工业控制系统轻量级数据安全传输的研究控制科学与工程专业论文.docxVIP

浙江大学硕士学位论文 浙江大学硕士学位论文 摘要 摘要 工业控制系统(Industrial Control System，ICS),广-泛应用于核电、火电、水 利、化工、石化、制药、造纸等流程制造业领域，其安全问题关系到国家关键 基础设施。近年来针对工业控制系统的安全事件层出不穷，而工控系统中数据 以明文形式传输的特点，使得攻击者能够轻易地破坏ICS正常数据交互。研究 工控系统数据安全传输机制，在保证系统稳定、可靠运行的前提下，最大限度 地提升系统通信安全，成为一个新兴的研究点。为此，本文在工业控制系统数 据安全通信方面做了以下工作： 1．在概述ICS基本通信架构的基础上，从数据来源安全和数据传输安全的 角度分析了ICS通信网络潜在的脆弱性，然后根据ICS通信的特点，总结了ICS 安全通信的要求和限制，并引入执行成本低，占用资源少的轻量级密码算法， 建立基于安全代理的ICS轻量级数据安全传输框架，实现数据完整性校验和机 密性保护。 2．针对ICS数据安全传输方案在设计过程没有考虑控制系统安全通信限制 的问题，本文首先建立了以现场设备安全成本、系统控制性能和控制回路安全 收益为约束的数据安全传输方案设计模型。在量化分析各设计约束组成要素的 基础上，分别构造其目标函数，并利用三角模糊层次分析法进行权重赋值和一 致性校验。最后，提出基于成本一性能一安全综合权衡的多属性决策模型，并利 用灰色关联度法进行求解，以设计最佳数据安全传输方案。 3，在分析ICS密钥更新必要性以及密钥更新时延的基础上，针对密钥更新 过程系统控制性能和安全性之间的博弈问题，基于带精英策略的快速非支配排 序遗传算法(Non—dominated Sorting Genetic Algorithms II，NSGA_II)提出了以最 小化系统响应误差和最小化密钥泄漏时间为优化目标的ICS密钥更新周期优化 方法。 关键词：工业控制系统；数据安全；轻量级；多属性决策；密钥更新优化； NSGA II： 万方数据 浙江大学硕士学位论文 浙江大学硕士学位论文 摘要 II 万方数据 浙江大学硕士学位论文 浙江大学硕士学位论文 Abs仃act Abstract Industrial Control Systems(ics)of which the security issues related to the national critical infrastructure are widely used in process manufacturing industries， such nuclear power，thermal power，water conservancy，chemical，petrochemical and pharmaceutical．Recent years，security incidents against ICSs emerge much frequently．Besides，data transmitted in the form of clear text makes it easier for attackers to destroy ICS communication．Under the prerequisite of ensuring the reliability and stability，researches on iCS security data transmission mechanisms of which the purposes are to improve the system communication security have become new research field．In this thesis，the main contributes data security for ICS follow： 1．According to the overview of the communication infrastructure of iCS，the potential vulnerabilities in ICS network were analyzed from the perspective of the security sources well as security transmission of data．Then，in accorda