工业控制系统信息安全半实物仿真实验平台设计与实现

摘要

近年来，现代工业控制系统逐步发展，引入大量IT技术，如TCP/IP通信协议，通用软硬件等，同时 IT技术的安全漏洞也被引入到工业控制系统中。工业控制系统的漏洞和脆弱性不断增加，安全形势日趋严重。由于工业控制系统是持续运行生产系统，运行中不允许间断，所以信息安全防护研究工作一般无法直接在运行的系统上展开，故需要融合工业控制系统结构和功能的特点搭建一个适用的仿真实验平台，提供有效的实验验证环境。
　　在分析研究工业控制系统信息安全以及其仿真实验平台的搭建技术后，本文提出结合真实硬件设备与物理仿真模型的设计方案搭建工业控制系统信息安全半实物仿真实验平台。半实物仿真实验平台的网络控制部分采用真实设备构成，物理过程仿真模型采用MATLAB软件实现。在实验室环境下，利用计算机、BeagleBone开发板和基于TMS320F2812的DSP板实现了Modbus TCP/IP监控网络和CAN总线控制网络的搭建，并设计了HMI攻击、控制器/传感器攻击两种攻击实验方法。最后本文结合田纳西仿真模型，在工业控制系统信息安全半实物仿真实验平台上展开 HMI攻击实验和传感器攻击实验。

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1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文结构及研究内容

2 工业控制系统信息安全仿真实验平台需求分析与总体设计

2.1 工业控制系统信息安全分析

2.2 工业控制系统信息安全仿真实验平台需求

2.3 工业控制系统信息安全仿真实验平台总体设计

2.4 本章小结

3 半实物仿真实验平台控制网络的详细设计与实现

3.1 半实物仿真实验平台控制网络结构设计

3.2 过程监控层网络实现

3.3 现场控制网络实现

3.4 现场控制层信息安全防护框架详细设计

3.5 本章小结

4 基于MATLAB的仿真模型框架构建及系统攻击实验设计

4.1 基于MATLAB的仿真模型框架构建

4.2 半实物仿真平台攻击模拟实验设计

4.3 本章小结

5 工业控制系统信息安全半实物仿真实验平台的应用与测试

5.1 田纳西仿真模型

5.2 攻击模拟实验

5.3 本章小结

6 总结和展望

6.1 工作总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 (攻读学位期间发表的论文)