针对网络空间关键基础设施情报收集的组织行为分析报告

一、背景
随着Shodan类网络空间搜索引擎的出现,基于主动探测的工控安全态势感知技术倍受研究者追捧。Shodan搜索引擎7*24小时在网络空间搜索爬取互联网外部端口数据,并且根据扫描结果实时更新数据库,这其中不乏针对工控协议的探测。ZMap、MASSCAN等基于异步无状态扫描工具的出现,使得快速探测整个IPV4空间变成可能,加上基于工控设备通信协议的识别探测,则可以迅速在网络空间中定位工控系统。

网络空间中的工控系统作为真正的关键基础设施是重要的战略和情报资源,而根据灯塔实验室的数据统计,自2014年以来,针对工控设备软硬件的扫描与探测的类型和次数有逐年增多的趋势。

本报告则主要介绍了目前专注于网络空间中工控关键基础设施情报搜集的国内外组织,通过我们长期跟踪部分组织的扫描引擎动作行为,对其关注的工控资产类型和历史动作行为进行了分析。

二、情报收集的通用原理与技术
2.1 通用原理介绍

在传统网络中一般情况下需要鉴定一些服务、系统,往往可以通过端口扫描的方式来完成,比如检查一些知名端口的开放情况。通过端口开放的情况能大概了解目标系统运行了那些服务以及操作系统类型。具体要验证一些服务则可以使用对应的协议,去交互请求对应的内容。而在传统网络中大量的协议都是标准并公开的。

在工控系统这个情况则不一样,工控的设备、软件的数据传输广泛的使用了行业专有与私有通信协议,如Modbus、IEC101/104、DNP3等通用工控协议,当然也存在大量的私有协议。我们曾经在“使用Wireshark分析工控协议”中总结过工控网络中协议的几种类型,即标准协议,私有公开,私有不公开情况三种。

总体来说探测并定位工控软硬件可以使用其支持的协议来完成精确识别或模糊匹配,具体可以通过如下几种方式。

利用标准且公开的工控协议对工控系统进行定位
在一些标准的协议规范中如Modbus、OPCUA、EtherNet/IP等协议中,通常约定了固定的Function code读取应用及模块信息,这样我们便可以准确识别目标设备的厂商信息或产品信息,而不支持读取设备、应用信息的协议也可以确认目标开放并运行了工控相关的协议,如下列举了几种常见标准协议识别设备、应用的方式。

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利用私有协议精确识别设备
私有协议一般用于对软硬件进行远程管理,数据传输,私有协议具有唯一性,通过私有协议可以准确的识别一个厂商及系列的设备类型,私有协议中特定的功能往往可以直接读取到设备的模块信息。如下是知名的几个工控厂商所使用的私有协议与识别设备信息的方式。

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利用传统服务特征对软硬件进行设备识别
另外工控的设备常常会开放一些传统服务,如Web,SNMP等服务,用于监视设备的运行状态或管理设备。如下为一些设备不同服务上的特征标识,这些标识可以用于识别设备。

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更多可以参考,ICS搜索Dork

2.2 工具与技术介绍

Redpoint是由Digitalbond于2014年3月创建的ICS枚举工具,Redpoint是一个基于Nmap NSE的脚本库,用户在使用Nmap扫描时可以选择如下脚本可获得枚举ICS设备的能力。

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另外除了Redpoint发布的上述脚本之外,还有如下一些针对ICS的枚举和识别脚本,我们也在之前发布过三菱Q系列PLC、Moxa串口服务器识别与枚举脚本。

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纵观目前互联网上针对工控的诸多扫描探测都是基于如上NSE插件原理,进行此类研究的组织会在下面进行介绍。

三、关注ICS情报的组织介绍
3.1 国内组织介绍

信息安全企业
1) ZoomEye(开放式)

ZoomEye是知道创宇打造的面向网络空间的搜索引擎,ZoomEye于2015年3月上线了工控专题(ics.zoomeye.org),ZoomEye支持12种工控协议的数据检索,使用者也可以使用工控协议的端口和特征Dork关键字发现暴露在互联网的工控软硬件,对于工控协议类型的数据,ZoomEye启用了保护策略,一般用户无法直接查看。

2) 傻蛋(开放式)

傻蛋联网设备搜索系统由湖南傻蛋科技有限公司研发,傻蛋目前并未对外宣称对工控协议进行了探测,并且系统内一般用户也无法通过工控协议端口搜索到数据,但从我们搜集到的数据来看,傻蛋的探测节点对工控协议有一定的探测抓取行为。

3) 中国网安(内部)

据公开的资料显示,中国电子科技集团网络信息安全有限公司(简称中国网安)曾发布过一款叫工业控制系统接入互联网威胁感知系统的产品,据资料介绍该系统具有扫描ModbusTCP、EtherNet/IP、ISO-TSAP(S7)、FINS、WebSCADA等协议的能力。

4) 绿盟(内部)

Seer赛尔广谱平台来自绿盟科技研究院,绿盟广谱平台是一款网络空间数据与分析的搜索引擎,主要用于搜集互联网主机开放的端口,服务相关数据,绿盟曾经公开发布过“对欧姆龙设备全球统计报告”,根据其介绍该平台具有探测工控协议的能力。

科研院校
1) 谛听(开放式)

谛听由东北大学计算机学院编写研发,谛听主要针对于对工控设备的识别和定位,根据官网显示,目前谛听支持12种工控协议,使用者也可以使用Dork关键字在传统服务的特征中定位工控系统,该系统与知道创宇ZoomEye的ICS专题有较高的重合度。

2) 中科院信工所(内部)

据公开资料显示,信工所曾在此方面进行了研究,其“网络空间设备搜索系统”对常见的工控协议具有探测能力。

应急响应
1) 电子一所(内部)

据公开资料显示,自2013年初,电子一所开始受主管部门委托开展重要控制系统在线搜索监测工作,并建设了重要控制系统在线安全监测平台,对连接在互联网上的重要工业控制系统进行安全监测以及预警。电子一所的安全监测平台及关键技术获得了中国电子学会2015年科技进步奖,平台曾在2015年国家网络安全宣传周上展示,《焦点访谈》、《走近科学》等栏目对其有关工作进行了报导。

2) CNCERT(内部)

我们曾在“追踪ICS扫描者”一文中指出了CNCERT曾在此方面进行了研究。

3.2 国外组织介绍
1) Shodan(开放式)

Shodan是一个联网设备搜索引擎,Shodan于2013年增加了针对工控协议的探测,用户可以直接使用工控协议的端口直接检索该协议的所有数据,用户也可以使用特征Dork直接搜索对应设备数据。

2) Rapid7(研究项目)

Project Sonar是Rapid7的一个安全研究项目,该项目通过扫描不同的服务和协议,来发现对应全球漏洞态势,Rapid7基于此该项目曾第一时间发布过针对ATGs设备、MoxaNPort设备的全网数据统计报告。

3) University of Michigan(研究项目)

Internet-Wide Scanning Research是密歇根大学的安全研究项目,该项目通过扫描全网来了解协议或服务端口的分布和安全趋势。

4) Kudelski Security(研究项目)

Kudelski Security是总部位于瑞士的一家信息安全公司,该公司的K-SONAR网络安全态势感知解决方案可以网络服务安全性进行监控,有数据显示该公司对Modbus、BACnet有周期的扫描探测。

3.3 各组织ICS探测成熟度分析

ICS探测扫描组织的能力成熟度与组织本身的业务意图和技术能力相关,组织的业务意图决定组织需要的技术水平,并牵引组织的技术水平提升。ICS探测扫描技术分为三个阶段,第一阶段为探索型阶段,主要验证探测扫描技术的可行性,在互联网上进行偶尔的冒烟测试或基于公开的数据进行验证;第二阶段为研究/测试型阶段,此阶段主要是对探测扫描技术的深度和广度进行验证测试,并在互联网上进行无规律的测试验证;第三阶段为运营型阶段,技术在深度和广度上已进行了非常深入的积累,并可支撑组织持续性的业务运营,持续性的提供服务,此阶段扫描行为相对比较规律。

灯塔实验室持续对ICS探测扫描行为进行了跟踪研究,粗略对各组织进行分析如下:

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四、ICS情报收集的组织简要数据汇总
4.1 首次扫描时间与扫描节点IP

目前我们已经从众多的探测扫描数据中确认了上述部分组织的ICS扫描行为、类型,以及该组织扫描器对应的IP,其中追溯的时间跨度超过2年。根据出现的顺序我们整理了如下表。

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4.2 扫描节点IP与关注的ICS协议

我们以Shodan当前支持的工控协议对标,分析了如上组织在扫描探测中关注的工控协议类型,如下表为该组织与对应扫描节点关注的协议类型。

注:根据我们的分析Shodan当前扫描了超过了29个工控或IOT类型软硬件的端口,在我们目前已标注的组织中,绝大部分未超过该数量,所以我们选择了以Shodan当前支持的协议端口作为基准分析模版。

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五、国外组织探测扫描行为分析
5.1 Shodan(Shodan.io)

5.1.1 针对扫描节点的行为统计

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q w

5.1.2 协议交互深度统计

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5.1.3 组织行为分析

从我们收集的数据来看,Shodan针对Modbus与S7comm协议进行扫描的IP地址存在15个(不完全统计),遍布美国、德国、荷兰等不同地域,同时具备强大的分布式调度能力。从针对工控专用协议扫描探测的过程来看,Shodan扫描引擎对工控协议的情报收集可以追溯到2014年。据不完全统计,截至目前Shodan已经支持了超过29个工控协议。

从协议扫描深度来看,Shodan基于Modbus协议的扫描已经深入到可识别PLC上具体项目文件信息,同时Shodan针对Modbus信息的获取仅依赖4个包含90功能码数据包,在保证获取相同信息的同时极大程度提高了扫描效率,由此可见Shodan团队对于协议的分析理解程度极高。

从扫描方式上来看,Shodan在针对Modbus协议进行扫描时,在判断502端口开放后先进行了通过17功能码进行的确认帧,在收到了正确的响应后才正式开始发送数据包;针对S7协议扫描时,同样也会先进行TPKP和COTP连接,再确认连接无误后,重新进行正式扫描行为,该处理细节能保证扫描行为的精准性和高效性,避免设备端口接受到非匹配协议数据而产生隐患。

从行为的时间分布上来看,Shodan团队针对工控协议的扫描具有明显的时间规律,Shodan同时对社区关注极高,目前已经集成了我们曾经发布的GE SRTP、MELSEC-Q、MoxaNPort探测识别方法。

另外,值得关注的是Shodan还具备针对工控协议蜜罐的识别机制,该机制依赖IP基础位置信息、开放端口情况、蜜罐默认配置信息等进行综合评判,通过产生量化的系数来进行蜜罐甄别。

5.2 University of Michigan

5.2.1 针对扫描节点的行为统计

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5.2.2 协议交互深度统计

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5.2.3 组织行为分析

从当前数据来看Censys平台数据依赖于密歇根大学的Internet-Wide Scanning项目,Internet-Wide Scanning项目具备细粒度的时间轴态势感知能力以及成熟稳定的工程化数据采集能力。

从行为出口IP地址数量来看,仅针对Modbus于S7comm协议的地址存在10个(不限于),该扫描引擎具备分布式管理调度能力。从协议扫描深度来看,其引擎具备稳定的交互协议扫描深度。

从扫描方式上看,该引擎采取了简单、稳定的扫描方式,具备较高的效率。从行为的时间分布上来看,所有扫描节点都具备很高的时间规律性,相比同类扫描引擎具有较高的扫描频率,其具备时间轴上更加细粒度的扫描探测能力。

六、国内组织探测扫描行为分析
6.1 谛听(icsfind.com)

6.1.1 针对扫描节点的行为统计

u

i o

6.1.2 协议交互深度统计

p

6.1.3 组织行为分析

谛听网络空间工控设备搜索平台原名426网络空间安全搜索引擎工控篇,最早于2015年12月被媒体报道。从我们的数据分析来看,该搜索引擎从2015年9月18号开始针对工控协议扫描,然而该团队行为活跃到2015年11月后就没有了明显行为,直到2016年4月19号重新出现。

根据在平台查找Modbus、S7数据,显示数据获取时间为2015年10月19、20日,可以看出谛听搜索平台公开数据过于陈旧,相比于同类引擎从数据总量与时间轴感知能力方面欠缺,同时平台数据的存量也不及同类平台。

从协议交互深度与扫描行为方式上看,该引擎Modbus协议交互程度较低,S7协议使用了SCADA Strange Love发布的plcscan脚本相同的交互方式。

6.2 傻蛋(oshadan)

6.2.1 针对扫描节点的行为统计

a

d s

6.2.2 协议交互深度统计

f

6.2.3 组织行为分析

傻蛋联网设备搜索平台虽然主要针对web框架的搜索、识别,但从探测行为上,该引擎从2015年8月26日开始收集工控设备端口信息,其数据未在平台公开;从扫描频率及深度来看,该团队具备了稳定的对工控协议的扫描探测能力。我们推测该团队的此类数据可能只面向特定用户或积累到一定程度后在平台公开。

6.3 中国网安

6.3.1 针对扫描节点的行为统计

g

h j

6.3.2 协议交互深度统计

k

6.3.3 组织行为分析

从我们的数据来看,该团队于2016年1月开始针对工控设备进行识别扫描,我们注意到该团队疑似的一些测试行为,在一些时间点存在重复多次的连接与交互行为,其行为主要从2016年3月13日开始,110.185.210.152在13日就有19*7次,20日19*24次,15日19*23次,16日19*15次的高频率扫描,之后保持每日一次左右的探测行为,另外值得注意的该引擎针对modbus协议具备高交互扫描行为,然而该引擎的扫描脚本是基于Redpoint的modicon-info稍加改良后的版本,其携带了大量与功能标识无关的额外交互数据,这导致了扫描探测到施耐德PLC时交互时间长,请求数量多,相比于Shodan基于modbus的高交互扫描显得比较臃肿。

本研究报告由灯塔实验室原创

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