基于Wireshark與Nmap的工業(yè)控制系統(tǒng)安全聯(lián)合分析方法

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今天我們來聊一聊基于Wireshark的S7、OPC等工業(yè)協(xié)議分析與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)漏洞挖掘~

１工控信息安全的現(xiàn)狀分析

２工業(yè)控制系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測

當(dāng)前工業(yè)控制系統(tǒng)安全面臨嚴(yán)峻威脅，需要對工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的安全威脅和存在的漏洞，從而采取相關(guān)的防護(hù)措施或修復(fù)相關(guān)漏洞，確保工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)備和數(shù)據(jù)的安全。

2.1工控網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測相關(guān)技術(shù)

2.2工控網(wǎng)絡(luò)安全分析方法

2.2.1工業(yè)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析

３WireNmap的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

Wireshark與Nmap在工業(yè)協(xié)議分析與工業(yè)漏洞挖掘中是強(qiáng)有力的互補(bǔ)，而實(shí)際中兩個(gè)軟件是分立的，導(dǎo)致其使用效率偏低。在工業(yè)控制系統(tǒng)的應(yīng)用中，Wireshark軟件對工業(yè)協(xié)議支持不完整或不全面，而Nmap自帶漏洞探測腳本有限，但其支持自主開發(fā)針對工業(yè)控制系統(tǒng)的腳本。

3.1Wireshark源碼結(jié)構(gòu)

Wireshark源碼軟件組成，如圖1所示。

圖1Wireshark源碼框架

圖1中，Core為核心調(diào)度模塊，包括報(bào)文的捕獲（Capture）、報(bào)文分析（Epan）、報(bào)文讀取與存儲(chǔ)（Wiretap）、界面交互與呈現(xiàn)（GTK/Qt），具體模塊的具體功能如表1所示。

表1Wireshark各模塊功能

3.2Nmap源碼結(jié)構(gòu)

４基于WireNmap的工業(yè)協(xié)議分析

WireNmap集成了自主研發(fā)的報(bào)文解析插件，如S7協(xié)議解析插件、OPC協(xié)議TAG深度解析插件等。

4.1S7協(xié)議解析插件

圖2S7協(xié)議報(bào)文結(jié)構(gòu)

表2空間類型對照表

拆分值段，值段前3個(gè)字節(jié)跳過，取值段第4字節(jié)為值的長度。

S7原生Wireshark未解析報(bào)文，如圖3所示。以圖3中數(shù)據(jù)段未解析的十六進(jìn)制部分拆分為例進(jìn)行方法說明，如圖4所示。

圖3S7原生Wireshark未解析報(bào)文

圖4S7協(xié)議未解析段數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

（1）第1字節(jié)和第2字節(jié)為第一區(qū)字段的長度20（0x0014），第3字節(jié)和第4字節(jié)為第二區(qū)字段的長度14（0x000e），點(diǎn)表數(shù)據(jù)在第二區(qū)；

（2）從第5字節(jié)起為第一區(qū)字段，第一區(qū)字段長度為20個(gè)字節(jié)，跳過20個(gè)字節(jié)；

（3）從25字節(jié)開始，25、26字節(jié)為數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)，十六進(jìn)制表達(dá)為0x0001，轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制為1，即后續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)只有1個(gè)，則地址段和值段分別只有一個(gè)點(diǎn)；

（4）讀取地址段的空間類型，取0x22&0xf0，根據(jù)表2得到空間類型；

（5）地址值按照圖中標(biāo)識(shí)部分為0x00000206，換算成十進(jìn)制為518；

（6）讀取值段，值段的第3字節(jié)即圖4中的0x02為值的長度，換算為十進(jìn)制，值的長度為2；

（7）讀取值為0x2acd。

根據(jù)該方法，圖3中的未解析字段在經(jīng)過二次開發(fā)后結(jié)果如圖5所示，可以得到點(diǎn)的個(gè)數(shù)、地址和值。

圖5S7協(xié)議二次解析后前后對比

可見，經(jīng)過開發(fā)后，S7插件可以讀取空間類型、地址以及數(shù)值等更多信息。在實(shí)際工業(yè)控制系統(tǒng)中，這些信息可以對應(yīng)實(shí)際的溫度、壓力以及轉(zhuǎn)速等信息，因此可以更好地對工業(yè)控制系統(tǒng)進(jìn)行指令級分析。

4.2OPC協(xié)議

OPC是基于微軟組件對象COM/DCOM/COM+等技術(shù)基礎(chǔ)的一種接口標(biāo)準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)下能夠有效的進(jìn)行信息集成和數(shù)據(jù)交換。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，OPC協(xié)議規(guī)范中主要應(yīng)用的是OPC DA規(guī)范。在OPC DA規(guī)范中，OPC由OPC服務(wù)器中包含OPC組，組內(nèi)有一個(gè)或多個(gè)對象，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6OPC對象結(jié)構(gòu)組成

在OPC DA規(guī)范中，IOPCItemMgt類型報(bào)文在客戶端執(zhí)行添加、刪除對象時(shí)，協(xié)商客戶端和服務(wù)器對象的句柄，在協(xié)商完成后，后續(xù)通信都通過句柄對該對象執(zhí)行修改。由圖7可知，Wireshark并未對句柄進(jìn)行解析。

圖7OPC原生Wireshark未解析報(bào)文示例

本文通過以下方法可以獲取句柄和句柄相關(guān)的對象名稱。

圖8OPC二次開發(fā)前后對比

由圖8可知，經(jīng)過開發(fā)后的WireNmap軟件可以獲取OPC協(xié)議的TAG名字、數(shù)據(jù)類型以及數(shù)值等更多信息。在實(shí)際的工業(yè)控制系統(tǒng)中，該信息可以與實(shí)際物理量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而獲取更多的數(shù)量信息。

５基于WireNmap的工業(yè)漏洞掃描技術(shù)

WireNmap同時(shí)集成了自主研發(fā)的漏洞掃描腳本插件，如NSE腳本。

5.1NSE腳本簡介

一個(gè)完整的NSE腳本包括描述性字段、行腳本的rule以及實(shí)際腳本指令的action等多個(gè)模塊，如圖9所示。它的各個(gè)模塊的主要的功能如表3所示。

圖9NSE腳本組成

表3NSE腳本各個(gè)模塊的主要的功能

圖10NSE腳本首部

5.2.2腳本portrule

這部分主要涉及一些特定的端口以及端口上的服務(wù)，在對服務(wù)器的訪問中涉及到http，因此端口的選取是幾個(gè)有關(guān)http服務(wù)的端口，具體如下：

portrule=shortport.port_or_service({80,8080},”http”)

一般來說，在Apache Tomcat服務(wù)器安裝時(shí)會(huì)有默認(rèn)的運(yùn)行端口，端口一般為8080，有時(shí)會(huì)存在該端口被其他應(yīng)用占用的情況，這時(shí)服務(wù)器啟動(dòng)后不能正常工作，可以在Apache Tomcat的文件中進(jìn)行默認(rèn)端口的修改。

5.2.3腳本action

這是整個(gè)腳本的核心部分，利用put請求發(fā)送一個(gè)jsp格式的文件，之后判斷服務(wù)器對http的put請求返回的響應(yīng)碼，若為201，說明此時(shí)服務(wù)器已經(jīng)接受請求，對文件名以及一些細(xì)節(jié)輸出即可，如圖11所示。查看該腳本在Nmap中的運(yùn)行結(jié)果，如圖12所示。

圖11NSE腳本主體

圖12NSE腳本運(yùn)行結(jié)果

６基于WireNmap的資產(chǎn)管理與聯(lián)合分析技術(shù)

圖13WireNmap資產(chǎn)管理界面

由圖13可以得出網(wǎng)絡(luò)中的IP段與資產(chǎn)清單，如表4所示。

表4WireNmap報(bào)文分析與IP資產(chǎn)對應(yīng)關(guān)系

圖13中右側(cè)框列出了當(dāng)前所有的IP資產(chǎn)清單。點(diǎn)擊對應(yīng)的IP后，利用列舉出來的與該IP地址相關(guān)的所有通信報(bào)文，可以直接分析該IP的流量，查看是否存在異常流量，同時(shí)結(jié)合已經(jīng)開發(fā)的插件（如S7、OPC等），更好地對工業(yè)協(xié)議進(jìn)行深度分析。圖13中雙擊右側(cè)IP地址，啟動(dòng)如圖14所示的界面。對重點(diǎn)關(guān)注的資產(chǎn)IP進(jìn)行深度探測，可以得出如表5所示的資產(chǎn)詳細(xì)信息。

圖14WireNmap資產(chǎn)掃描與深度探測

表5資產(chǎn)詳細(xì)信息

７結(jié)語

本文提出了一種基于Wireshark與Nmap的工業(yè)控制系統(tǒng)安全聯(lián)合分析方法，擴(kuò)展了Wireshark的分析插件與Nmap的掃描插件，同時(shí)提出了將Wireshark與Nmap合并后的聯(lián)合分析軟件WireNmap。實(shí)際應(yīng)用證明，WireNmap能更深層次解析工業(yè)協(xié)議，如S7、OPC協(xié)議，同時(shí)通過開發(fā)腳本能發(fā)現(xiàn)更多的漏洞，如CVE-2017-12617等。面對以竊取敏感信息和破壞關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行為主要目的工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)攻擊，所提方法能更快速、全方位地適應(yīng)工業(yè)控制系統(tǒng)安全威脅的需要。

審核編輯：湯梓紅