SCADA Modbus TCP Protocol: Security and Authentication Issues
Creators: name: Σαμάνης, Μάριος Θεόδωρος Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2020
Subjects: SCADA – Εποπτικός Έλεγχος και Απόκτηση Δεδομένων
Modbus πρωτόκολλο επικοινωνίας
Προβλήματα αυθεντικοποίησης
SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition
Modbus communication protocol
Authentication issues

description: Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) systems are highly distributed information systems used to control and monitor critical infrastructures such as nuclear plants, power generation and distribution plants, oil and gas and many other facilities. The main architecture principles of SCADA are; safety, availability and integrity. A typical plant contains modern and legacy Interconnected Industrial Control (ICS) systems. Because these systems are connected to the corporate network and hence to the Internet the threats to critical infrastructure assets have significantly increased. For this reason, several industrial protocols created to ensure real time information flow inside diverse SCADA networks. Modbus is one of the most used protocols in the SCADA architecture, due to its compliance with real time needs, but unfortunately lacks basic security mechanisms that leads to multiple vulnerabilities. For this reason we reviewed authentication schemes and techniques from the literature, used to protect SCADA networks from unauthorized access and we analyzed their advantages and drawbacks. This thesis presents a set of attacks against Modbus protocol. The attacks are grouped into 4 categories; reconnaissance, response injection attacks, command injection attacks and denial of service. The 4 groups are defined and each attack is described in detail. Also is presented a simulation of a SCADA network, where an unauthenticated user with network access was able to exploit the Modbus TCP vulnerabilities, with adverse effects. Finally will be presented a timeline of certain high-impact security incidents around the world and the effects they caused.
description: Τα συστήματα εποπτικού ελέγχου και απόκτησης δεδομένων (SCADA) είναι εξαιρετικά διανεμημένα πληροφοριακά συστήματα, τα οποία χρησιμοποιούνται στον έλεγχο και την παρακολούθηση κρίσιμων δομών όπως πυρηνικά εργοστάσια, εγοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, μονάδες διανομής πετρελαίου και φυσικού αερίου και πολλών άλλων εγκαταστάσεων. Η κύρια αρχιτεκτονική αρχή αυτών των συστημάτων έιναι η ασφάλεια, η διαθεσιμότητα και η ακεραιότητα. Μια τυπική βιομηχανική εγκατάσταση περιλαμβάνει καινούργια και παλαιότερων διασυνδεδεμένα βιομηχανικά συστήμάτα ελέγχου (ICS). Επειδή τα συστήματα αυτά είναι συνδεδεμένα με το εταιρικό δίκτυο και συνεπώς με το διαδίκτυο οι απειλές στα κρίσιμα περιουσιακά στοιχεία των υποδομών έχουν αυξηθεί σημαντικά. Γι' αυτόν τον λόγο, δημιουργήθηκαν αρκετά πρωτόκολλα για να διασφαλίσουν την ροή πληροφοριών στα ποικίλα SCADA δίκτυα σε πραγματικό χρόνο. Το πρωτόκολλο Modbus είναι από τα περισσότερο χρησιμοποιούμενα πρωτόκολλα στην αρχιτεκτονική των SCADA δικτύων, λόγω της συμμόρφωσης του με τις ανάγκες πραγματικού χρόνου με τις οποίες πρέπει να συμβαδίσουν, αλλά δυστυχώς υστερούν σε βασικούς μηχανισμούς ασφάλειας το οποίο οδηγεί σε αρκετές ευπάθειες του πρωτοκόλλου. Γι' αυτό τον λόγο μελετήσαμε , σχήματα αυθεντικοποίησης και τεχνικές από την βιβλιογραφία, που σκοπό έχουν να προστατεύσουν τα SCADA συστήματα από μη εξουσιοδοτημένη πρόσβαση και αναλύσαμε τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα αυτών των προτάσεων. Αυτή η διπλωματική εργασία παρουσιάζει ένα σύνολο επιθέσεων εναντίον του πρωτοκόλλου Modbus. Οι επιθέσεις χωρίζονται σε 4 κατηγορίες, reconnaissance, response injection attacks, command injection attacks and denial of service. Οι 4 κατηγορίες επιθέσεων αναλύονται και περιγράφεται με λέπτομέρεια κάθε επίθεση. Ακόμα παρουσιάζεται μια προσομοίωση ενός SCADA δικτύου, όπου ένας μη εξουσιοδοτημένος χρήστης με πρόσβαση στο δίκτυο είναι ικανός να εκμεταλευτεί τις ευπάθειες του Modbus TCP πρωτοκόλλου με δυσμενείς επιπτώσεις. Στο τέλος παρουσιάζεται ένα χρονοδιάγραμμα ορισμένων πραγματικών επιθέσεων ανά τον κόσμο και οι καταστροφικές τους επιπτώσεις.