Modbus协议作为一个久经考验、值得信赖的通信协议，被广泛应用于工业领域。然而，随着其普及度的提升，Modbus协议面临的安全隐患也逐渐浮出水面，包括身份认证缺失、权限管理不足、加密机制缺乏以及完整性检测失效等问题。为了提升工业控制系统的安全防护能力，本文将对Modbus协议所遭遇的典型攻击手段进行深入研究与分析，旨在提高整个工控系统的安全防范水平。
Modbus协议是一种串行通信协议，被广泛应用于工业控制系统中。它是一种主从模式的协议，即主设备发送带有功能码的请求帧，从设备接收到请求帧后根据功能码执行相应的操作，并将结果存放在响应帧的数据区中，主设备接收到响应帧后进行解码并处理。
Modbus协议包括ASCII、RTU和TCP三种传输格式，主要由以下五个部分组成：
Modbus协议支持串行和以太网两种传输方式。在串行传输中，主设备通过串口发送RTU格式的数据帧，从设备接收到数据帧后进行解码并响应；在以太网传输中，主设备将数据帧发送至从设备的IP地址，从设备通过网络接口接收到数据帧并进行解码。
尽管Modbus协议在工业界应用广泛，但其安全性方面的不足也日渐显现。具体而言，恶意设备可能伪造请求帧进行非法访问，或者从设备可能返回虚假的数据，对系统造成误导。为了应对这些安全挑战，可以采取访问控制、数据加密、完整性校验和身份认证等措施来保护通信的安全性和可靠性。
下图揭示了黑客视角下攻击阶段与数据维度的详细剖析。此图不仅揭示了黑客在攻击过程中所使用的策略与技巧，而且展示了如何透过数据的多维度来增强安全防护。
通过执行nmap扫描，可以识别出目标对象暴露的服务端口；通过分析结果，可以获取目标对象的系统版本、内核版本以及开放的工控协议Modbus/TCP默认端口等敏感信息。这些信息对于攻击者而言具有重要的价值，可以用于进一步的漏洞利用和攻击。
从上述信息中，可以确定厂商、产品和版本号，如下图所示：
从数据交互的角度来看，nmap客户端采取了以下三种行为：
一旦成功获取设备指纹ID，黑客便可以在官方网站上轻松查询到该设备的版本信息。掌握设备的版本详情后，黑客就能够迅速识别出该设备可能存在的已知漏洞；利用这些信息，黑客可以设计出针对性的攻击策略。
通过解析功能码获取RTU地址，定位标识设备在网络中的位置，然后基于这些RTU地址，进行功能码扫描以确定设备所支持的各种功能属性。基于上述路径，黑客可以全面了解设备在网络中的工作和性能特性。
通过解析功能码成功获取到01功能码所对应的线圈寄存器地址，从而读取设备的状态信息。这种方法能够实现对设备信息的准确获取。
根据不同功能码的属性，对寄存器地址进行大范围尝试。
使用searchsploit命令对exploitdb数据库的本地副本进行查询，可以精确定位到发布漏洞的具体位置。在本次示例中，searchsploit的返回结果如下图所示，展示了漏洞的具体细节和相关信息：
由于Modbus协议采用明文方式传输，因此很容易受到中间人攻击（MiTM）。这类攻击包括记录和重放攻击。例如，攻击者可以记录Modbus协议的报文载荷，然后通过与scapy或者Modbus VCR和Ettercap等工具配合使用，将这些记录的报文进行重放。
原文始发于微信公众号（数世咨询）：Modbus协议安全挑战：典型攻击手段深入剖析
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