本书共9章，包括工业控制系统的发展历程、工业控制系统的概念及安全背景、工控层次模型的发展历程和层次划分、工业数据信号传输技术、工业控制系统协议的应用及安全属性、典型的工业控制系统资产、工业控制系统漏洞概况、常见的恶意代码及其原理、工业控制系统安全检测与防护技术，以及工业控制系统在石油行业的相关应用及安全现状。本书不仅包含了对基础知识的讲述，还提供了丰富的案例供读者实践操作，可帮助读者循序渐进地了解工业控制系统安全。本书可作为普通高等学校本科生、硕士研究生层次的教材，也可供相关从业人员参考使用。

郑德生
电子科技大学计算机软件与理论博士、信息与通信工程博士后，现任西南石油大学计算机与软件学院副研究员、硕导，喀什地区电子信息产业技术研究院智能制造研究所所长。社会兼职包括全国信标委物联网分会技术委员会成员单位代表、专家，四川省侨联特聘专家委员会委员，四川省计算机学会软件专委会副主任委员，四川省工业互联网智库专家等。主要研究工业互联网安全、人工智能安全。主持/主研国家级、省部级课题20余项，发表SCI/EI论文40余篇。

周永
毕业于电子科技大学软件工程专业，美国圣何塞州立大学访问学者。现任西南石油大学计算机与软件学院副教授、硕导，电子科技大学外聘专硕导师。中国计算机学会会员，中国设备管理协会石油石化科技与数字创新专业委员会第一届委员，全国信标委物联网分技术委员会专家。主要研究方向为物联网工程、人工智能。主编《Java语言程序设计百问百例》等书籍。

龚捷
现任西南石油大学计算机与软件学院副教授、硕导，网络与信息化中心副主任。中国计算机学会会员，全国信标委物联网分技术委员会专家。主要研究方向为计算机网络、信息安全。代表性成果有钻井工程模拟培训系统、量子密钥在保密通信中的应用。申请PCT国际专利8项，国内专利46项，其中发明专利19项。

赵学全，自动控制专业高级工程师，毕业于北京理工大学。现任六方云信息技术有限公司总工程师，兼任工控安全实验室主任。早年投身于工业自动化专业相关工作，如今专注于工业信息安全专业领域，致力于推动技术落地转化到工控安全产品体系。

目　　录


序一
序二
前言

第1章　工业控制系统概述　1
1.1　工业控制系统的发展历程　1
1.1.1　工业控制系统的历史时期　2
1.1.2　工业控制系统的新方向　3
1.2　工业控制系统的概念及安全背景　5
1.2.1　工业控制系统的概念　5
1.2.2　工业控制系统的安全背景　7
1.3　工业控制系统安全事件案例分析　8
1.3.1　震网病毒事件　9
1.3.2　乌克兰电网攻击事件　9
1.3.3　台积电勒索病毒入侵事件　10
1.3.4　佛罗里达水处理工厂遭遇水利
　攻击事件　10
1.3.5　领事馆医疗中心遭遇勒索攻击
　事件　10
1.4　国内外工业控制系统安全形势分析　11
1.4.1　国内工业控制系统安全形势　11
1.4.2　国外工业控制系统安全形势　12
1.5　小结　13
1.6　习题　13
第2章　工业控制系统基础　14
2.1　工业控制系统架构　14
2.1.1　工控层次模型发展历程　14
2.1.2　工控层次模型层次划分　16
2.2　工业控制系统典型设备　17
2.2.1　PLC　17
2.2.2　RTU　19
2.2.3　HMI　19
2.2.4　安全设备　20
2.2.5　组态软件　21
2.2.6　MES　22
2.3　工业控制系统与传统IT系统的差异　23
2.3.1　信息安全方面的差异　23
2.3.2　其他方面的差异　24
2.4　工业控制系统厂商简介　26
2.4.1　施耐德电气PLC　26
2.4.2　西门子PLC　27
2.4.3　艾默生PLC　28
2.4.4　罗克韦尔PLC　28
2.4.5　案例1——施耐德编程软件　30
2.4.6　案例2——西门子编程软件　32
2.5　小结　34
2.6　习题　35
第3章　工业控制系统网络　36
3.1　工业数据信号传输技术　36
3.1.1　工业数据信号传输技术的发展
　历程　36
3.1.2　气动信号与电动信号　38
3.1.3　模拟量信号　38
3.1.4　混合型信号　39
3.2　总线技术　41
3.2.1　串行通信协议　41
3.2.2　总线协议　42
3.2.3　总线协议安全风险　43
3.3　以太网通信　44
3.3.1　物理层　44
3.3.2　数据链路层　45
3.3.3　网络层　49
3.3.4　传输层　53
3.4　网络攻击与防护　55
3.4.1　案例1——Socket实战　56
3.4.2　案例2——ARP攻击　56
3.4.3　案例3——SYN flood攻击　57
3.4.4　案例4——包过滤防火墙　58
3.5　小结　60
3.6　习题　60
第4章　工业控制系统协议　61
4.1　工业控制系统协议简介　61
4.1.1　工业控制系统协议的应用　62
4.1.2　工业控制系统协议的安全属性　63
4.2　施耐德协议　63
4.2.1　Modbus及UMAS协议介绍　64
4.2.2　Modbus协议通信环境搭建及
　协议分析　69
4.2.3　案例1——Modbus读写线圈/
　寄存器　72
4.2.4　案例2——基于Scapy实现
　Modbus通信　74
4.3　西门子协议　77
4.3.1　S7协议介绍　78
4.3.2　S7协议通信环境搭建及协议
　分析　87
4.3.3　案例3——S7协议读写数据　90
4.3.4　案例4——西门子PLC启停　92
4.4　罗克韦尔协议　95
4.4.1　罗克韦尔PLC协议介绍　96
4.4.2　罗克韦尔PLC协议通信环境
　搭建及协议分析　98
4.4.3　案例5——连接过程解析实践　98
4.4.4　案例6——数据读写解析实践　99
4.5　自主可控工业控制系统协议畅想　101
4.6　小结　101
4.7　习题　101
第5章　工业控制系统资产与漏洞库　102
5.1　工业控制系统资产分类与分级　102
5.1.1　资产的定义　102
5.1.2　资产的分类和展示　103
5.1.3　资产的分级　105
5.2　典型工业控制系统资产　106
5.2.1　PLC控制系统　107
5.2.2　DCS　108
5.2.3　SCADA系统　110
5.2.4　安全仪表系统　112
5.2.5　智能控制系统　114
5.3　工业控制系统资产的识别方法　116
5.3.1　人工识别　117
5.3.2　技术识别　117
5.3.3　案例1——基于Nmap的工控
　资产识别　119
5.3.4　案例2——基于P0f的工控资
　产识别　122
5.3.5　案例3——基于工控协议指纹
　脚本的工控资产识别　123
5.4　常用漏洞库介绍　126
5.5　小结　128
5.6　习题　128
第6章　工业控制系统漏洞　129
6.1　工控系统漏洞概况　129
6.2　工控软件漏洞入门　132
6.2.1　缓冲区溢出漏洞　132
6.2.2　DLL劫持　135
6.2.3　整数溢出　136
6.2.4　指针错误　138
6.2.5　格式化字符串漏洞　140
6.2.6　SQL注入　142
6.2.7　目录遍历　143
6.2.8　暴力攻击　144
6.2.9　硬编码漏洞　144
6.3　案例1——施耐德Modbus串行驱动
　远程代码执行漏洞　145
6.3.1　漏洞的基本信息　145
6.3.2　实验环境简介及搭建　146
6.3.3　漏洞分析　147
6.4　案例2——紫金桥监控组态软件DLL
　劫持漏洞　152
6.4.1　漏洞的基本信息　152
6.4.2　实验环境简介及搭建　153
6.4.3　漏洞分析　154
6.5　案例3——LAquis SCADA目录遍历
　漏洞　157
6.5.1　漏洞的基本信息　157
6.5.2　实验环境简介及搭建　157
6.5.3　漏洞分析　158
6.6　案例4——Advantech WebAccess
　远程命令执行漏洞　161
6.6.1　漏洞的基本信息　161
6.6.2　实验环境简介及搭建　161
6.6.3　漏洞分析　162
6.7　小结　165
6.8　习题　165
第7章　工控恶意代码　166
7.1　恶意代码入门　166
7.1.1　Rootkit　167
7.1.2　病毒　168
7.1.3　广告软件与间谍软件　168
7.1.4　蠕虫　169
7.1.5　木马　169
7.1.6　勒索软件　170
7.1.7　恶意代码感染途径　171
7.2　案例1——Stuxnet分析　172
7.2.1　Stuxnet使用的漏洞　172
7.2.2　Stuxnet的传播方式　174
7.2.3　Stuxnet的目的　174
7.2.4　Stuxnet的隐藏手段　175
7.2.5　Stuxnet的攻击手段　175
7.3　案例2——Havex分析　176
7.3.1　Havex的背景　176
7.3.2　Havex的传播方式　177
7.4　案例3——BlackEnergy分析　178
7.4.1　BlackEnergy的背景　178
7.4.2　BlackEnergy的工作原理　178
7.4.3　BlackEnergy攻击案例分析　179
7.5　案例4——Flame分析　180
7.5.1　Flame的主要特点　180
7.5.2　Flame的攻击目标　180
7.6　工控网络攻击防护　181
7.6.1　ICS杀伤链　181
7.6.2　ATT&CK工控框架　183
7.7　小结　184
7.8　习题　184
第8章　工业控制系统安全检测与
　防护　185
8.1　蜜罐技术　185
8.1.1　蜜罐技术概述　185
8.1.2　工控蜜罐　187
8.1.3　案例1——Conpot工控蜜罐　187
8.2　漏洞扫描技术　189
8.2.1　漏洞扫描技术概述　189
8.2.2　漏洞扫描工具　192
8.2.3　案例2——Nessus漏洞扫描
　工具　192
8.3　漏洞挖掘技术　195
8.3.1　漏洞挖掘技术概述　195
8.3.2　工控系统漏洞挖掘技术　195
8.3.3　案例3——Peach漏洞挖掘
　工具　198
8.4　入侵检测技术　201
8.4.1　入侵检测技术概述　201
8.4.2　工控系统入侵检测技术　204
8.4.3　案例4——Snort入侵检测
　工具　205
8.5　白名单技术　210
8.6　防火墙技术　211
8.6.1　防火墙技术概述　211
8.6.2　工控系统防火墙　212
8.7　安全审计技术　215
8.7.1　安全审计技术概述　215
8.7.2　工控系统安全审计　215
8.8　小结　216
8.9　习题　217
第9章　石油行业工业控制系统案例　218
9.1　石油行业工控系统相关应用　218
9.2　石油行业工控系统安全现状　219
9.2.1　安全现状概述　220
9.2.2　防护困境　221
9.2.3　风险分析　222
9.3　政策法规解读　223
9.3.1　背景综述　223
9.3.2　等级保护实施——工业控制
　系统扩展　224
9.4　石油行业工控系统安全建设方案　225
9.4.1　建设原则　225
9.4.2　总体技术架构　226
9.4.3　工控安全产品　227
9.4.4　安全建设实施方案　230
9.5　小结　233
9.6　习题　233