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在Black Hat2011，Dillon Beresford等人在他們的報(bào)告《Exploiting Siemens Simatic S7 PLCs》中演示了如何通過(guò)西門(mén)子S7Comm協(xié)議的權(quán)限缺失漏洞來(lái)遠(yuǎn)程操作PLC。在Black Hat2015，Johannes Klick 等在他們的報(bào)告《Internet-facing PLCs – A New Back Orifice》中演示攻擊者如何通過(guò)代理，來(lái)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(chóng)病毒，該病毒可以不借助上位PC機(jī)，僅通過(guò)PLC之間進(jìn)行互相傳播。該病毒的實(shí)現(xiàn)思路，適用于多個(gè)廠(chǎng)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(mén)子PLC舉例進(jìn)行說(shuō)明。

　　西門(mén)子PLC簡(jiǎn)介

　　PLC全稱(chēng)為Programmable Logic Controller，即可編程邏輯控制器，是一種采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。西門(mén)子作為 PLC*、S7-300、S7-400系列的PLC采用早期的西門(mén)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(mén)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(duì)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(mén)子PLC通過(guò)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(hù)通過(guò)編寫(xiě)POU程序塊來(lái)完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的控制以及工藝流程的實(shí)現(xiàn)。西門(mén)子POU程序塊包括：

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

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

　　FC(Function)：函數(shù)塊，為用戶(hù)編寫(xiě)的程序

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

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

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

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

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

　　病毒的實(shí)現(xiàn)

　　對(duì)于病毒的實(shí)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(dòng)目標(biāo)PLC。流程如圖1所示。

　　病毒實(shí)現(xiàn)流程

　　尋找目標(biāo)

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