CN112217819B - 基于双因子认证体系的工业控制报文语意解析审计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于双因子认证体系的工业控制报文语意解析审计方法，所述解析审计方法包括以下步骤：建立报文签名者数据库，所述报文签名数据库用于存储若干个认证签名者的报文签名；接收到报文时，判断报文地址是否为中转报文地址，如果是中转报文地址，识别中转报文地址类型并据此发送报文；如果不是中转报文地址，解析报文获取报文的信息内容、报文签名和报文源地址并据此选择中转报文地址；所述中转报文地址包括第一报文地址和第二报文地址，所述第一报文地址为报文源地址为工业控制系统内部地址时所使用的中转报文地址，所述第二报文地址为报文源地址为工业控制系统外部地址时所使用的中转报文地址。

Description

基于双因子认证体系的工业控制报文语意解析审计方法
技术领域
本发明涉及工业控制技术领域，具体为一种基于双因子认证体系的工业控制报文语意解析审计方法。
背景技术
随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。工业控制系统网络化浪潮又将诸如嵌入式技术、多标准工业控制网络互联、无线技术等多种当今流行技术融合进来，从而拓展了工业控制领域的发展空间，带来新的发展机遇。
工业控制系统是对诸如图像、语音信号等大数据量、高速率传输的要求。报文在工业控制系统中起着重要的作用。报文是网络中交换与传输的数据单元，即站点一次性要发送的数据块。报文包含了将要发送的完整的数据信息，其长短很不一致，长度不限且可变。现有技术中，在工业控制报文传输过程中，传输效率较低并且传输的安全稳定性较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于双因子认证体系的工业控制报文语意解析审计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于双因子认证体系的工业控制报文语意解析审计方法，所述解析审计方法包括以下步骤：
建立报文签名者数据库，所述报文签名数据库用于存储若干个认证签名者的报文签名；
接收到报文时，判断报文地址是否为中转报文地址，
如果是中转报文地址，识别中转报文地址类型并据此发送报文；
如果不是中转报文地址，解析报文获取报文的信息内容、报文签名和报文源地址并据此选择中转报文地址。
进一步的，所述中转报文地址包括第一报文地址和第二报文地址，所述第一报文地址为报文源地址为工业控制系统内部地址时所使用的中转报文地址，所述第二报文地址为报文源地址为工业控制系统外部地址时所使用的中转报文地址。
进一步的，所述识别中转报文地址类型并据此接收报文包括以下；
如果识别出报文地址为第一报文地址，将报文发送给工业控制系统内部地址，工业控制系统内部地址直接接收报文；
如果识别出报文地址为第二报文地址，将报文发送给其报文签名者进行密钥验证，密钥验证通过后，将报文发送给工业控制系统内部地址；
工业控制系统内部接收到报文地址为第二报文地址时，解析报文的信息内容后返回报文源地址该次信息内容的审计标识，所述审计标识包括兴趣标识和非兴趣标识。
进一步的，所述解析报文获取报文的信息内容、报文签名和发送报文地址并据此选择中转报文地址包括以下：
获取报文的信息内容、报文签名和报文源地址，如果信息内容的语意内容包含恶意语意内容，丢弃该报文，并传输报文无效的信息给报文源地址，否则，如果报文签名属于报文签名者数据库，判断报文源地址属于兴趣地址还是非兴趣地址，当报文源地址属于兴趣地址时，直接将报文中的信息内容和报文中的报文签名以第二报文地址进行发送，当报文源地址属于非兴趣地址时，获取报文中的报文签名的签名者在最近一段时间内的签名频率，如果签名频率小于等于签名频率阈值，将报文中的信息内容和报文中的报文签名以第二报文地址发送，
其中，签名者在最近一段时间内的签名频率qf＝nq/nz，nq为最近一段时间内所有报文中报文签名为该次签名者的报文签名次数，nz为最近一段时间内所有报文中包含报文签名的报文数目，
兴趣地址为兴趣频率大于等于兴趣频率阈值的报文源地址，非兴趣地址为兴趣频率小于兴趣频率阈值的报文源地址，所述兴趣频率yf＝my/mz，其中，my为相应的报文源地址标识兴趣标识的次数，mz为工业控制系统内部接收到相应的报文源地址发送报文的次数。
进一步的，如果签名频率小于等于签名频率阈值，将报文中的信息内容和报文签名转发给其他认证签名者审核，如果其他签名者予以新报文签名，将报文中的信息内容和新报文签名以第二报文地址进行发送。
进一步的，所述第一报文地址发送的报文信息内容接收优先级大于第二报文地址发送的报文信息内容，
如果两个报文同时以第二报文地址发送，比较两个报文的报文源地址的兴趣频率大小，兴趣频率更大的报文源地址的报文信息内容接收优先级大于兴趣频率更小的报文信息内容。
进一步的，当发送报文地址为工业控制系统内部地址时，发送报文地址即为第一报文地址。
进一步的，所述解析审计方法还包括解析审计系统，所述解析审计系统包括报文签名者数据库、中转地址判断模块、报文发送模块和中转地址选取模块，所述报文签名数据库用于存储若干个认证签名者的报文签名，所述中转地址判断模块在接收到报文时，判断报文地址是否为中转报文地址，在是中转报文地址的情况下，报文发送模块识别中转报文地址类型并据此发送报文，在不是中转报文地址的情况下，中转地址选取模块解析报文获取报文的信息内容、报文签名和报文源地址并据此选择中转报文地址。
进一步的，所述中转报文地址包括第一报文地址和第二报文地址，所述第一报文地址为报文源地址为工业控制系统内部地址时所使用的中转报文地址，所述第二报文地址为报文源地址为工业控制系统外部地址时所使用的中转报文地址，所述报文发送模块包括地址类型识别模块、第一报文发送模块和第二报文发送模块，所述地址类型识别模块用于识别中转报文地址的类型，在中转报文地址为第一报文地址时，令所述第一报文发送模块，将报文直接发送给工业控制系统内部地址，在中转报文地址为第二报文地址时，令所述第二报文发送模块对报文进行处理，所述第二报文发送模块包括密钥验证模块和审计模块，所述密钥验证模块将报文发送给其报文签名者进行密钥验证，并在密钥验证通过后，将报文发送给工业控制系统内部地址，所述审计模块用于在工业控制系统内部接收到报文地址为第二报文地址时，解析报文的信息内容后返回报文源地址该次信息内容的审计标识，所述审计标识包括兴趣标识和非兴趣标识。
进一步的，所述中转地址选取模块包括报文内容获取模块、语意内容识别模块、报文签名判断模块和兴趣地址判断模块，所述报文内容获取模块用于解析报文获取报文的信息内容、报文签名和报文源地址，所述语意内容识别模块用于识别报文的信息内容的语意内容是否包含恶意语意内容，在包含恶意语意内容时丢弃该报文，并传输报文无效的信息给报文源地址，在不包含恶意语意内容时令报文签名判断模块判断报文签名是否属于报文签名者数据库，如果属于报文签名者数据库，令兴趣地址判断模块判断报文源地址属于兴趣地址还是非兴趣地址，在属于兴趣地址时令兴趣地址处理模块直接将报文中的信息内容和报文中的报文签名以第二报文地址进行发送，在属于非兴趣地址时令非兴趣地址处理模块对报文进行处理，所述非兴趣地址处理模块包括签名频率比较模块和再审核模块，所述签名频率比较模块用于将报文中的报文签名的签名者在最近一段时间内的签名频率与签名频率阈值进行比较，在签名频率小于等于签名频率阈值，将报文中的信息内容和报文中的报文签名以第二报文地址发送，在签名频率大于签名频率阈值时，令再审核模块将报文中的信息内容和报文签名转发给其他认证签名者审核，如果其他签名者予以新报文签名，将报文中的信息内容和新报文签名以第二报文地址进行发送。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明针对工业控制系统内部和工业控制系统外部发送的报文都采取不同的处理方式，从而提升报文的处理效率，在传输工业控制系统外部发送的报文时，通过中转报文地址将报文的信息内容进行发送，防止外部直接发送的报文包含病毒，提高内部接收报文的安全性。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明基于双因子认证体系的工业控制报文语意解析审计方法的解析审计系统的模块示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供技术方案：一种基于双因子认证体系的工业控制报文语意解析审计方法，所述解析审计方法包括以下步骤：
建立报文签名者数据库，所述报文签名数据库用于存储若干个认证签名者的报文签名；
接收到报文时，判断报文地址是否为中转报文地址，所述中转报文地址包括第一报文地址和第二报文地址，所述第一报文地址为报文源地址为工业控制系统内部地址时所使用的中转报文地址，所述第二报文地址为报文源地址为工业控制系统外部地址时所使用的中转报文地址，所述第一报文地址发送的报文信息内容接收优先级大于第二报文地址发送的报文信息内容；当报文源地址为工业控制系统内部地址时，直接以报文源地址给工业控制系统内部地址发送报文，当报文源地址为工业控制系统内部地址时，需要将报文的信息内容和报文签名添加到以第二报文地址为名义的报文内后发送给工业控制系统内部地址。
如果是中转报文地址，识别中转报文地址类型并据此发送报文；
所述识别中转报文地址类型并据此接收报文包括以下；
如果识别出报文地址为第一报文地址，将报文发送给工业控制系统内部地址，工业控制系统内部地址直接接收报文；
如果识别出报文地址为第二报文地址，将报文发送给其报文签名者进行密钥验证，密钥验证通过后，将报文发送给工业控制系统内部地址；
工业控制系统内部接收到报文地址为第二报文地址时，解析报文的信息内容后返回报文源地址该次信息内容的审计标识，所述审计标识包括兴趣标识和非兴趣标识。在收到第二报文地址发送的报文信息内容后，如果报文的信息内容为与工业控制系统内部相关的内容，那么返回报文源地址该次信息内容的审计标识为兴趣标识，该报文的信息内容所对应的报文源地址的兴趣标识数目加1；
如果不是中转报文地址，解析报文获取报文的信息内容、报文签名和报文源地址并据此选择中转报文地址。报文源地址为工业控制系统外部向工业控制系统内发送报文时的报文地址；
所述解析报文获取报文的信息内容、报文签名和发送报文地址并据此选择中转报文地址包括以下：
获取报文的信息内容、报文签名和报文源地址，如果信息内容的语意内容包含恶意语意内容，丢弃该报文，并传输报文无效的信息给报文源地址，否则，如果报文签名属于报文签名者数据库，判断报文源地址属于兴趣地址还是非兴趣地址，当报文源地址属于兴趣地址时，直接将报文中的信息内容和报文中的报文签名以第二报文地址进行发送，当报文源地址属于非兴趣地址时，获取报文中的报文签名的签名者在最近一段时间内的签名频率，如果签名频率小于等于签名频率阈值，将报文中的信息内容和报文中的报文签名以第二报文地址发送，本申请中，报文源地址属于兴趣地址和非兴趣地址不是一成不变的，是动态变化的，从而实现了对外部的报文地址的动态监测；
其中，签名者在最近一段时间内的签名频率qf＝nq/nz，nq为最近一段时间内所有报文中报文签名为该次签名者的报文签名次数，nz为最近一段时间内所有报文中包含报文签名的报文数目，
兴趣地址为兴趣频率大于等于兴趣频率阈值的报文源地址，非兴趣地址为兴趣频率小于兴趣频率阈值的报文源地址，所述报文源地址兴趣频率yf＝my/mz，其中，my为相应的报文源地址标识兴趣标识的次数，mz为工业控制系统内部接收到相应的报文源地址发送报文的次数。
如果签名频率小于等于签名频率阈值，将报文中的信息内容和报文签名转发给其他认证签名者审核，如果其他签名者予以新报文签名，将报文中的信息内容和新报文签名以第二报文地址进行发送，防止某一个签名者的权利被滥用或者某一个签名者的签名被造假。
如果两个报文同时以第二报文地址发送，比较两个报文的报文源地址的兴趣频率大小，兴趣频率更大的报文源地址的报文信息内容接收优先级大于兴趣频率更小的报文信息内容。
当发送报文地址为工业控制系统内部地址时，发送报文地址即为第一报文地址。
所述解析审计方法还包括解析审计系统，所述解析审计系统包括报文签名者数据库、中转地址判断模块、报文发送模块和中转地址选取模块，所述报文签名数据库用于存储若干个认证签名者的报文签名，所述中转地址判断模块在接收到报文时，判断报文地址是否为中转报文地址，在是中转报文地址的情况下，报文发送模块识别中转报文地址类型并据此发送报文，在不是中转报文地址的情况下，中转地址选取模块解析报文获取报文的信息内容、报文签名和报文源地址并据此选择中转报文地址。
所述中转报文地址包括第一报文地址和第二报文地址，所述第一报文地址为报文源地址为工业控制系统内部地址时所使用的中转报文地址，所述第二报文地址为报文源地址为工业控制系统外部地址时所使用的中转报文地址，所述报文发送模块包括地址类型识别模块、第一报文发送模块和第二报文发送模块，所述地址类型识别模块用于识别中转报文地址的类型，在中转报文地址为第一报文地址时，令所述第一报文发送模块，将报文直接发送给工业控制系统内部地址，在中转报文地址为第二报文地址时，令所述第二报文发送模块对报文进行处理，所述第二报文发送模块包括密钥验证模块和审计模块，所述密钥验证模块将报文发送给其报文签名者进行密钥验证，并在密钥验证通过后，将报文发送给工业控制系统内部地址，所述审计模块用于在工业控制系统内部接收到报文地址为第二报文地址时，解析报文的信息内容后返回报文源地址该次信息内容的审计标识，所述审计标识包括兴趣标识和非兴趣标识。
所述中转地址选取模块包括报文内容获取模块、语意内容识别模块、报文签名判断模块和兴趣地址判断模块，所述报文内容获取模块用于解析报文获取报文的信息内容、报文签名和报文源地址，所述语意内容识别模块用于识别报文的信息内容的语意内容是否包含恶意语意内容，在包含恶意语意内容时丢弃该报文，并传输报文无效的信息给报文源地址，在不包含恶意语意内容时令报文签名判断模块判断报文签名是否属于报文签名者数据库，如果属于报文签名者数据库，令兴趣地址判断模块判断报文源地址属于兴趣地址还是非兴趣地址，在属于兴趣地址时令兴趣地址处理模块直接将报文中的信息内容和报文中的报文签名以第二报文地址进行发送，在属于非兴趣地址时令非兴趣地址处理模块对报文进行处理，所述非兴趣地址处理模块包括签名频率比较模块和再审核模块，所述签名频率比较模块用于将报文中的报文签名的签名者在最近一段时间内的签名频率与签名频率阈值进行比较，在签名频率小于等于签名频率阈值，将报文中的信息内容和报文中的报文签名以第二报文地址发送，在签名频率大于签名频率阈值时，令再审核模块将报文中的信息内容和报文签名转发给其他认证签名者审核，如果其他签名者予以新报文签名，将报文中的信息内容和新报文签名以第二报文地址进行发送。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于双因子认证体系的工业控制报文语意解析审计方法，其特征在于，所述解析审计方法包括以下步骤：
建立报文签名者数据库，所述报文签名数据库用于存储若干个认证签名者的报文签名；
接收到报文时，判断报文地址是否为中转报文地址，
如果是中转报文地址，识别中转报文地址类型并据此发送报文；
如果不是中转报文地址，解析报文获取报文的信息内容、报文签名和报文源地址并据此选择中转报文地址；
所述中转报文地址包括第一报文地址和第二报文地址，所述第一报文地址为报文源地址为工业控制系统内部地址时所使用的中转报文地址，所述第二报文地址为报文源地址为工业控制系统外部地址时所使用的中转报文地址；
所述识别中转报文地址类型并据此接收报文包括以下；
如果识别出报文地址为第一报文地址，将报文发送给工业控制系统内部地址，工业控制系统内部地址直接接收报文；
如果识别出报文地址为第二报文地址，将报文发送给其报文签名者进行密钥验证，密钥验证通过后，将报文发送给工业控制系统内部地址；
工业控制系统内部接收到报文地址为第二报文地址时，解析报文的信息内容后返回报文源地址该次信息内容的审计标识，所述审计标识包括兴趣标识和非兴趣标识；
所述解析报文获取报文的信息内容、报文签名和发送报文地址并据此选择中转报文地址包括以下：
获取报文的信息内容、报文签名和报文源地址，如果信息内容的语意内容包含恶意语意内容，丢弃该报文，并传输报文无效的信息给报文源地址，否则，如果报文签名属于报文签名者数据库，判断报文源地址属于兴趣地址还是非兴趣地址，当报文源地址属于兴趣地址时，直接将报文中的信息内容和报文中的报文签名以第二报文地址进行发送，当报文源地址属于非兴趣地址时，获取报文中的报文签名的签名者在最近一段时间内的签名频率，如果签名频率小于等于签名频率阈值，将报文中的信息内容和报文中的报文签名以第二报文地址发送，
其中，签名者在最近一段时间内的签名频率qf＝nq/nz，nq为最近一段时间内所有报文中报文签名为该次签名者的报文签名次数，nz为最近一段时间内所有报文中包含报文签名的报文数目，
兴趣地址为兴趣频率大于等于兴趣频率阈值的报文源地址，非兴趣地址为兴趣频率小于兴趣频率阈值的报文源地址，所述兴趣频率yf＝my/mz，其中，my为相应的报文源地址标识兴趣标识的次数，mz为工业控制系统内部接收到相应的报文源地址发送报文的次数。
2.根据权利要求1所述的一种基于双因子认证体系的工业控制报文语意解析审计方法，其特征在于：如果签名频率小于等于签名频率阈值，将报文中的信息内容和报文签名转发给其他认证签名者审核，如果其他签名者予以新报文签名，将报文中的信息内容和新报文签名以第二报文地址进行发送。
3.根据权利要求1所述的一种基于双因子认证体系的工业控制报文语意解析审计方法，其特征在于：所述第一报文地址发送的报文信息内容接收优先级大于第二报文地址发送的报文信息内容，
如果两个报文同时以第二报文地址发送，比较两个报文的报文源地址的兴趣频率大小，兴趣频率更大的报文源地址的报文信息内容接收优先级大于兴趣频率更小的报文信息内容。
4.根据权利要求1所述的一种基于双因子认证体系的工业控制报文语意解析审计方法，其特征在于：当发送报文地址为工业控制系统内部地址时，发送报文地址即为第一报文地址。
5.根据权利要求2所述的一种基于双因子认证体系的工业控制报文语意解析审计方法，其特征在于：所述解析审计方法还包括解析审计系统，所述解析审计系统包括报文签名者数据库、中转地址判断模块、报文发送模块和中转地址选取模块，所述报文签名数据库用于存储若干个认证签名者的报文签名，所述中转地址判断模块在接收到报文时，判断报文地址是否为中转报文地址，在是中转报文地址的情况下，报文发送模块识别中转报文地址类型并据此发送报文，在不是中转报文地址的情况下，中转地址选取模块解析报文获取报文的信息内容、报文签名和报文源地址并据此选择中转报文地址。
6.根据权利要求5所述的一种基于双因子认证体系的工业控制报文语意解析审计方法，其特征在于：所述中转报文地址包括第一报文地址和第二报文地址，所述第一报文地址为报文源地址为工业控制系统内部地址时所使用的中转报文地址，所述第二报文地址为报文源地址为工业控制系统外部地址时所使用的中转报文地址，所述报文发送模块包括地址类型识别模块、第一报文发送模块和第二报文发送模块，所述地址类型识别模块用于识别中转报文地址的类型，在中转报文地址为第一报文地址时，令所述第一报文发送模块，将报文直接发送给工业控制系统内部地址，在中转报文地址为第二报文地址时，令所述第二报文发送模块对报文进行处理，所述第二报文发送模块包括密钥验证模块和审计模块，所述密钥验证模块将报文发送给其报文签名者进行密钥验证，并在密钥验证通过后，将报文发送给工业控制系统内部地址，所述审计模块用于在工业控制系统内部接收到报文地址为第二报文地址时，解析报文的信息内容后返回报文源地址该次信息内容的审计标识，所述审计标识包括兴趣标识和非兴趣标识。
7.根据权利要求6所述的一种基于双因子认证体系的工业控制报文语意解析审计方法，其特征在于：所述中转地址选取模块包括报文内容获取模块、语意内容识别模块、报文签名判断模块、兴趣地址判断模块、兴趣地址处理模块和非兴趣地址处理模块，所述报文内容获取模块用于解析报文获取报文的信息内容、报文签名和报文源地址，所述语意内容识别模块用于识别报文的信息内容的语意内容是否包含恶意语意内容，在包含恶意语意内容时丢弃该报文，并传输报文无效的信息给报文源地址，在不包含恶意语意内容时令报文签名判断模块判断报文签名是否属于报文签名者数据库，如果属于报文签名者数据库，令兴趣地址判断模块判断报文源地址属于兴趣地址还是非兴趣地址，在属于兴趣地址时令兴趣地址处理模块直接将报文中的信息内容和报文中的报文签名以第二报文地址进行发送，在属于非兴趣地址时令非兴趣地址处理模块对报文进行处理，所述非兴趣地址处理模块包括签名频率比较模块和再审核模块，所述签名频率比较模块用于将报文中的报文签名的签名者在最近一段时间内的签名频率与签名频率阈值进行比较，在签名频率小于等于签名频率阈值，将报文中的信息内容和报文中的报文签名以第二报文地址发送，在签名频率大于签名频率阈值时，令再审核模块将报文中的信息内容和报文签名转发给其他认证签名者审核，如果其他签名者予以新报文签名，将报文中的信息内容和新报文签名以第二报文地址进行发送。
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