现场总线控制系统（FCS）系列：Schneider Electric Modbus_（9）.Modbus安全机制.docx

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Modbus安全机制

1.Modbus协议的安全挑战

Modbus协议是一种广泛应用于工业控制系统的通信协议，由于其简洁性和易用性，深受制造商和集成商的青睐。然而，Modbus协议本身并没有内置的安全机制，这使得在工业环境下使用Modbus协议的设备容易受到各种安全威胁。在混凝土生产工业控制系统中，这些安全威胁可能会导致生产中断、设备损坏甚至人员受伤。因此，了解和实施Modbus协议的安全措施是非常重要的。

1.1常见的安全威胁

在混凝土生产工业控制系统中，Modbus协议面临的主要安全威胁包括：

网络攻击：未经授权的访问者可能通过网络攻击获取控制系统的访问权限，篡改设备设置或发送错误的控制命令。

数据篡改：在数据传输过程中，数据可能被恶意篡改，导致设备运行异常。

拒绝服务（DoS）攻击：攻击者可能通过发送大量无效请求，使Modbus设备无法正常工作。

中间人（Man-in-the-Middle,MitM）攻击：攻击者可能在通信链路中插入自己的设备，截获或篡改数据。

物理攻击：对Modbus设备的物理访问和篡改可能导致系统故障。

1.2Modbus协议的局限性

Modbus协议的局限性主要体现在以下几个方面：

缺乏身份验证：Modbus协议没有内置的身份验证机制，任何设备只要知道目标设备的IP地址和端口号，就可以与之通信。

缺乏数据加密：Modbus协议在传输数据时没有任何加密措施，数据以明文形式在网络上传输，容易被截获和篡改。

缺乏访问控制：Modbus协议没有访问控制机制，无法限制哪些设备可以访问特定的数据寄存器。

2.Modbus协议的安全增强措施

为了应对上述安全威胁，可以采取多种安全增强措施。这些措施可以分为物理安全、网络安全和协议安全三个方面。

2.1物理安全

物理安全措施主要目的是保护Modbus设备不被未经授权的人员物理访问。这些措施包括：

物理访问控制：通过门禁系统、摄像头监控等手段，限制对Modbus设备的物理访问。

设备加固：使用防尘、防水、防震等加固措施，确保设备在恶劣环境下正常运行。

定期检查：定期对Modbus设备进行物理检查，确保没有被非法篡改或损坏。

2.2网络安全

网络安全措施主要目的是保护Modbus通信网络不被未经授权的访问者攻击。这些措施包括：

网络隔离：通过物理隔离或虚拟隔离（如VLAN）的方式，将Modbus网络与企业办公网络隔离，减少外部攻击的风险。

防火墙：在Modbus网络的边界部署防火墙，阻止未经授权的访问。

入侵检测系统（IDS）：在网络中部署入侵检测系统，实时监控网络流量，发现并报告异常行为。

安全网关：使用安全网关设备，对Modbus通信进行加密和身份验证。

2.3协议安全

协议安全措施主要目的是在Modbus协议层面上增强安全性。这些措施包括：

身份验证：通过添加身份验证机制，确保只有授权的设备可以访问Modbus设备。

数据加密：对Modbus通信数据进行加密，防止数据在传输过程中被截获和篡改。

访问控制：通过访问控制列表（ACL）等手段，限制设备访问特定的数据寄存器。

3.Modbus身份验证机制

身份验证是确保只有授权的设备可以访问Modbus设备的重要手段。常见的身份验证机制包括用户名/密码认证、数字证书认证和基于密钥的身份验证。

3.1用户名/密码认证

用户名/密码认证是最常见的身份验证方式之一。在Modbus通信中，可以在设备之间建立一个认证机制，要求每次通信时提供用户名和密码。

3.1.1实现方法

设备配置：在Modbus设备的配置中，设置用户名和密码。

通信认证：在每次通信请求中，包含用户名和密码。

认证验证：接收设备验证请求中的用户名和密码是否正确。

3.1.2代码示例

以下是一个简单的Python示例，展示如何在Modbus通信中实现用户名和密码认证。

#导入必要的库

frompymodbus.client.syncimportModbusTcpClient

frompymodbus.exceptionsimportModbusException

#定义认证函数

defauthenticate(client,username,password):

#发送认证请求

try:

response=client.read_holding_registers(address=0,count=2,unit=1)

ifresponse.registers[0]==usernameandresponse.registers[1]==password:

retur