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工业控制系统是水利工程的核心部位，随着工业控制系统和信息技术加速融合，原本独立、封闭的工控系统面临着更多的外部威胁[1]。一直以来工控网络系统更多地考虑其功能的可用性和业务的连续性，而其安全性并未得到足够的重视，尤其缺乏对数据传输过程的安全防护[2]，如重放攻击、指令篡改攻击等，致使安全隐患重重。典型的水利工业控制系统包括过程监控层、现场控制层以及现场设备层[3]。过程监控层主要负责监督和控制系统各个环节物理过程的功能实现，包含操作员站、工程师站、服务器等设备，现场控制层一般由多个现地控制单元组成，包含可编程逻辑控制器（programmablelogiccontroller，PLC）等设备。现场设备层包含各类传感器和执行器，包括水位计、流量计、启闭机等[4]。过程监控层与现场控制层之间一般使用工业以太网协议进行通信，现场控制层与现场设备层之间一般使用现场总线协议进行通信。

目前，水利工业控制系统中使用的工业以太网协议多为Modbus/TCP、Profinet等[5]，使用的现场总线协议多为Modbus、ModbusPlus等[6]，这些协议都是若干年前设计的，没有考虑协议安全性问题，攻击者利用协议漏洞很容易监听、篡改、伪造通信报文，进而控制可编程逻辑控制器对水利工程现场造成破坏。针对工控系统协议脆弱性问题，部分国内外学者提出了解决方案，陈宁等[8提出了一种基于对称加密算法实现的Modbus协议加固方案，该方案可有效解决现场总线层数据明文传输的安全问题，但该方案仅针对总线层的Modbus通信协议，具有一定的局限性，且没有考虑工业以太网的数据安全防护。……