SCADA系統(tǒng)中Modbus TCP-IP協(xié)議的異常檢測研究.pdf

1、數(shù)據(jù)采集監(jiān)視控制系統(tǒng)(Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA)是應(yīng)用于電力、交通、石油等重要行業(yè)的生產(chǎn)控制系統(tǒng)，其安全、穩(wěn)定地運行是實現(xiàn)國民經(jīng)濟增長的重要保證。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，SCADA系統(tǒng)的開放性逐漸增強，系統(tǒng)存在的網(wǎng)絡(luò)安全問題變得日益突出。Modbus TCP/IP協(xié)議是SCADA系統(tǒng)典型的通信協(xié)議，也容易因受到攻擊而導(dǎo)致安全問題的發(fā)生，為了及時發(fā)現(xiàn)Modb

2、us TCP/IP系統(tǒng)所面臨的安全威脅，本文對使用Modbus TCP/IP協(xié)議的SCADA系統(tǒng)中的異常檢測問題進行了研究，主要工作包括以下三個方面:
　　(1)在異常檢測的數(shù)據(jù)預(yù)處理階段，論文以Modbus TCP/IP報文為研究對象，選取功能碼和寄存器的起始地址作為特征，將連續(xù)的Modbus TCP/IP流量轉(zhuǎn)化為功能碼和寄存器起始地址的組合對序列，提出了一種基于Modbus TCP/IP序列的頻率特征向量構(gòu)建方法。該方法既可

3、以將包含不同數(shù)目的功能碼和寄存器起始地址的組合對序列劃為相同長度的向量，還可以描述Modbus TCP/IP通信序列的流量特征。
　　(2)針對于SCADA系統(tǒng)中多數(shù)為正常數(shù)據(jù)，異常樣本量少的特點，論文設(shè)計了一種基于單類支持向量機的異常檢測模型，通過以正常的功能碼和寄存器起始地址的組合對序列進行訓(xùn)練，建立正常通信行為的輪廓，從而識別不符合通信規(guī)律的異常流量。本文利用Modbus Poll和Modbus Slave軟件模擬Modbu

4、s TCP/IP通信進行流量采集，并對該檢測模型進行驗證。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的支持向量機、標(biāo)準(zhǔn)RBF算法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法異常檢測模型相比，基于單類支持向量機的異常檢測模型的分類識別準(zhǔn)確率高于其它三種算法，其誤報率在四種算法中最低，有效降低了入侵檢測誤報警率。
　　(3)論文選取Modbus TCP/IP報文序列中的功能碼和寄存器地址作為組合特征，利用滑動窗口技術(shù)構(gòu)建頻率特征向量并建立檢測模型，通過實驗分析得出滑動窗口長度l=5時可