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基于MD5算法的PLC固件完整性增强方法研究

作　者: 李彬
导　师: 刘桂雄; 卢国华
学　校: 华南理工大学
专　业: 机械工程
关键词: PLC固件完整性验证与增强 MD5哈希算法控制系统
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 8次
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内容摘要

随着网络、通讯技术髙速发展，工业控制系统安全性受到密切关注，最需要关心的是验证现场设备安全运作，比如直接控制和监控现场设备的可编程控制器（PLC)，因此PLC的安全可靠性是控制系统可信发展的研究热点。论文以“基于MD5算法的PLC固件完整性增强方法研究”为题，研究PLC控制系统中固件在传输时基线截获并对其进行完整性验证技术，以增强PLC固件完整性。此方法不仅适用于PLC，而且可将其推广到任何有固件的嵌入式系统中，所以论文研究对于促进嵌入式系统的机械装备可靠性具有重要意义。论文分析了固件完整性增强技术、加密hash算法的国内外研究进展，研究了可信计算在完整性方面的机理和方法，建立了基于MD5算法的PLC固件完整性增强方法架构，提出了基于固件传输特征分析的固件基线获取、基于MD5算法的PLC固件完整性校验方法，研制了完整性验证软件及平台，设计了完整性验证实验、对比实验。论文主要工作包括：(一)研究可信计算理论与技术，分析可信计算与完整性保障的关系，将其运用到PLC固件完整性验证当中，提出了基于MD5算法的PLC固件完整性增强方法架构；(二)设定固件非结构化二进制代码和传输协议特征为研究对象，深入探讨固件数据提取和固件基线建立的方法；(三)利用截获数据搭建虚拟PLC平台，用电脑和电脑进行PLC固件数据传输，将建立的基线作为标准来校验PLC固件完整性，创新性地提出模拟PLC进行固件数据截取，并且在校验过程中为了避免发生不正确判断，增加验证过程可信性，将目前被视为非常优秀的中间技术^MD5哈希算法应用到验证过程中；(四）设计搭建了基于MD5的PLC固件完整性测试平台。在个人计算机上设计验证软件，通过Microsotf Visual Studio2008集成开发工具，用C#语言来编程创建应用程序，实现平台软件功能。设置4个对比试验，分别是固件数据的增加、固件数据的减少、固件数据的替换和完整固件数据的试验来进行对比说明。测试结果证明，本文设计的基于MD5算法的PLC固件完整性增强方法具有独创性，能准确的测试出固件完整性，不仅有效的验证终端控制PLC安全，保证整个系统的安全，而且为其他嵌入式控制系统提供了一种可行的思路。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
第一章绪论  11-20
  1.1 课题提出的背景及研究意义  11-12
  1.2 PLC固件完整性基础  12-16
    1.2.1 PLC结构与固件完整性概述  12-15
    1.2.2 影响PLC固件完整性的因素分析  15-16
  1.3 论文相关内容的国内外研究进展  16-18
    1.3.1 程序完整性增强技术研究进展  16-17
    1.3.2 加密hash算法研究进展  17-18
  1.4 论文的主要研究内容  18-20
第二章基于MD5算法的PLC固件完整性增强方法研究  20-27
  2.1 引言  20
  2.2 增强方法体系的理论基础  20-22
    2.2.1 可信计算组织  20-21
    2.2.2 可信计算和完整性保障的关系  21
    2.2.3 可信计算技术对PLC可信的支撑作用  21-22
  2.3 基于MD5算法的PLC固件完整性增强方法架构  22-25
    2.3.1 PLC固件完整性增强方法的前提和目标  22-23
    2.3.2 PLC固件完整性增强方法架构  23-25
  2.4 PLC固件完整性增强方法应用环境  25
  2.5 本章小结  25-27
第三章基于固件传输特征分析的固件基线获取  27-36
  3.1 引言  27
  3.2 固件数据的提取  27-28
    3.2.1 固件代码的特殊性  27
    3.2.2 固件提取方法选择  27-28
  3.3 固件传输协议特征分析  28-33
    3.3.1 协议分析方法  29-30
    3.3.2 Modbus串行通讯协议概述  30
    3.3.3 Modbus上的固件数据传输  30-33
  3.4 固件基线分析与建立  33-35
    3.4.1 基线的概念与分析  33-34
    3.4.2 基线的建立  34-35
  3.5 本章小结  35-36
第四章基于MD5算法的PLC固件完整性校验  36-44
  4.1 引言  36
  4.2 模拟PLC数据的截取  36-37
  4.3 MD5哈希算法  37-42
    4.3.1 MD5算法描述  38-41
    4.3.2 MD5算法实现  41-42
  4.4 基于MD5算法的PLC固件校验  42-43
  4.5 本章小结  43-44
第五章基于MD5的PLC固件完整性实验设计与分析  44-58
  5.1 引言  44
  5.2 测试平台搭建  44-49
    5.2.1 设备平台搭建  44-46
    5.2.2 验证软件设计及安装  46-49
  5.3 测试平台运行及结果分析  49-57
    5.3.1 测试平台运行  49-55
    5.3.2 对比实验分析  55-57
  5.4 本章小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
附件  63

基于MD5算法的PLC固件完整性增强方法研究

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