Modbus协议原理及安全性分析

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1、第46卷第12期通信技术Vol．46No．122013年12月CommunicationsTechnologyDec．2013doi:10．3969/j．issn．1002－0802．2013．12．016Modbus协议原理及安全性分析12左卫，程永新(1．海军驻成都地区军事代表室，四川成都610041;2．中国电子科技集团公司第三十研究所，四川成都610041)摘要:从来源、原理等方面介绍了典型的工业控制网络协议－－Modbus协议。首先介绍了协议消息帧的组成方式，协议传输的各种模式，功能码分类和典型的功能码;其次指出了Modbus协议安全问题的产生原因，并从其固有安全问题和实现过

2、程的安全问题两方面详细介绍了Modbus系统面临的安全威胁;最后，针对Modbus系统在现实应用中的问题，提出了需要采取的保护措施。这对提高工业控制网络安全有着重要的现实意义。关键词:Modbus协议原理安全性分析中图分类号:TP393文献标志码:A文章编号:1002－0802(2013)12－0066－04PrincipleandSecurityAnalysisofModbusProtocol12ZUOWei，CHENGYong－xin(1．MilitaryＲepresentativeOfficeinChengduofNavy，ChengduSichuan610041，China;2

3、．No．30InstituteofCETC，ChengduSichuan610041，China)Abstract:Thispaperdiscussestheindustrialcontrolsystemprotocol—Modbusprotocolfromthesourceandprinciple．Thecomponentsofprotocolmessageframe，variousmodesofprotocoltransfer，theclassificationoffunctionalcodeandthetypicalfunctionalcodearegivenfirst，then

4、thecausesofModbusprotocolsecur-ityproblemspointedout，andthesecuritythreatsfacedbyModbussystemaredescribedindetailfromtheinherentsafetyproblemsandthesecurityimplementationprocess，andfinally，aimingattheproblemsinthepracticalapplicationoftheModbussystem，thenecessaryprotectionmeasuresaresuggested．Th

5、iswouldbeofimportantpracticalsignificanceforimprovingthesafetyofindustrialcontrolnetwork．Keywords:Modbusprotocol;principle;securityanalysis0引言帧格式简单紧凑，数据传输量大、实时性好等特点，在工业控制系统中得到了广泛的应用，已经成为通自2010年伊朗布什尔核电站遭到“震网病毒”［1］用工业标准。深入分析Modbus协议实现原理和其(Stuxnet)攻击后，一系列工业控制系统安全事件安全性对提高工控系统安全性有着重要的现被陆续曝光，并呈现飞速增长趋势

6、。工业控制系统实意义。正面临着新型高级可持续的攻击威胁(APT，Ad-vancedPersistentThreat)。故需要加强研究工业控1协议原理制系统的安全性。Modbus协议是Modicon(现为施耐德公司的一Modbus协议采用主－从结构，提供连接到不同个品牌)1979年发明的，是全球第一个真正用于工类型总线或者网络的设备之间的客户机/服务器通业现场的总线协议。通过此协议，控制器相互之间、信。客户机使用不同的功能码请求服务器执行不同控制器经由网络和其它设备之间可以通信。Modbus的操作;服务器执行功能码定义的操作并向客户机协议具有标准、开放，可以支持多种电气接口，数据发送响应

7、，或者在操作中检测到差错时发送异·66·第46卷左卫，程永新:Modbus协议原理及安全性分析第12期［4］常响应。信，消息中的每个8Bit字节都包含两个4Bit的1．1消息帧十六进制字符，这种模式没有开始和结束标记。其优点是:在同样的波特率下，可比传送更多的数据。Modbus协议定义了一个与基础通信层无关的具体格式如图3所示。简单协议数据单元PDU(ProtocolDescriptionUnit)。特定总线或网络上的Modbus协议映射能够在