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SIMATICWinCC系统的7个漏洞进行攻击。特别是针对西门子公司的SIMATICWinCC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。目录安全建议感染原理卡巴斯基关于360解读“超级工厂”的声明360关于卡巴斯基声明的回应安全建议感染原理卡巴斯基关于360解读“超级工厂”的声明360关于卡巴斯基声明的回应展开编辑本段安全建议由于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VirusBulletin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PLCRootkit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/Step7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：下面的截图显示了Step7STL编译器中Stuxnet恶意代码的一部分。其中，编写Stuxnet功能代码块的MC7代码的开始部分是可视的；下面显示的代码来自于反汇编后的FC1873模块。Step7软件使用库文件s7otbxdx.dll来和PLC通信。当Step7程序准备进入PLC时，它会调用该DLL文件中不同的例程。例如，如果一个代码块需要用Step7从PLC中读出，那么，例程s7blk_read就会被调用到。s7otbxdx.dll中的代码会进入PLC,读出其中的代码，并把它传回Step7程序，如下图所示：现在让我们看看当Stuxnet是如何进入PLC的。运行后，Stuxnet会将原始的s7otbxdx.dll文件重命名为s7otbxsx.dll。然后，它将用自身取代原始的DLL文件。现在，Stuxnet就可以拦截任何来自其他软件的访问PLC的命令。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。编辑本段感染原理1.如何选择需要感染的PLCStuxnet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CPU6ES7-417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--7050hand9500h；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2CCB0001,这个字节序反映了通信处理器CP342-5(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。3.感染代码被注入OB1功能的代码是用来感染序列A和B的。这些序列包含了以下模块：代码块：FC1865至FC1874,FC1876至FC1880（注意：FC1869并非Stuxnet的一部分，而是PLC的DP_RECV模块的一个拷贝）；数据模块：DB888至DB891。序列A和B用DP_RECV挂钩模块来拦截Profibus中的数据包，并根据在这些模块中找到的数值，来构造其他的数据包并发送出去。这由一个复杂的状态机控制（状态机被建立在上面提到的FC模块中）。这个状态机可部分受控于数据块DB890中的DLL。在某些条件下，序列C会被写入一个PLC。这个序列比A和B包含更多的模块：FC6055至FC6084；DB8062,DB8063；DB8061,DB8064至DB8070（在运行中产生）。序列C主要为了将I/O信息读写入PLC的内存文件映射的I/O区域，以及外围设备的I/O。程序A/B的控制流如下图所示，在之前的Step7编辑器的截图中也有部分显示（数据模块FC1873）:而序列C的程序流则更加复杂，可以从下面的图表中看到:4.RootkitStuxnetPLCrootkit代码全部藏身于假冒的s7otbxdx.dll中。为了不被PLC所检测到，它至少需要应付以下情况：对自己的恶意数据模块的读请求；对受感染模块(OB1,OB35,DP_RECV)的读请求；可能覆盖Stuxnet自身代码的写请求。Stuxnet包含了监测和拦截这些请求的代码，它会修改这些请求以保证Stuxnet的PLC代码不会被发现或被破坏。下面列出了几个Stuxnet用被挂钩的导出命令来应付这些情况的例子：s7blk_read:监测读请求，而后Stuxnet会返回：真实请求的DP_RECV(保存为FV1869)；错误信息，如果读请求会涉及到它的恶意模块；OB1或OB35的干净版本的拷贝s7blk_write:监测关于OB1/OB35的写请求，以保证他们的新版本也会被感染。s7blk_findfirst/s7blk_findnext:这些例程被用于枚举PLC中的模块。恶意模块会被自动跳过。s7blk_delete:监测对模块的“删除”操作。如上文所述，Stuxnet是一个非常复杂的威胁，而其中的PLC感染代码令问题更加难以解决。仅仅关于注入的MC7代码（我们于几个月前通过逆向工程获得）就可以讨论很久。若想了解更多关于PLC感染例程和Stuxnet的总体情况，请务必关注我们即将于VirusBulletin会议中发布的白皮书。编辑本段卡巴斯基关于360解读“超级工厂”的声明卡巴斯基实验室于2010年7月15日向全球公布了对“Stuxnet”病毒（国内译成“震网”、“超级病毒”或“超级工厂”，以下称“超级工厂”）的技术分析，并于9月24日由其创始人及CEO尤金@卡巴斯基先生公布了更为深入的行业解读：1、“超级工厂”病毒采用了复杂的多层攻击技术，同时利用四种“零日漏洞”对微软操作系统进行攻击，利用两种有效的数字证书（Realtek和JMicron），让自己隐身。2、“超级工厂”的目的不像一般的病毒，干扰电脑正常运行或盗窃用户财产和隐私，其最终目的是入侵SimaticWinCCSCADA系统，该系统主要被用做工业控制系统，能够监控工业生产、基础设施或基于设施的工业流程。类似的系统在全球范围内被广泛地应用于输油管道、发电厂、大型通信系统、机场、轮船甚至军事设施中。3、“超级工厂”已然是网