令下发；设计了数据库,生产数据周期归档,统计和聚合数据,自动生成数据报表和趋势曲线以反映生产状况；设计了友好的交互界面,实现了工艺流程、阀门控制、计量参数和仪表参数在线设置等交互功能：实时监测生产数据以及用户操作,提供报警监测和用户操作记录功能；监控系统Web发布,提供Web用户远程浏览功能；添加门站现场视频监控功能,操作人员在监控过程画面的同时掌握现场实际视频画面；提供用户和功能权限管理;为了提高系统可靠性,设计了上位机冗余。最后测试了系统主要功能,满足天然气门站的监控需求。本文的门站监控系统实现流量计量、阀门控制、报警监测、事件记录、数据管理、系统管理、视频监控、Web访问等功能,保障天然气门站安全、高效地运行,为今后在工业领域开发功能更全面、通用性更强的监控系统提供了方法和思路。

关键词：天然气门站流量监控 PLC WinCC组态软件 modbus tcp协议

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面向智能优化的工控系统漏洞挖掘技术研究

面向智能优化的工控系统漏洞挖掘技术研究

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作者：史昌明沈阳理工大学

学位级别：硕士

随着互联网科技的不断发展,工业互联网应运而生,工业互联网的出现使工业生产的自动化程度有了很大程度的加强。但是因为大多数工控系统的工作环境都是独立、封闭的,所以在设计之初并未在安全上花费太多的资源,在与外网连接之后,为工业... 详细信息

随着互联网科技的不断发展,工业互联网应运而生,工业互联网的出现使工业生产的自动化程度有了很大程度的加强。但是因为大多数工控系统的工作环境都是独立、封闭的,所以在设计之初并未在安全上花费太多的资源,在与外网连接之后,为工业生产提高效率的同时,也暴露出了很多安全问题。本文研究了工控系统体系结构并对工控系统中典型的modbus tcp协议进行脆弱性分析。通过对Peach模糊测试技术的深入研究,编写Peach Pit测试脚本对modbus tcp协议进行模糊测试,重点针对模糊测试过程中所产生的路径爆炸和约束求解问题,将长短时记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)与注意力机制(Attention)相结合,建立了Attention-LSTM模型,并提出基于Attention-LSTM的modbus tcp协议模糊测试智能优化方法。该方法利用Peach生成模糊测试数据集并且进行抓包分析,将其结果分为正常用例、异常用例以及无效用例,输入到Attention-LSTM模型中进行无效用例的识别。利用工控系统传输协议数据集时序性的特点,通过LSTM对模糊测试数据集进行优化,经过预处理以及时序重构后模糊测试数据集传输进注意力层来运算出在该时刻的注意力权重,然后和同时刻的隐藏状态进行加权求和运算,得到注意力分布向量。LSTM得到注意力分布向量后,利用全连接层进行数据样本特征的获取并由softmax分类器给出最终的识别结果,通过识别并剔除无效用例的方式来提高模糊测试的效率。为了验证本文方法的有效性,在Peach模糊测试数据集上验证了基于Attention-LSTM的modbus tcp协议模糊测试智能优化方法对无效用例的识别准确率和经过优化之后数据集的测试用例通过率。实验结果表明,Attention-LSTM模型对无效用例的识别准确率达到97.03%,测试用例通过率为82.15%,实现了对无效用例的高精度识别,提高了测试用例通过率。

关键词：工控系统模糊测试 modbus tcp协议注意力机制 LSTM

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