工控安全入门之Ethernet/IP

这一篇依然是协议层面的，协议层面会翻译三篇，下一篇是电力系统中用的比较多的DNP3。这一篇中大部分引用的资料都可以访问到，只有一篇reversemode.com上的writeup（http://reversemode.com/downloads/logix_report_basecamp.pdf）需要身份认证才能下载，如果有朋友能下载求分享。

Ethernet/IP

与Modbus相比，EtherNet/IP 是一个更现代化的标准协议。由工作组ControlNetInternational与ODVA在20世纪90年代合作设计。EtherNet/IP是基于通用工业协议（Common Industrial Protocol，CIP）的。CIP是一种由ODVA支持的开放工业协议，它被使用在诸如DeviceNet和ControlNet以及EtherNet/IP等串行通信协议中。美国的工控设备制造商Rockwell/Allen-Bradley已经围绕EtherNet/IP进行了标准化，其他厂商如Omron也在其设备上支持了EtherNet/IP。EtherNet/IP已经变得越来越受欢迎，特别是在美国。尽管EtherNet/IP比Modbus更现代化，但仍然存在协议层面的安全问题。EtherNet/IP通常通过TCP/UDP端口44818运行。此外，EtherNet/IP还有另一个端口TCP/UDP端口2222。使用这个端口的原因是EtherNet/IP实现了隐式和显示两种消息传递方式。显式消息被称为客户端/服务器消息，而隐式消息通常被称为I/O消息。

EtherNet/IP是为了在以太网中使用CIP协议而进行的封装。EtherNet/IP的CIP帧封装了命令、数据点和消息等信息。CIP帧包括CIP设备配置文件层、应用层、表示层和会话层四层。数据包的其余部分是EtherNet/IP帧，CIP帧通过它们在以太网上传输。EtherNet/IP分组结构如图5‑12所示。

CIP规范对数据包结构有很多的规定，这意味着每个使用EtherNet/IP的设备必须实现符合规范的命令。下面是EtherNet/IP首部中封装的CIP帧字段：

Command

两字节整数，对应一个CIP命令。CPI标准要求，设备必须能接收无法识别的命令字段，并处理这种异常。
Length

两字节整数，代表数据包中数据部分的长度。对于没有数据部分的请求报文，该字段为0。
Session Handle

会话句柄（session handle）由目标设备生成，并返回给会话的发起者。该句柄将用于后续与目标设备的通信。
Status

Status字段存储了目标设备执行命令返回的状态码。状态码“0”代表命令执行成功。所有的请求报文中，状态码被置为“0”。其它的状态码还包括：

- 0x0001无效或不受支持的命令

- 0x0002目标设备资源不足，无法处理命令

- 0x0003数据格式不正确或数据不正确

- 0x0065接收到无效的数据长度

Sender Context

命令的发送者生成这六字节值，接收方将原封不动的返回该值。
Options

该值必须始终为0，如果不为零，数据包将被丢弃。
Command-specific data

该字段根据接收/发送的命令进行修改。

如果请求发送方是工程师站，大多数会话中执行的第一条命令是“List Identity”命令。如下所示的数据包，命令字段是0x63，代表“List Identity”命令，上下文是“0x00006a0ebe64”。这个命令与Modbus功能码43非常相似，可以查询设备信息，如供应商、产品、序列号、产品代码、设备类型和版本号等。使用在Github项目pyenip中找到的Python脚本ethernetip.py（https://github.com/paperwork/pyenip/blob/master/ethernetip.py），你可以查询Ethernrt/IP设备的信息。默认情况下，这个脚本不会解析一些响应，你需要取消脚本底部的testENIP()函数的注释后，它才会发送和接收“ListIdentity”命令。在执行脚本的。

同时，你可以使用Wireshark查看请求和响应的数据包。

我们在这个例子中没有提供脚本代码，因为它大约有1000行代码。你可以通过访问下面这个GitHub链接来获取脚本（https://github.com/paperwork/pyenip/blob/605ad6d026865e3378542d4428ec975e7c26d2e4/ethernetip.py）。

设备信息泄露

流行程度：10
利用难度：8
影响面：3
威胁评分：7

Digital Bond在项目Redpoint中实现了一个和pyenip很像的脚本，可以用来从远程设备中获取信息。Redpoint脚本使用了上一节提到的“ListIdentity”命令字，并使用NES脚本来解析请求。这个脚本有一个有意思的地方，它的“Conmmand Specific Data”部分包含了一个套接字地址（ip地址和端口号）。这是暴露的远程设备的真实ip地址和端口号，即使它位于NAT设备之后。

通过Shodan搜索（https://www.shodan.io/search?query=port%3A44818），我们发现大量的设备暴露的IP字段和实际扫描的IP地址不同。所以我们得出结论，大多数的Ethernet/IP设备部署在内部网络中，而不是直接暴露在互联网上。如下图5‑15所示的是使用nmap扫描CompactLogix控制系统的扫描结果，可以看到暴露的设备ip和扫描ip不匹配，说明目标系统位于路由器或防火墙之后。

上图显示了一些信息，包括设备的制造商“Rockwell”。设备的制造商在响应中是一个两字节的制造商ID，它映射了一组支持Ethernet/IP的厂商名单。但是，这个厂商名单不是公开的。我们在深入研究Wireshark捕获的数据包后，发现数据包被Wireshark解析后，制造商ID被替换成了制造商名称。这说明Wireshark拥有如何映射制造商ID和名称的信息。通过对Github上Wireshark源代码的一些搜索，我们发现了如下代码片段，它告诉我们该如何解析制造商ID。在解析工控协议的时候，Wireshark常常是一个强大而好用的资源。

使用像“List Identity”这样的命令，你可以简单的重放数据包，几乎不用修改数据包。会话句柄将被设置为0，意味着没有会话生成，因为该命令只是简单的发送命令和接收系统响应。为了进一步与设备进行通信，需要发送注册会话命令（0x65）。这个命令会设置会话句柄ID，这个ID将用于后续会话的通信。如下图5‑16所示，注册会话的请求使用标准ID“0x00000000”，目标设备返回了它生成的会话句柄“0x03A566BB”。

Ethernet/IP中间人攻击

流行程度：5
利用难度：8
影响面：8
威胁评分：7

Ethernet/IP具有和大多数工控协议相似的问题。资讯和培训公司Kenexis发布了针对Ethernet/IP的中间人攻击示例演示。这些示例可以在它们的Github项目主页上找到（https://github.com/kenexis/PortableICS-MITM）。与Modbus不同，简单的数据包重放对Ethernet/IP的某些指令无效。这使得攻击变得稍微复杂了一些。然而，对于大多数攻击者而言，只要对Ethernet/IP的协议稍有了解，这点困难将是微不足道的。一旦会话句柄通过协商被确定，只要通过手动改变序列号，就可以实现像之前Modbus-vcr工具那样的中间人攻击。

Ethernet/IP高危命令字

流行程度：5
利用难度：8
影响面：8
威胁评分：7

就像Modicon利用功能码90来终止CPU，一些Ethernet/IP设备也支持类似的命令字。Digital Bind的Basecamp项目中，发布了一个Metasploit模块（https://www.rapid7.com/db/modules/auxiliary/admin/scada/multi_cip_command），可以被用来终止一个Allen-Bradley ControlLogix控制系统中的大量PLC，以及其它的一些坏坏的事情，比如使以太网卡崩溃。

Digital Bond的Ruben Santamarta在撰写Basecamp项目的Writeup“Attacking ControlLogix”（http://reversemode.com/downloads/logix_report_basecamp.pdf）时写道“我们发送的每个数据包必须包含会话句柄。这就是全部，然后我们Hack了控制器。在协议层面没有更多的安全机制了。”[译者注：reversemode.com上的文档我下载不下来，有能够下载的朋友求分享]。Ruben指出，只要了解Session Handle即可轻松攻击Ethernet/IP。是这个攻击奏效的另一个关键是Allen-Bradley实现的一个命令字。Allen-Bradley在NOP（0x00）命令中实现了终止CPU的功能。

这个命令在CPI或Ethernet/IP的规范中没有记录，是Allen-Bradley/Rockwell控制器的私有实现。通过对大量设备的测试，我们发现，在一些旧的固件中，不仅ControlLogix CPU被终止，而且设备崩溃，需要重新启动硬盘。对于当前的型号，PLC必须拔下并重新插入才能再次运行。极少数情况下，PLC需要重新编程。

我们还是坚持一贯的建议，如果你想测试你的Ethernet/ip设备，请只对非生产设备执行这些测试，并确保你已经被授予对设备执行exploit的许可，因为在设备上执行这些测试的后果是不可测的。