包致婷，柯俊明，杨 铮，3，龙 华，黄 东

（1.重庆理工大学 计算机科学与工程学院，重庆 400054；2.山东大学 计算机科学与技术学院，济南 250000；3.新加坡科技设计大学信息系统技术与设计系，新加坡 138682；4.重庆机电职业技术大学信息工程学院，重庆 402760）

0 概述

《中国制造2025》［1］提出要推进信息化和工业化的深度融合，但随着工业互联网的发展，工业控制系统逐渐从最初的封闭状态向开放状态转变，使暴露在互联网上的工控设备越来越多，从而对工控设备及系统安全构成了巨大威胁。工业互联网的核心部件是信息物理系统（Cyber-Physical Systems，CPS）［2］，但传统CPS本身没有安全措施，导致近年来CPS 受到一些大型攻击［3-5］。CPS 的核心是控制物理过程的可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）［6］，因为PLC可以直接控制物理过程，所以成为攻击者攻击的主要目标。根据工业安全国家联合实验室［7］的调查显示，全球的工控设备接入工业互联网数量从2011 年80 亿台增长到2019 年的174 亿台。对工控设备遭受攻击的数量进行统计，在2017 年上半年受攻击设备的比例为36.61%，在2017 年下半年该比例增长至37.75%，并且这一增长趋势一直延续到2018 年。

CPS使用防火墙［8］保证监控和数据采集（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）系统和PLC 之间的安全通信和访问控制，但防火墙并不能提出针对具体某个PLC 的直接身份认证，而现有PLC 没有任何身份相关的机密信息，因此监控系统不能确定被监控PLC 身份的真实性。为高效实现PLC 的身份认证，引入时间基一次性密码认证要素作为特定PLC 的身份证明凭证，有效解决了现有工业控制系统中常见安全通信协议Modbus［9］、DNP3［10］及OPC-UA［11］的认证要素问题。……