博智工控漏洞挖掘平台实战-西门子PLC漏洞挖掘

1.准备工作

1.1.靶标介绍

本次实战选取的靶标是德国西门子PLC产品，西门子公司生产的PLC在我国工控行业应用得十分广泛，例如冶金、化工、印刷、交通等领域。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括S7-200、S7-300、S7-400、S7-1200、S7-1500等。

本次实战选取的西门子PLC产品为：S7-1200。实物图：

通过TIA软件可以搜索到该PLC，查看固件版本号为V 3.0.2。如图：

查看其IP地址为192.168.11.199。如图：

1.2.S7Comm Plus协议介绍

介绍S7Comm-Plus之前，需要介绍一下S7Comm(全称为S7 Communication)，它是西门子为了在多个PLC之间、SCADA与PLC之间的通信而设计的专属协议。而S7Comm-Plus的诞生是为了解决S7Comm存在的一些安全漏洞。

在早期的S7Comm-Plus V2中，通过引入新的会话ID来防止包重放攻击，但是该机制存在漏洞，可以被绕过，从而继续实施报文伪造和重放；在S7Comm-Plus V3中，通过引入证书和复杂的加密算法，彻底从协议层面解决了报文伪造和重放的漏洞。

本次实战的靶标对象西门子S7-1200系列采用S7Comm-Plus V2协议。

使用wireshark对S7-1200 PLC与上位机TIA软件的通信进行抓包，可以看到协议中存在一个“Session Id”字段，每次建连通信都使用不同的session id，如果攻击者创建新的会话进行包重放攻击，重放攻击包中的的session id无法通过PLC的校验，从而达到抵御重放攻击的目的。

但该协议实际使用中，研究者发现这个”会话id”可以通过与PLC握手的报文中获取到。因此session id失去了原本的设计意义，无法达成抵抗重放攻击的目的。

在初始建连过程里上位机将向PLC发起CreateObject请求，该请求使PLC创建“服务端会话容器对象”（ObjectServerSessionContainer）,如图：

PLC创建完会话对象后，将Session Id返回给上位机，在PLC返回的响应报文中，字段Object Id[1]中的内容就是Sesssion Id。

如图可见，报文中的原始数据是0x878080a03d，但是wireshark显示的Session Id却是0x7000103d，这中间需要进行一次转换，才能在后续的报文中填入正确的Session Id。

这里使用的转换算法是一种被称为VLQ编码的算法，VLQ指variable length quantity，即可变长度的量。该算法特性是无须使用单独的结束字符以及长度字符，仅靠其本身就能表示长度可变的值。在报文传输中它意义是无须设立专门的长度字段，接收方就能正确判断变量的长度。

VLQ是基于7bit组的变长编码，本身很简单，就是利用每个字节的bit来暗示是否有后续字节。

l 0xxxxxxx

l 1xxxxxxx 0xxxxxxx

l 1xxxxxxx 1xxxxxxx 0xxxxxxx

这样设计的好处在于无须将数据的长度写在某处，通过读取每个字节的首位bit位，判断其是否是0，是0则结束读取，是1则表示后续还有数据。

通过该算法得知，只要将0x878080a03d每个字节中的首位为1的bit位去掉，然后使用剩下的7个bit进行重组，终得到的数据正好是0x7000103d。

博智漏洞挖掘平台内置了VLQ算法，能正确读取会话id，并将解码后的Session Id编入测试用例中，从而突破了PLC的防御机制，使测试用例能够正常进行。

1.3.测试环境搭建

测试所需硬件：

博智漏洞挖掘平台允许通过测试网络同时连接上位机和下位机。本次实战不涉及上位机，因此仅需使用网线将PLC与漏挖平台的下位机端口，对应漏挖网口ETH0，PLC与漏挖连接如图：

用网线将漏挖的管理口(对应网口MGMT)与PC机连入同一个内网，在PC上能访问管理口IP即可。

2.漏洞挖掘

2.1.网络配置

在PC上使用浏览器登录漏挖管理系统，在系统中找到“环境配置->测试网络配置”，将漏挖系统eth0网口的ip地址配置为PLC同网段地址，本次测试PLC的IP地址是：192.168.11.199，所以将本端地址设置为192.168.11.1~192.168.11.254中的任意一个即可（除192.168.11.199）。

2.2.端口扫描

在“扫描配置->扫描配置“中扫描PLC端口情况，S7Comm-Plus协议端口固定为102/tcp。端口扫描必须确认102端口已经开放。

2.3.监视器选择

根据被测服务的特点选择相应的监视器，S7Comm-Plus协议端口是TCP协议，因此TCP监视器是必须打开的，其他的监视器可根据情况自行选择。

2.4.测试用例选择

博智漏洞挖掘平台根据S7Comm-Plus协议规范内置了若干Fuzzing测试用例，本次实战选取”S7CommPlus v2 SetVariable语法测试”，该用例将测试设备对SetVariable命令的执行逻辑有无漏洞。

2.5.测试用例执行

执行测试用例之前系统会检测各个监视器状态，确保所有监视器状态正常才会开始发送测试用例数据。

如果测试用执行到所有监视器状态均为正常，则表示未发现漏洞，若监视器异常，则需要进一步对测试用例数据进行分析，以确定是否真实存在漏洞。

当测试进度来到13.02%时，测试监视器出现异常，TCP监视器告警，说明此时监视的102、80、443端口无法建连了。

通过监视详情界面，可以看到所有PLC的所有 TCP端口均无法连通，如图：

2.6.结果分析以及复现

在漏洞测试结果详情页面可以查看漏洞类型为”拒绝服务”，漏洞个数为1个。

漏洞详情页面还展示了触发本次拒绝务漏洞的payload报文：

开头的03 00 00 38是TPKT协议头、02 f0 80是COTP协议头，从72 02开始则是S7Comm-Plus协议数据，72表示该协议是S7Comm-Plus协议，02则表示该报文是S7Comm-Plus V2。

通过编写包重放代码，仅将该报文发送给处于正常状态的PLC，观察PLC状态，RUN信号灯从绿色变为黄色并闪烁，error等变为红色并闪烁，表示PLC处于错误状态，观察其102端口，已经无法连通。

正常工作的PLC状态：

发送了拒绝服务漏洞的payload报文之后的PLC状态：

抓取payload流量，使用wireshark分析，可以看到如下信息：

触发漏洞的功能码是SetVariable，触发漏洞的数据位于ObjectQualifier区块，PLC S7-1200在处理该数据块的时候，代码逻辑不严密，导致漏挖平台通过构造特殊数据，可以引起服务崩溃，进而触发DOS攻击。

厂商可以通过复查该部分的代码，结合本次测试用例的payload分析代码逻辑缺陷，从而修复该漏洞。