Stuxnet的PLC感染方式

Stuxnet蠕虫病毒（超级工厂病毒）是世界上首个专门针对工业控制系统编写的破坏性病毒，能够利用对windows系统和西门子SIMATIC WinCC系统的7个漏洞进行攻击。特别是针对西门子公司的SIMATIC WinCC监控与数据采集 (SCADA) 系统进行攻击，由于该系统在我国的多个重要行业应用广泛，被用来进行钢铁、电力、能源、化工等重要行业的人机交互与监控。传播途径：该病毒主要通过U盘和局域网进行传播。历史―贡献‖：曾造成伊朗核电站推迟发电。 2010-09-25，进入中国。

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由于Stuxnet蠕虫病毒是首个针对工业控制系统编写的破坏性病毒，对大型工业、企业用户存在一定的风险，所以，冠群金辰公司病毒防护专家给企业用户提出如下安全防护建议，以提高企业抵御未知安全风险的能力：在终端设备上开启防火墙功能。

为终端设备上所有的应用系统安装最新的补丁程序。

在终端上安装防病毒系统，设置为实时更新病毒库，并将病毒库升级到最新版本。

在终端上的用户设置最小用户权限。

在打开附件或通过网络接收文件时，弹出安全警告或提示。

在打开网络链接时，发出安全警告或提示。

尽量避免下载未知的软件或程序。

使用强口令，以保护系统免受攻击。

两个月前，赛门铁克首次披露了W32.Stuxnet针对工业生产控制系统(ICS) 进行攻击，如应用于管道和核动力工厂的控制系统。读者可参见赛门铁克2010

年7月19日的博客–―W32.Stuxnet 攻击微软零日漏洞利用USB设备大肆传播‖。

2010年9月29日，我们还将在Virus Bulletin 会议上发布一篇包含

W32.Stuxnet详尽技术细节的论文。同时我们也注意到，最近非常多的人开始对Stuxnet感染系统且不易检测的事情表示关注。

由于Stuxnet针对某个特定的工业生产控制系统进行攻击，而这些行为不会在测试环境中出现，因此在测试环境下观察到的病毒行为不全面，很可能产生误导。事实上，运行后，Stuxnet会立即尝试进入一个可编程逻辑控制器(PLC) 的数据块—DB890。这个数据块其实是Stuxnet自己加的，并不属于目标系统本身。Stuxnet 会监测并向这个模块里写入数据，以根据情况和需求实时改变PLC 的流程。

在这篇博客里，我们会深入探讨Stuxnet的PLC感染方式和Rootkit功能，特别是以下几个方面：

它如何选择作为攻击目标的工业生产控制系统；感染PLC代码块的方法；注入PLC的恶意代码；在被感染Windows机器中的PLC Rootkit代码。这四点我们会分开讲，因为用来实现这些目的的代码差异很大。

Stuxnet的目的是通过修改PLC来改变工业生产控制系统的行为，包括拦截发送给PLC的读/写请求，以此判断系统是否为潜在的攻击目标；修改现有的PLC代码块，并往PLC中写入新的代码块；利用Rootkit功能隐藏PLC感染，躲避PLC管理员或程序员的检测。这些任务之间差别很大，比如，在被感染的Windows 机器中隐藏感染代码使用的是标准的C/C++ 代码，而Stuxnet 试图在工业生产控制系统及PLC中执行的恶意代码则是用MC7字节码写的。MC7 是PLC 环境中运行的一种汇编语言，并常用STL 进行编写。

在讨论Stuxnet攻击PLC的技术之前，让我们先来看看PLC是如何访问和编写的。

要进入PLC, 首先需要安装特殊的软件；Stuxnet 会专门针对编写PLC某些模块的WinCC/Step 7软件进行攻击。安装这些软件后，程序员可以通过数据线连接PLC，以访问其中的内容，重新配置PLC，下载程序至PLC，或调试之前加载的代码。一旦PLC被配置和编译后，Windows机器就可以断开和PLC的联系了，PLC会自行运行。为了使您有一个更直观的感受，下图显示了在实际操作中，实验室里一些基本的设备配置：

被Stuxnet修改后的s7otbxdx.dll 文件保留了原来的导出表，导出函数为109个，这就令Stuxnet可以应付所有相同的请求。大部分导出命令会转发给真正的DLL，即重命名后的s7otbxsx.dll，并不会出现什么难对付的状况；事实上，109种导出形式中的93种都会照这样处理。然而，真正的―诡计‖使用在剩下的16种导出命令中。这16种导出不会被简单的转发，而是被改动后的DLL 拦截了。被拦截的导出命令为在PLC中读、写、定位代码块的例程。通过拦截这些请求，Stuxnet 可以在PLC 管理员没有察觉的情况下，修改发送至PLC 或从PLC返回的数据。同时，通过利用这些例程，Stuxnet 可以将恶意代码隐藏在PLC 中。

为了更好的了解Stuxnet 如何进入和感染PLC，我们先来看看各种类型的数据。PLC 会处理由管理员加载到PLC的代码和数据。这里，我们将简要介绍一下最常见的模块和他们的功能：

数据模块(DB)包含了程序相关的数据，比如数字，结构等。系统数据模块(SDB) 包含了PLC 的配置信息；它们是根据连接到PLC 的硬件模块的数量/种类设立的。组织模块(OB) 是程序的入口。他们由CPU 循环执行。针对Stuxnet，有两个特别需要的OB:OB1 是PLC 程序的入口。它没有特别的时间要求，总是循环执行。OB35 是一个标准的―看门狗‖模块，系统会每100ms执行一次。这个功能可能包含了所有用于监控紧要输入的逻辑，以达到立即响应，执行功能的目的。功能模块（FC）都是标准的代码快。它们包含了会被PLC 执行的代码。一般说来，OB1模块会引用至少一个FC 模块。下面的部分会详细讲述之前提到的威胁的四大方面。

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感染原理

1. 如何选择需要感染的PLC

Stuxnet会根据目标系统的特点，使用不同的代码来感染PLC。

一个感染的序列包括了许多PLC 模块（代码模块和数据模块），用以注入PLC来改变目标PLC 的行为。这个威胁包括了三个感染序列。其中两个非常相似，功能也相同，我们将其命名为序列A和B。第三个序列我们命名为序列C。Stuxnet通过验证―指纹‖来判断系统是否为计划攻击的目标。它会检查：PLC种类/家族：只有CPU 6ES7-417 和6ES7-315-2 会被感染。系统数据模块：SDB 会被解析；根据他们包含的数据，感染进程会选择A,B或其它感染方式开始行动。当解析SDB 时，代码会搜索这两个值是否存在-- 7050h and

9500h；然后根据这两个数值的出现次数，选择序列A 或B 中的一种来感染PLC。代码还会在SDB 模块的50h 子集中搜索字节序2C CB 00 01, 这个字节序反映了通信处理器CP 342-5 (用作Profibus-DP) 是否存在。

而选择序列C进行感染的条件则由其他因素构成。

2. 感染方法

Stuxnet使用―代码插入‖的感染方式。当Stuxnet 感染OB1时，它会执行以下行为：

增加原始模块的大小；在模块开头写入恶意代码；

在恶意代码后插入原始的OB1 代码。

Stuxnet也会用类似于感染OB1的方式感染OB35。它会用自身来取代标准的协同处理器DP_RECV 代码块，然后在Profibus (一个标准的用作分布式I/O的工业网络总线) 中挂钩网络通信。

利用A/B方法的感染步骤如下：

检查PLC 类型；

该类型必须为S7/315-2；

检查SDB 模块，判断应该写入序列A 或B 中的哪一个；

找到DP_RECV，将其复制到FC1869，并用Stuxnet嵌入的一个恶意拷贝将其取代；

在序列中写入恶意模块（总共20个），由Stuxnet 嵌入；

感染OB1，令恶意代码可以在新的周期开始时执行；

感染OB35, 它将扮演―看门狗‖的角色。