西门子PLC模块授权总经销商 6ES7132-6BD20-0BA0 ET 200SP 数字输出模块

西门子PLC模块授权总经销商 6ES7132-6BD20-0BA0 ET 200SP 数字输出模块

设备相关的安全功能 传输层安全 (TLS) 是一种广泛使用的安全协议，可提高传输数据的安全性。对于自动化系统S7-1500，TLS 用于以下基于证书的应用的安全通信： • Web 服务器（HTTPS 协议框架） • 安全的开放式用户通信(OUC)，包括安全电子邮件（TMAIL_C 指令） • PG/HMI 间安全通信 TLS负责对所列应用的客户端和服务器之间的通信进行身份验证和加密并保证完整性，例如 CPU 的 Web 服务器和显示 CPU 的诊断网页的Web 浏览器之间的通信。 OPC UA 服务器和 OPC UA 客户端应用实际上并不直接使用 TLS，但使用的加密过程类似。 TLS不断发展进步，产生了各种 TLS 版本，这些版本在支持的密码套件（标准化加密方法集） 和性能方面存在区别。 互联网工程任务组(IETF) 负责 TLS 协议的描述。以下相关性适用： • TLS 1.3 对应于 RFC 8446  • TLS 1.2对应于 RFC 5246 此外，并非每个设备都支持 RFC 中定义的所有加密方法。因此，建立连接后，客户端和服务器协商一个双方都支持的方法 (Handshake) 以及要使用的参数。 支持的 TLS 版本 (S7-1500) 下表显示了给定CPU 固件版本中支持的 TLS 版本。 CPU 固件版本 支持的 TLS 版本 V3.0 TLS 1.2、TLS 1.3 V2.9TLS 1.2、TLS 1.3 V2.8 ... V2.0 TLS 1.2 创建证书时支持的加密方法和参数 要为新证书生成公钥，请在TIA Portal 中设置加密方法和加密参数。这些证书参数与具体设备 和所使用的应用程序相关 一种可能性：在 CPU属性中，转到“保护和安全 > 证书管理器”(Protection & Security > Certificatemanager) 并生成新的设备证书。可以在“生成证书”(Generate Certificates) 对话框的“证书参数”(Certificate Parameters) 下找到加密方法和加密参数的设置。 示例：RSA 2048代表加密密钥长度为 2048 位的非对称 RSA 加密方法。 下表根据 CPU 应用或服务列出了支持的加密方法和加密参数。加密方式/参数 S7-1500（固件 V3.0） Web 服务器 (HTTPS) PG/HMI 间安全通信 OUC 安全连接 OPCUA EC prime256v1 ✓ - EC secp384r1 ✓ - EC secp256k1 - - RSA 1024 ✓ ✓43 通信服务 4.6 安全通信 通信 功能手册, 11/2022, A5E03735819-AK 加密方式/参数S7-1500（固件 V3.0） Web 服务器 (HTTPS) PG/HMI 间安全通信 OUC 安全连接 OPC UA RSA2048 ✓ ✓ RSA 4096 ✓ ✓ RSA 8192 - - 4.6.1.3 通过加密确保数据机密消息加密是数据安全的一项重要措施。在通信过程中，即使加密的消息被第三方截获，这些潜 在的侦听者也无法访问所获取的信息。在进行消息加密时，采用了大量的数学处理机制（算法）。 所有算法都通过一个“密钥”参数，对消息进行加密和解密。 • 算法 + 密钥 +消息 => 密文 • 密文 + 密钥 + 算法 =>（明文）消息 对称加密对称加密的关键在于，两个通信伙伴都采用相同的密钥对消息进行加密和解密，如下图所 示：Bob 使用的加密密钥与 Alice使用的解密密钥相同。即，我们常说的双方共享一个密钥， 可通过该密钥对消息进行加密和解密。 $OLFH%RE ① Bob采用对称密钥对消息进行加密 ② Alice 采用对称密钥对加密后的消息进行解密 图 4-7  对称加密该过程类似于一个公文箱，发送方和接收方使用同一把钥匙打开或锁上该公文箱。 • 优势：对称加密算法（如，AES、AdvancedEncryption Algorithm）的速度较快。 •缺点：如何将密钥发送给接收方，而不会落到其他人手中？此为密钥分发问题。如果截获的消息数量足够大，则可推算出所用的密钥，因此必须定期更换。 如果通信伙伴比较多，则需分发的密钥数量巨大。 非对称加密在非对称加密技术中使用一对密钥：一个公钥和一个私钥。与 PKI 一同使用时，又称为公钥加 密系统，简称 PKI加密系统。通信伙伴（下图中的 Alice）拥有一个私钥和一个公钥。公钥对所有人公开。即，任何通信伙伴都可以获得该公钥。拥有公钥的通信伙伴可对发送给 Alice 的 消息进行加密。即下图中的 Bob。 44通信 功能手册, 11/2022, A5E03735819-AK 通信服务 4.6 安全通信 Alice的私钥为她自己所有而不公开，用于对发送给她的密文进行解密。 䫕ޜ ⿱䫕 $OLFH%RE ① Alice 将其公钥提供给Bob。无需采取防范措施即可实现该过程：只要确定采用的是 Alice 的公 钥，所有人都可以发消息给 Alice。 ② Bob 使用Alice 的公钥对消息进行加密。 ③ Alice 使用私钥对 Bob 发送的密文进行解密。由于仅 Alice拥有私有且未公开，因此只有她才能 对该消息进行解密。通过私钥，Alice 可以对使用她所提供的公钥加密的消息进行解密，而不仅 仅只是Bob 的消息。 图 4-8  非对称加密该系统与邮箱类似，所有人都可以向邮箱发送消息，但只有拥有密钥的人才能删除这些消息。 •优势：使用公钥加密的消息，仅私钥拥有者才能进行解密。由于在解密时需要使用另一密钥（私钥），而且加密的消息数量庞大，因此很难推算出解密密钥。这意味着，公钥无需 保持机密性，而这与对称密钥不同。另一大优点在于，公钥的发布更为方便快捷。在非对称密钥系统中，接收方将公钥发送到发送方（消息加密方）时无需建立专用的安全通道。与对称加密过程相比，密钥管理工作 量相对较少。 •缺点：算法复杂（如，RSA，以三位数学家 Rivest、Shamir 和 Adleman 的名字的首字母命名），因此性能低于对称加密机制。 实际通信中的加密过程 在实际通信过程中（如，与 CPU Web服务器通信和开发式用户安全通信），通常在相关的应 用层之后使用 TLS 协议。例如，应用层采用的协议为 HTTP 或SMTP，详细信息见前文所述。 例如，TLS (Transport Layer Security)混合采用非对称加密和对称加密（混合加密）机制确保 数据通过 Internet 进行安全传输，并支持以下子协议： • TLSHandshake Protocol，对通信伙伴进行身份验证，并在非对称加密的基础上对数据传输 所需的算法和密钥进行协商 • TLSRecord Protocol 采用对称加密机制对用户数据加密以及进行数据交换。无论是非对称加密还是对称加密，这两种数据安全加密机制在安全性方面没有明显差异。数据 安全等级取决于设置的参数，如所选密钥的长度等等。加密使用不当 通过位串，无法指定公钥的身份。欺瞒者可使用他们自己的公钥声明为其他人。如果第三方使用该公钥将其认作是指定的通信伙伴，则将导致机密信息被窃取。之后，欺瞒者再使用自己的密钥对这些本消息进行解密，虽然这些消息本不应发送给他们。*终，导致敏感信息泄露，落 入他人之手。 45 通信服务 4.6 安全通信通信 功能手册, 11/2022, A5E03735819-AK为了有效预防此类错误的发生，该通信伙伴必须确信与正确的通信伙伴进行数据通信。此类信 任关系是通过 PKI 中的数字证书建立的。4.6.1.4 通过签名确保数据的真实性和完整性 由能够截获服务器与客户端之间的通信并将自身伪装成客户端或服务器的程序实施的攻击称为中间人攻击。如果未能检测到这些程序的真实身份，则将造成诸如 S7 程序、CPU 中设定值等重要信息泄漏，进而导致设备或工厂遭受攻击。可使用数字证书避免此类攻击。 在安全通信过程中，所用的数字证书符合International Telecommunication Union (ITU) 的 X.509标准。该证书用于检查（认证）程序、计算机或组织机构的身份。 如何通过证书建立信任关系 X.509证书主要用于将带有证书的数据身份（如，电子邮件地址或计算机名称）与公钥中的身 份绑定在一起。身份可以是个人、计算机，也可以是机器设备。证书由证书颁发机构（Certificate Authority，CA）或证书主体签发。而 PKI 系统则指定了用户信任证书颁发机构及其所签发证书的规则。 证书认证过程： 1. 要获取一份证书，需要向与证书颁发机构相关联的注册机构提交一份证书申请。2. 证书颁发机构将基于既定标准对该申请和申请人进行评估。 3.如果可以清晰识别申请人的身份，则证书颁发机构将签发一份已签名的证书进行确认。申 请人现成为证书主体。在下图中，对这一过程进行了简要说明。但不涉及 Alice 对该数字签名的检查过程。 %RE $OLFHؑԫ7ZHQW˄䇱Җ䇔䇱ᵪᶴˈ&$˅ $OLFH㧧ᗇ%REⲴޜ䫕˄⭡7ZHQWㆮ਽亱ਁ˅DŽྲ᷌$OLFHؑԫ7ZHQWˈࡉྩਟ⺞ؑ䈕ޜ䫕⺞ᇎ Ѫ%REᡰᴹDŽ 7ZHQW&$䙊䗷ㆮ਽䇔䇱䈕ޜ䫕Ѫ%REᡰᴹˈᒦᐢ䙊䗷ỰḕDŽ $OLFH7ZHQW&$ &$ 图4-9  由证书颁发机构对证书进行签名 自签名证书 自签名证书指，由证书主体而非独立的证书颁发机构签名的证书。示例： • 用户也可以自己创建证书并签名，对发送给通信伙伴的消息进行加密。在上述示例中， Bob（而非Twent）可以使用私钥对自己的证书进行签名。之后，Alice 将使用 Bob 的公钥 检查该签名是否与 Bob的公钥相匹配。该过程可用于简单的工厂内部数据加密通信。 • 例如，根证书是一种由证书颁发机构 (CA)签署的自签名证书，其中包含证书颁发机构的公 钥。