工控网络安全控制器的研究与设计

作     者：卫艳艳 

作者单位：太原科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张游杰

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：工控网络 TCP/IP 控制器设计 密码算法 

摘      要：随着时代的发展,信息技术被广泛应用于石油、化工、电力等众多领域,但是由于工业控制系统运行环境和平台的相对独立,其安全性也往往被人们忽视。近年来,伴随着企业信息化发展,管理和控制网络更加深入的融合,平台也愈加开放,信息技术在为传统工业控制系统优化升级提供重要支撑的同时也带来了诸多问题,蠕虫、木马、黑客攻击等网络威胁对工业控制系统的冲击愈演愈烈,新一代病毒入侵生产控制系统已经成为威胁生产运营平稳发展的重大安全隐患。在这种环境下,本文针对工业控制系统信息传输网络中信息泄露、信息被篡改和非法信息入侵等问题,提出了一种可用于工业控制各个终端信息点之间信息传输的安全控制器,即工业控制网络安全控制器。首先,阐明了国内外在工业控制网络中存在的安全问题,分析了本工业控制网络安全控制器开发对当前社会的实际意义。列举了市场上已有的工业控制网络安全技术及产品,接着阐述了现有运用比较广泛的加密算法。其次,此控制器选用了TCP/IP协议作为数据传输的基本协议,在数据传输的拆包和封装过程中运用混合密码算法对数据进行加解密。着重对TCP/IP各层协议,尤其是网络层的IP协议,传输层的TCP、UDP协议以及数据传输过程中拆包和复用进行了详细分析。再次,详细阐述了该控制器的设计,包括硬件设计、软件设计方案以及软件的开发和调试过程,并用C语言实现。设计了适用于此工控网络安全控制器的密码算法,介绍了混合密码算法所用到的AES密码算法和RC4密码算法,重点对混合密码算法的算法模型、加解密过程进行了描述,对其安全性能和运算性能作了分析。最后,对控制器进行了算法性能测试和设备性能测试,结果表明该工控网络安全控制器取得了很好的预期效果。