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工控安全攻防演练场景实现分享(轨道交通)

2014-08-11 21:05

之前看到GeekPwn的官微上也有一些关于工控的报名,这里也为大家分享一个从快速搭建环境(项目相对简单),到如何在该环境下快速PWN掉西门子PLC接管控制的案例,知其然,知其所以然。

0x1、前言

因为一系列安全事件的发生,工控安全这个概念在近些年被炒得火热,仿真演示平台的搭建和攻击效果的实现,可以直观的来反映一些环境中存在的缺陷和现有问题。这种直观的方式也更为受众所接受,同时也为防护和检测实现了基础环境。

0x2、系统搭建简介

轨道交通演示的硬件平台组成主要由西门子S7-300PLC、轨道交通模型(高铁模型)和外围配件组成(光电开关传感器等)。

软件部分采用监控组态软件(HMI/SCADA软件)使用以太网方式与西门子300PLC完成通讯,从而实现远程监视和控制。

0x3、环境设计思路

系统完成对高铁模型的控制(启停、轨道变换、加速减速)主要使用西门子S7-300的I/O输出模块(数字量和模拟量点)。

整体接入如下图:

整体接入图

运行轨迹的监控采用的是光电开关,当模型运行经过光电开关时开关量信号将会传送到PLC所关联的DI输入点上。

PLC程序运行点定义如图:

PLC程序运行点定义

因为场景控制逻辑相对简单,程序实现起来也比较简单核心梯形图如下:

核心梯形图

核心梯形图

最后使用组态软件通过以太网方式连接完成远程监控和控制组态:

使用组态软件通过以太网方式连接完成远程监控和控制组态

0x4、完成效果

视频:

视频:工控安全演示平台_轨道交通项目演示

实物图:

实物图

实物图

0x5、攻击效果实现(纯黑盒接入状态下的测试)

该场景西门子PLC使用了以太网TCP/IP方式与上位机组态软件通信(通信方式为TCP,PLC开放端口为102),通过对PLC协议和PLC与官方编程软件(西门子STEP7)通讯的分析可以快速实现多个攻击效果。

0x5.1、以太网远程X作PLC的运行状态

通过对关键X作的重放,例如强制切换PLC运行模式到STOP状态(此状态下程序不运行),该状态下,如果PLC正在轨道上运行,则可导致高铁模型停止运行。

如果PLC正在轨道上运行,则可导致高铁模型停止运行

如果PLC正在轨道上运行,则可导致高铁模型停止运行

Exp可以参照:http://www.exploit-db.com/exploits/19831/

0x5.2、基于通讯协议(S7)对PLC寄存器区数据的FUZZ

程序中定义的点是直接控制当前运行逻辑的,所以要远程接管控制该环境,可以直接远程篡改PLC内部点的数据,但因为是黑盒状态接入在不清楚各区点的定义的状态下,FUZZ就有必要了,加PLC对内部数据的寻址是通过区(输入I区、输出Q区、内存M区)和地址的方式,通过对协议掌握实现对PLC点的批量写入测试就变得非常简单了(有些PLC的点是通过标签名寻址,这样FUZZ会比较麻烦)。

基于通讯协议(S7)对PLC寄存器区数据的FUZZ

当然达到的效果可以直接影响控制当前运行停止、道岔切换等。

0x5.3、针对PLC程序的远程修改(类似Stuxnet震网攻击的实现)

可以通过远程下放西门子mc7(即西门子PLC运行程序)二进制文件,替换PLC中的程序直接接管PLC。

可以让上位机监控脱离控制,由下放的恶意程序直接接管控制。

具体流程就不讲了比较麻烦,如图

可以让上位机监控脱离控制,由下放的恶意程序直接接管控制。

0x6、攻击效果

远程替换程序后强制切换道岔、加速出轨视频:

视频:工控安全演示平台_轨道交通项目演示_Attack

0x7、安全防御与检测

0x7.1、基于DPI的深度包检测的实现

0x7.2、协议检测

0x7.3、深度功能防御实现

待续。。。。

[原文地址]

各种吐槽:

1#

光的圆周率 (等级:二逼白帽子) | 2014-08-10 02:16

前排留名,这类系统一般都在物理隔离或者软隔离开的环境中?实际系统中对车体速度判定也应该是有一个安全阀值的吧?坐等更新

2#

Ricter (j0j0) | 2014-08-10 02:49

前排留名ˊ_>ˋ

3#

whking | 2014-08-10 04:01

很喜欢这类文章,让我等长见识了,谢谢~!@

4#

hacker@sina.cn | 2014-08-10 04:16

太牛逼了 完全无法直视 给楼主点个感谢 建议出书发扬光大 然后一群黑客就被抓了 bibibibibibi....

5#

hacker@sina.cn | 2014-08-10 04:20

点感谢提示乌云币不足, 明明还有几百个, 为何呢?

6#

xy小雨 (对方不在服务区) | 2014-08-10 08:42

长姿势了

7#

mramydnei | 2014-08-10 08:55

这个做的非常的赞!

8#

YY-2012 (SM沐足桑拿推拿来前订房优惠多多 一条龙服务噢) | 2014-08-10 09:10

西门子。。

9#

从容 (有生之年报答帮过我的人,并有能力去帮助需要帮助的人) | 2014-08-10 10:25

硬件大神啊,敢问楼主是不是电子信息工程技术专业的博士生?

10#

一剑萧寒 | 2014-08-10 11:08

碉堡

11#

0749orz (你这个B装的真有意思,教我装B技巧与演练吧) | 2014-08-10 11:16

太牛逼了 完全无法直视 给楼主点个感谢 建议出书发扬光大 然后一群黑客就被抓了 bibibibibibi....

12#

小火苗 (好好学习,天天向上) | 2014-08-10 14:15

前排插入。

13#

Jumbo | 2014-08-10 17:51

我学数控的,跟这个搭界不

14#

从容 (有生之年报答帮过我的人,并有能力去帮助需要帮助的人) | 2014-08-10 18:44

@Jumbo 肯定有关系,因为以上实验的产品肯定是通过数控加工造出来的

15#

Jumbo | 2014-08-11 01:15

@从容 嗯,我说西门子啥的跟我们有点熟悉呢,还有法兰克啥的,都是利用编程做工件,我试过,面板栏控制不严。可以进入我的电脑,CMD等等

16#

乌帽子 (和狗咬在一起的,终究还是狗!) | 2014-08-11 03:24

出轨好危险

17#

Z-0ne (一个很懒的人) | 2014-08-11 09:03

@从容 @Jumbo @光的圆周率 这个高铁模型买来原来是自带一个类似遥控器的东西,可以控制加速和变轨的,后来给换成了由PLC来完成自动控制,主要是为了方便直观验证PLC上的一些缺陷是否会影响CPU上运行的正常逻辑,打个比方,常规的一些拒绝服务攻击也只是让PLC的以太网模块故障崩溃,导致与监控的上位机通信中断,但并不会对当前运行的逻辑造成影响。

18#

无敌L.t.H (‮……是就的挖肉肉那,洞狗为称洞的挖狗疯如假) | 2014-08-11 09:18

@Jumbo 我们这边烟厂工控里面还装有瑞星……

19#

博主 (统治全球,奴役全人类!毁灭任何胆敢阻拦的有机生物!) | 2014-08-11 14:06

。。。。。。

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知识来源: lcx.cc/?i=4413

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