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在Black Hat2011，Dillon Beresford等人在他們的報告《Exploiting Siemens Simatic S7 PLCs》中演示了如何通過西門子S7Comm協(xié)議的權(quán)限缺失漏洞來遠(yuǎn)程操作PLC。在Black Hat2015，Johannes Klick 等在他們的報告《Internet-facing PLCs – A New Back Orifice》中演示攻擊者如何通過代理，來發(fā)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)中更多的PLC設(shè)備。本文將展示的是一種新型的PLC蠕蟲病毒，該病毒可以不借助上位PC機(jī)，僅通過PLC之間進(jìn)行互相傳播。該病毒的實現(xiàn)思路，適用于多個廠家的PLC設(shè)備，并且可以在一定規(guī)則范圍內(nèi)相互進(jìn)行傳播。本文采用西門子PLC舉例進(jìn)行說明。

　　西門子PLC簡介

　　PLC全稱為Programmable Logic Controller，即可編程邏輯控制器，是一種采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。西門子作為 PLC*、S7-300、S7-400系列的PLC采用早期的西門子私有協(xié)議S7Comm進(jìn)行通信。S7Comm協(xié)議已被研究者*掌握，并且在github上可以下載到該協(xié)議的插件。S7-1200系列固件版本為V3.0以下的PLC采用西門子新一代的S7Comm-Plus協(xié)議進(jìn)行通信。該協(xié)議采用了一些特殊編碼規(guī)范，并且做了抗重放攻擊的防護(hù)。但是其安全防護(hù)仍然較弱，已被基本破解。S7-1200系列固件版本為V3.0以上，以及S7-1500系列的PLC，采7Comm-Plus協(xié)議，該協(xié)議對比之前S7Comm-Plus協(xié)議，采用了加密算法，目前仍未被研究透徹。

　　西門子PLC通過Step7以及WinCC軟件進(jìn)行組態(tài)，TIA Portal V13。其中使用Step7進(jìn)行下位機(jī)組態(tài)，WinCC進(jìn)行上位機(jī)組態(tài)。

　　在Step7組態(tài)軟件中，用戶通過編寫POU程序塊來完成工業(yè)現(xiàn)場的控制以及工藝流程的實現(xiàn)。西門子POU程序塊包括：

　　OB(Organization Block )：組織塊，為用戶程序的入口程序塊

　　FB(Function Block)：功能函數(shù)塊，實現(xiàn)一些封裝好的函數(shù)功能

　　FC(Function)：函數(shù)塊，為用戶編寫的程序

　　DB(Data Block)：數(shù)據(jù)塊，用來存放全局變量

　　SFB(System Function Block)：系統(tǒng)功能函數(shù)庫，系統(tǒng)內(nèi)部封裝的函數(shù)塊

　　SFC(System Function)：系統(tǒng)函數(shù)庫，系統(tǒng)內(nèi)部封裝的函數(shù)

　　Step7程序塊的組態(tài)語言包括LD(梯形圖)，F(xiàn)BD(功能塊圖)、SCL(結(jié)構(gòu)化控制語言)、STL(語句列表)。

　　西門子PLC在進(jìn)行程序下裝的過程中，首先會在下裝前停止PLC的運(yùn)算，下裝程序完成后再重新啟動PLC。

　　病毒的實現(xiàn)

　　對于病毒的實現(xiàn)流程，首先選擇IP嘗試建立連接，如果連接建立成功，則檢查目標(biāo)PLC是否已被感染。如連接未建立成功，或目標(biāo)PLC已被感染，則選擇新IP重新嘗試建立連接。如目標(biāo)PLC未被感染，則停止目標(biāo)PLC，下裝病毒程序，后重新啟動目標(biāo)PLC。流程如圖1所示。

　　病毒實現(xiàn)流程

　　尋找目標(biāo)

　　所有的西門子PLC通過102端口進(jìn)行TCP通信，因此可以通過嘗試建立102端口的TCP通信來進(jìn)行目標(biāo)的尋找。Step7組態(tài)軟件中提供了兩個FB塊，TCON以及TDISCON，如圖2所示。TCON用來建立TCP連接，其中REQ輸入管腳通過上升沿信號觸發(fā)，CONNECT輸入管腳配置TCON建立連接的如對端IP、對端端口號，本機(jī)端口號，通信方式等相關(guān)參數(shù)。TDISCON用來斷掉TCP連接，REQ上升沿觸發(fā)。