【C#实现西门子优化DB块符号访问】

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C#实现西门子优化DB块符号访问以及浏览变量树

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引言

西门子Simatic S7系列PLC（可编程逻辑控制器）作为工业控制系统（ICS）的核心设备，广泛应用于电力、水务、化工等关键基础设施。为应对Stuxnet等攻击，西门子推出了S7CommPlus协议，然而，本文将通过抓包分析S7CommPlus协议的通讯报文试图实现S7CommPlus协议的通讯库。

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S7CommPlus协议概述

1. 协议演进

• S7Comm：早期协议（S7-200/300/400），无任何加密机制，易受重放攻击。
• 早期S7CommPlus（S7-1200v3.0）：引入2字节会话ID，但计算简单（Session ID = Object ID + 0x80），防护有限。
• 新版S7CommPlus（S7-1200v4.0+/S7-1500）：采用多阶段加密算法，覆盖连接建立与功能报文。

2. 通信流程

S7CommPlus协议通信分为以下阶段（参考图6.6）：

1. TCP三次握手：建立基础连接。

2. COTP连接协商（CR & CC）：确认通信参数。
   
   

3. S7CommPlus连接建立：

   • 首次连接请求/响应（含随机值数组）。
     
     

• 二次连接请求（含加密生成的会话ID与密钥块）。
  

5. 功能报文交互：所有操作需通过加密完整性校验。

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协议加密机制深度解析

1. 连接报文加密

首次连接响应报文

• 关键字段：
  • Object ID：PLC生成的随机标识（1字节）。
  • Value Array：20字节随机值（用于后续加密输入）。
  • （图5.2：首条S7CommPlus连接响应报文结构）
    

二次连接请求加密

• 加密步骤：
  1. 加密1（XOR操作）：基于Value Array生成Connection Encryption Part 1。
  2. 加密2（私有算法）：进一步处理生成Connection Encryption Part 2。
  • （图6.3：二次连接报文加密结果对比）
    

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2. 功能报文加密

• 输入参数：固定数组（含会话ID） + 加密3（复杂算法）。
• 输出：32字节加密块，用于报文完整性校验。
• （图6.5：功能报文加密结果验证）
  

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漏洞利用：从逆向工程到重放攻击

1. 逆向调试关键发现

• 目标DLL：OMSp_core_managed.dll（协议加密核心模块）。
• 调试工具：WinDbg + IDA Pro，定位加密算法逻辑。
• 关键结论：
  • 加密算法依赖固定输入参数（如Value Array），未引入动态变量（如随机密钥）。
  • 加密过程虽复杂，但可通过逆向推导重现。

C#版本实现S7CommPlus协议通讯演示视频

S7CommPlus协议通讯测试视频

结论

尽管S7CommPlus协议在加密机制上有所改进，但其依赖固定算法与输入参数的缺陷仍为攻击者留下突破口。通过逆向工程与重放攻击实验，我们验证了协议的实际风险。未来，需从动态加密、双向认证和全报文保护等多维度提升安全性，以应对日益复杂的工控威胁。

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附图说明

• 图5.1：首条S7CommPlus连接请求报文结构（需插入实际抓包截图）。
• 图6.6：S7CommPlus协议完整通信序列（需补充流程图）。
• 图6.3/6.5：加密块逆向调试结果对比（展示WinDbg与报文数据）。

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参考文献

1. Ralf Spenneberg, PLC-Blaster: A Worm Living Solely in the PLC, Black Hat 2016
2. Dillon Beresford, Exploiting Siemens Simatic S7 PLCs, Black Hat 2011
3. S7CommPlus Wireshark插件：下载链接

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版权声明
本文基于公开研究整理，仅供技术交流。未经许可，禁止用于非法用途。

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