SCADA系統(tǒng)中Modbus TCP-IP協(xié)議的異常檢測(cè)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(yùn)行是實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)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(kāi)放性逐漸增強(qiáng)，系統(tǒng)存在的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)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(wèn)題的發(fā)生，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)Modb

2、us TCP/IP系統(tǒng)所面臨的安全威脅，本文對(duì)使用Modbus TCP/IP協(xié)議的SCADA系統(tǒng)中的異常檢測(cè)問(wèn)題進(jìn)行了研究，主要工作包括以下三個(gè)方面:
　　(1)在異常檢測(cè)的數(shù)據(jù)預(yù)處理階段，論文以Modbus TCP/IP報(bào)文為研究對(duì)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(duì)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(duì)序列劃為相同長(zhǎng)度的向量，還可以描述Modbus TCP/IP通信序列的流量特征。
　　(2)針對(duì)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(diǎn)，論文設(shè)計(jì)了一種基于單類支持向量機(jī)的異常檢測(cè)模型，通過(guò)以正常的功能碼和寄存器起始地址的組合對(duì)序列進(jìn)行訓(xùn)練，建立正常通信行為的輪廓，從而識(shí)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(jìn)行流量采集，并對(duì)該檢測(cè)模型進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的支持向量機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)RBF算法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法異常檢測(cè)模型相比，基于單類支持向量機(jī)的異常檢測(cè)模型的分類識(shí)別準(zhǔn)確率高于其它三種算法，其誤報(bào)率在四種算法中最低，有效降低了入侵檢測(cè)誤報(bào)警率。
　　(3)論文選取Modbus TCP/IP報(bào)文序列中的功能碼和寄存器地址作為組合特征，利用滑動(dòng)窗口技術(shù)構(gòu)建頻率特征向量并建立檢測(cè)模型，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析得出滑動(dòng)窗口長(zhǎng)度l=5時(shí)可