A Taxonomy Study on Securing Blockchain-based Industrial Applications: An Overview, Application Perspectives, Requirements, Attacks, Countermeasures, and Open Issues
区块链技术在当今的工业应用中发挥了主导作用，自诞生以来就提供了显著的功能并显示出显著的性能。区块链从加密货币的概念开始了它的旅程，现在是一系列核心应用程序的一部分，以实现各种任务之间的弹性和自动化。随着区块链技术集成到不同的工业应用中，许多应用程序设计，安全和隐私挑战都出现了，对用户及其数据构成了严重威胁。尽管已经提出了几种方法来解决具有功能参数的目标应用程序的特定安全和隐私需求，但仍然需要对基于区块链的工业应用程序的应用程序，安全和隐私挑战以及要求进行研究，以及可能的安全威胁和对策。这项研究对基于区块链的工业4.0应用进行了最新的调查，重点关注关键的应用程序和安全与隐私要求，以及对区块链系统的相应攻击和潜在的对策。我们还分析并提供了这些应用程序中使用的不同安全和隐私技术的分类，以提高安全功能的先进性。此外，我们强调了工业应用中的一些开放问题，这些问题有助于设计安全的基于区块链的应用程序作为未来的发展方向。
2021-05-25 cs.CR
Design Considerations for Building Credible Security Testbeds: A Systematic Study of Industrial Control System Use Cases
本文提出了一个映射框架的设计因素和实施过程，建立可信的工业控制系统（ICS）的安全测试床。在广泛宣传的网络安全事件之后，ICS的弹性已成为运营商和政府的关键问题。无法将传统的信息技术安全做法应用于信息通信系统，进一步加剧了充分保护关键系统的挑战。为了克服这些挑战，并且在不影响现场环境的情况下做到这一点，用于探索、开发和评估安全控制的测试平台被广泛使用。然而，如何设计测试平台及其属性，不仅直接影响其可行性，而且影响其整体可信度。通过结合系统和专题分析和ICS安全测试床设计属性的映射，本文建议，人类实验人员的专业知识，设计目标，实现方法，架构覆盖范围，核心特征和评估方法，是可以帮助建立或增强信心，可信度和接受度的考虑因素，因此，ICS安全测试床的可信度。
2019-11-04 cs.CR
Synergistic Security for the Industrial Internet of Things: Integrating Redundancy, Diversity, and Hardening
随着工业物联网（IIot）在关键应用领域变得越来越普遍，确保网络攻击的安全性和弹性正成为一个至关重要的问题。对关键基础设施的网络攻击，例如对智能水分配和运输系统的网络攻击，对公共健康和安全构成严重威胁。由于这些威胁的严重性，有各种安全技术可用。然而，没有一种技术可以解决由一个有决心和足智多谋的攻击者发起的整个网络攻击范围。有鉴于此，我们考虑采用多管齐下的方法来设计安全和弹性的IIoT系统，该系统集成了冗余、多样性和强化技术。我们引入了一个框架，用于量化网络安全风险，并通过确定冗余，多样性和加固方面的安全投资来优化IIoT设计。为了证明我们的框架的适用性，我们提出了两个案例研究在水分配和运输的案例研究在水分配系统。我们的数值评估表明，集成冗余，多样性和加固可以导致在相同的成本降低安全风险。
2018-08-28 cs.CR
Madtls: Fine-grained Middlebox-aware End-to-end Security for Industrial Communication
针对工业通信中中间盒功能需求与端到端安全的矛盾，以及现有方案缺乏细粒度控制等问题，提出Madtls协议，实现比特级读写访问控制且开销极低。
2023-12-15 cs.CR cs.NI
Security Analysis of Vendor Implementations of the OPC UA Protocol for Industrial Control Systems
OPC UA协议是即将在欧洲建立工业4.0流程的事实标准，也是少数几个承诺安全功能以防止攻击者操纵和破坏关键基础设施的工业协议之一。尽管该协议非常重要，但到目前为止，产品供应商、实现该标准的库和最终用户在采用OPC UA安全功能方面面临的挑战还没有得到调查。在这项工作中，我们系统地调查了48个公开的工件组成的产品和库的OPC UA和显示，38出的48个工件有一个（或多个）安全问题。特别是，我们表明，7 OPC UA文物不支持协议的安全功能。此外，31个部分具有OPC UA安全性的工件依赖于不完整的库，并带有误导性的说明。因此，依赖这些产品和库将导致OPC UA安全功能的脆弱实现。为了验证我们的分析，我们设计，实施和演示攻击，攻击者可以窃取受害者之间交换的凭证，窃听进程信息，通过传感器值和执行器命令操纵物理过程，并防止检测到异常。
2021-11-08 cs.CR
A Case for Practical Configuration Management Using Hardware-based Security Tokens
未来的工业网络将由新旧组件的复杂混合物组成，而工业4.0所设想的新用例和应用将要求这些网络具有更高的灵活性和动态性。工业安全网关将成为解决这些变化所要求的新安全需求的重要组成部分。它们的引入将进一步增加这些网络已经很高的复杂性，需要更多的努力来正确和安全地配置它们。然而，过去的研究表明，大多数工业网络运营商今天已经无法以安全的方式配置工业网络。因此，我们提出了一个方案，允许工厂运营商配置安全网关在一个简单和实用的方式，也是可以理解的工作人员没有受过训练的安全域。我们采用硬件安全令牌，可以将每天的配置减少到一次物理交互。我们的研究结果表明，我们提出的方案的实际可行性，它不会以任何方式降低工业安全网关的安全级别。
2022-05-25 cs.CR cs.HC
Employee Trust Based Industrial Device Deployment and Initial Key Establishment
需要一个有效的密钥管理系统来支持密码学。大多数密钥管理系统使用预安装的共享密钥或使用带外通道安装初始安全参数。这些方法给在工厂中管理设备的工程师带来了额外的负担。因此，为了实现安全性，工业工厂中的设备部署成为一项具有挑战性的任务。在这项工作中，我们提出了一个设备部署框架，可以支持使用现有的信任对员工在工厂的密钥管理。这种方法减少了员工对初始安全参数的访问，而是有助于将员工的信任与设备调试绑定在一起。因此，这种方法为设备部署问题提供了独特的解决方案。此外，通过使用AVISPA工具的概念验证实现和安全分析，我们提出了我们的框架是可行的，实现和满足我们的安全目标。
2016-04-13 cs.CR
Threat-based Security Controls to Protect Industrial Control Systems
本文分析了针对工业控制系统（ICS）的威胁与常见战术、技术和程序（TTP），利用MITRE ATT&CK框架映射TTP以明确防御所需的安全控制，并回顾了ICS测试床及未来研究方向。
2025-01-22 cs.CR cs.SY eess.SY
Conflict Analysis and Resolution of Safety and Security Boundary Conditions for Industrial Control Systems
针对工业控制系统中安全与安保协同引发的冲突，提出STPA-SafeSec-CDCL方法，结合安全分析及SAT求解消解冲突，并在田纳西伊士曼模型上验证，提升系统可靠性与韧性。
2023-05-10 cs.CR
Securing Manufacturing Intelligence for the Industrial Internet of Things
对预测分析这一新兴领域的广泛兴趣正在推动制造业等行业探索收集和管理工业物联网（IIoT）设备提供的数据的新方法。通常，商业智能（BI）的分析处理是一项密集的任务，它既提供了竞争优势的机会，也存在可能丢失知识产权（IP）的安全漏洞。本文探讨了在制造领域保护BI的两种方法。仿真结果表明，一个统一的威胁管理（UTM）模型是更简单的维护和潜在的漏洞比分布式安全模型。相反，分布式安全模型的性能优于UTM模型，并为现有硬件资源的使用提供了更大的范围。总之，提出了一种混合安全模型，其中安全控制被隔离到多云架构中。
2019-01-22 cs.CR
Challenges and Opportunities in Securing the Industrial Internet of Things
鉴于物联网在互联消费设备方面取得的巨大成功，我们观察到一种自然趋势，即在工业环境中同样互联设备，称为工业物联网或工业4.0。虽然工业组件的这种耦合提供了许多好处，但它也带来了严重的安全挑战。虽然与消费者物联网有许多相似之处，但保护工业物联网也带来了挑战，但也带来了机遇，主要是由于组件的使用寿命更长和网络规模更大。在本文中，我们确定了工业物联网的独特安全目标和挑战，与消费者部署不同，这些目标和挑战主要来自安全和生产力要求。为了解决这些安全目标和挑战，我们对工业物联网安全研究工作进行了全面调查，讨论了它们的适用性，并分析了它们的安全优势。
2021-11-23 cs.CR cs.NI
Developing a Security Testbed for Industrial Internet of Things
虽然实现工业物联网（IIoT）的安全性是一项关键而重要的任务，但需要对棕地IIoT系统给予更多关注。这是其传统设备的长生存周期的结果，这些设备最初设计时没有考虑安全性和物联网连接性，但它们现在正变得更加连接并与新兴的物联网技术和消息通信协议集成。在棕地工业物联网系统中部署当今的方法和解决方案是不可行的，因为安全解决方案必须共存并满足这些系统要求。这需要一个现实的标准化IIoT测试平台，可用作衡量IIoT网络安全解决方案的可信度、分析IIoT攻击态势和提取威胁情报的最佳格式。为棕地工业物联网系统开发测试平台被认为是一项重大挑战，因为这些系统由传统的异构设备、通信层和应用程序组成，需要全面实施以实现高保真度。在本文中，我们提出了一个新的通用端到端IIoT安全测试平台，特别关注棕地系统，并提供了测试平台的架构设计和实施过程的细节。所提出的测试平台可以很容易地复制和重新配置，以支持新的流程和各种安全场景的测试活动。在不同的连接设备、通信协议和应用程序上演示了拟议的测试台操作。实验结果表明，该测试平台在运行和安全测试方面是有效的。与现有的测试平台，包括一个表的功能进行比较。
2020-11-25 cs.CR
Testbed and Software Architecture for Enhancing Security in Industrial Private 5G Networks
Electrical Measurement Engineering Helmut-Schmidt-University Hamburg, Germany（电气测量工程海德堡-施密特大学汉堡分校）；Institute for Innovative Safety and Security Technical Unviersity of Applied Sciences Augsburg（创新安全与安全技术应用技术大学奥格斯堡分校）；ipoque GmbH A Rohde & Schwarz company（ipoque公司）；Technical Unviersity of Applied Sciences Augsburg（应用技术大学奥格斯堡）
本文提出了一种测试平台和软件架构，用于增强工业专用5G网络的安全性，以应对日益复杂的网络威胁。
2025-07-28 cs.CR cs.LG
Effect of Imbalanced Datasets on Security of Industrial IoT Using Machine Learning
Washington University in St. Louis（圣路易斯华盛顿大学）；Federal Institute of São Paulo（圣保罗联邦学院）
机器学习算法已被证明适用于保护IT系统的平台。然而，由于工业物联网（IIoT）和常规IT网络之间的根本差异，需要考虑特殊的性能评估。IIoT系统的漏洞和安全要求需要不同的考虑。在本文中，我们研究了为什么必须将机器学习集成到IIoT的安全机制中，以及它目前在性能方面的不足之处。在我们的实验设计中研究了与此相关的挑战和现实世界的考虑。我们使用类似于真实工业工厂的IIoT测试平台来展示我们的概念验证。
2019-12-02 cs.CR cs.DB cs.LG
Secure Information Sharing in an Industrial Internet of Things
本文探讨了如何在工业物联网（IIoT）中实现与外部供应商的安全信息共享。它还确定了必要的安全要求，安全的信息共享的基础上确定的安全挑战所述的行业。然后，本文提出了提高IIoT安全性的路线图，该路线图研究了保护IIoT设备的短期和长期解决方案。短期解决办法主要是综合现有的良好做法。该白皮书还概述了一个长期解决方案，用于保护IIoT设备，并提供细粒度的访问控制，以便在支持基于云的数据存储的外部实体之间共享数据。
2016-01-17 cs.CR
Socio-Technical Security Modelling: Analysis of State-of-the-Art, Application, and Maturity in Critical Industrial Infrastructure Environments/Domains
本研究系统分析社会技术安全建模在关键基础设施领域的最新进展、应用与成熟度，揭示学术与工业实践间的差距，并指出该领域研究正稳步增长。
2023-05-09 cs.CR cs.CY
Discussing the Feasibility of Acoustic Sensors for Side Channel-aided Industrial Intrusion Detection: An Essay
第四次工业革命导致工业环境中嵌入式计算和相互通信的使用增加。在降低设置、运营和维护的成本和工作量，增加运营或市场的时间和效率的同时，也增加了企业的攻击面。在过去十年中，工业企业已成为网络犯罪分子的目标，原因是间谍活动，但也有政治动机。臭名昭著的攻击活动以及容易获得的恶意软件在毫无准备的状态下袭击行业，创造了一个巨大的威胁环境。由于工业系统通常运行数十年，并且难以或不可能在安全性方面进行升级，因此需要传统兼容的工业安全解决方案来创建安全参数。在工业中，一种可行的方法是实施和使用侧信道传感器。通过不同渠道将来自不同来源的现成传感器数据组合起来，可以增强对安全状态的了解。在这项工作中，一个实验性的工业设置包含侧通道传感器的数据集进行了概念性的讨论，并得出见解。
2019-09-09 cs.CR cs.CY
CoFacS -- Simulating a Complete Factory to Study the Security of Interconnected Production
针对现有工业安全测试平台无法端到端评估攻击影响的问题，提出可复制完整生产线的CoFacS仿真平台，经物理工厂验证偏差仅0.11%，并通过两个案例展示其在安全研究中的应用价值。
2025-08-20 cs.CR cs.NI
The Global State of Security in Industrial Control Systems: An Empirical Analysis of Vulnerabilities around the World
操作技术（OT）-网络和设备，即工业环境中使用的所有组件，在设计时没有考虑到安全性。效率和易用性是最重要的设计特征。然而，由于工业的数字化，越来越多的设备和工业网络向公共网络开放。这有利于工业环境的管理和组织。然而，它也增加了攻击面，为攻击者提供了可能的进入点。最初，闯入生产网络意味着首先打破信息技术（IT）边界，例如公共网站，然后横向移动到工业控制系统（ICS）以影响生产环境。然而，许多OT设备直接连接到互联网，这大大增加了妥协的威胁，特别是因为OT设备包含几个漏洞。在这项工作中，OT设备在互联网上的存在进行了分析，从攻击者的角度来看。公开可用的工具，如搜索引擎Shodan和漏洞数据库，用于查找常用的OT设备并将漏洞映射到它们。这些调查结果按原产国、制造商、数量以及脆弱性的严重程度分类。超过13000台设备被发现，几乎所有都包含至少一个漏洞。欧洲和北美国家是受影响最严重的国家。
2021-11-27 cs.CR
Security in Process: Detecting Attacks in Industrial Process Data
由于第四次工业革命，工业应用利用了通信和嵌入式设备的进步。这使工业用户能够提高效率和可靠性，同时降低成本和工作量。此外，第四次工业革命创造了所谓的工业4.0，在工业环境中开辟了各种新颖的使用和商业案例。然而，这一进展是以工业公司的攻击面扩大为代价的。以前在物理上与公共网络分离的业务网络现在连接起来，以便利用新的通信能力。这就需要工业入侵检测解决方案能够兼容工业中长期运行的机器以及异构和快速变化的网络。在这项工作中，过程数据进行了分析。数据在真实世界的硬件上创建和监控。在设置阶段之后，攻击被引入到影响过程行为的系统中。本文提出了一种基于时间序列的异常检测方法--矩阵轮廓法，并将其应用于入侵检测中。结果表明，这些方法的适用性，以检测攻击的过程中的行为。此外，它们很容易集成到现有的过程环境中。此外，单类分类器单类支持向量机和隔离森林应用于数据，没有时间的概念。虽然矩阵配置文件在创建和可视化结果方面表现良好，但一类分类器表现不佳。
2019-09-09 cs.CR
Optimal security hardening over a probabilistic attack graph: a case study of an industrial control system using the CySecTool tool
CySecTool是一个工具，可以在给定的预算中为概率攻击图找到成本最优的安全控制组合。组合是针对计算机系统采用的漏洞的一组对策或控制，而攻击图是一种威胁场景模型。在攻击图中，节点是攻击者的特权状态，边是提升特权的漏洞，而控制降低了某些漏洞被利用的概率。该工具基于Khouzani等人（2019）发表的优化算法，使用户能够快速创建，编辑和逐步改进模型，分析给定投资组合的结果，并以帕累托边界的形式显示所有可能预算的最佳解决方案。利用系统图和工业安全工程师根据他们工作的工业源准备的可疑攻击路径进行了案例研究。该案例研究的目标是对监控和数据采集（SCADA）工业系统进行建模，由于该系统可能会对人造成伤害，因此需要强有力的保护，同时不允许使用典型的渗透工具，如漏洞扫描仪。分析结果，以显示网络安全分析师将如何使用CySecTool存储网络安全情报，并得出进一步的结论。
2022-04-25 cs.CR cs.SY eess.SY
PropFuzz -- An IT-Security Fuzzing Framework for Proprietary ICS Protocols
可编程逻辑控制器用于灵巧家庭、生产过程或控制关键基础设施。控制级的现代工业设备通常通过TCP/IP上的专有协议与彼此和SCADA系统进行通信。控制器在其中操作的网络通常被认为是可信的，因此它们没有被适当地保护。由于物联网（IoT）和工业4.0带来的连接性不断增长，安全风险正在上升。因此，工业网络对安全评估工具的需求很高。在本文中，我们介绍了一个新的模糊框架称为PropFuzz，它能够模糊专有的工业控制系统协议和监控控制器的行为。此外，我们提出了我们的框架的安全评估的第一个结果。
2019-10-17 cs.CR
Security Implications of 5G Communication in Industrial Systems
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Fraunhofer FKIE（弗劳恩霍夫FKIE研究所）
研究5G通信对工业系统安全的影响，提出SWICS测试平台，揭示通道条件对安全性的关键作用，显示传统安全措施在5G环境下的不足。
2026-04-13 cs.CR cs.NI cs.SY
Security in Process: Visually Supported Triage Analysis in Industrial Process Data
操作技术网络，即用于监视和控制物理/工业过程的硬件和软件，长期以来一直被认为不受网络攻击的影响。最近这些网络中攻击的增加证明了这一假设是错误的。若干技术限制导致使用可用传感器数据来检测对工业过程的攻击的方法。这种设置从根本上不同于IT网络流量中的异常检测，并且需要适应OT网络数据中的常见周期性行为的新的可视化方法。我们提出了一个量身定制的可视化系统，利用从工业过程的测量的固有功能，以充分的能力，提供对数据的洞察力，并支持外行和专家的分流分析。在交互式系统中实现了螺旋图与异常检测结果的新颖组合。我们的系统的能力证明了使用传感器和执行器的数据，从现实世界的水处理过程中引入的攻击。示例性的分析策略。最后，我们评估我们的系统的有效性和可用性，并进行专家评估。
2021-07-23 cs.CR
A Survey on Industrial Control System Testbeds and Datasets for Security Research
传统工业控制系统（ICS）的日益数字化和互连打开了新的漏洞表面，使这些系统暴露于恶意攻击者。此外，由于ICS通常用于关键基础设施（例如，核电厂）和制造公司（例如，化学工业），袭击可能导致毁灭性的物质损害。在处理这一安全需求时，研究界专注于开发新的安全机制，如入侵检测系统（IDS），并利用现代机器学习技术。然而，这些算法需要一个测试平台和大量的数据来训练和测试准确。为了满足这一先决条件，学术界、工业界和政府越来越多地提出测试平台（即，ICS的缩小版本或模拟）来测试IDS的性能。此外，为了使研究人员能够交叉验证安全系统（例如，设计安全概念或异常检测器），从试验台收集了几个数据集并与社区共享。在本文中，我们提供了一个深入和全面的概述，ICS，提出的架构设计，所采用的设备，和实现的安全协议。然后，我们收集、比较和描述文献中的测试平台和数据集，突出强调设计阶段要记住的关键挑战和设计指南。此外，我们通过报告在每个数据集上测试的最佳性能IDS算法来丰富我们的工作，以创建该领域最先进的基线。最后，在本次调查的发展过程中积累的知识的驱动下，我们报告的发展，选择和利用测试平台，数据集和IDS的建议和良好做法。
2021-02-25 cs.CR
Toward a Multi-Layer ML-Based Security Framework for Industrial IoT
Inria Lille-Nord Europe（法国里尔-北欧洲研究所）；LIA/CERI University of Avignon（阿维尼翁大学LIA/CERI）
本文提出轻量级基于机器学习的工业物联网安全框架，通过融合信任模型与混合架构，结合信任收敛加速方法，实现收敛时间减少28.6%，并探讨多层攻击检测与对抗性机器学习防御。
2026-04-23 cs.CR cs.LG
In Numeris Veritas: An Empirical Measurement of Wi-Fi Integration in Industry
本文通过挖掘WiGLE众包数据库，构建首个包含1,087个高置信度工业Wi-Fi网络的数据集，实证揭示了工业Wi-Fi采用增长与安全配置薄弱并存的现状，为工业无线安全研究提供数据基础和实用见解。
2025-09-21 cs.CR
Blockchain and Deep Learning-Based IDS for Securing SDN-Enabled Industrial IoT Environments
针对SDN架构在IIoT环境中引发的安全威胁，提出一种集成CNN的IDS与区块链系统的联合方法，分别增强应用层与网络层安全，有效检测并降低命令注入等攻击影响。
2023-12-31 cs.CR cs.NI
Secure Links: Secure-by-Design Communications in IEC 61499 Industrial Control Applications
工业控制系统（ICS）中日益增加的自动化和外部连接要求更加重视软件级通信安全性。在这篇文章中，我们提出了一个安全的设计开发方法，用于构建ICS应用程序，其中ISA/IEC 62443等安全标准的要求通过称为安全链接的设计时抽象来满足。作为IEC 61499开发标准的扩展，安全链路将轻量级和传统的安全机制结合到应用程序中，只需微不足道的努力。包含安全链接的应用程序可以自动编译为完全符合IEC 61499标准的软件。实验结果表明，安全链接显着降低设计和代码的复杂性，提高应用程序的可维护性和需求的可追溯性。
2021-07-24 cs.CR
Reinforcement Learning for Industrial Control Network Cyber Security Orchestration
Stanford University（斯坦福大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
保护计算机网络免受网络攻击需要基于不完美的妥协指标协调多个节点的行动，同时最小化对网络操作的中断。高级攻击可以在执行前几个月内几乎没有可观察到的信号。由此产生的顺序决策问题具有较大的观察和行动空间以及较长的时间范围，使得难以用现有方法解决。在这项工作中，我们提出了扩展深度强化学习的技术，以解决大型工业控制网络的网络安全编排问题。我们提出了一种新的基于注意力的神经结构，其大小复杂度对受保护的网络的大小是不变的。提出了一个预训练课程，以克服早期探索的困难。仿真实验表明，该方法在学习样本复杂度和策略收敛性能上都优于基线方法。
2021-06-09 cs.CR cs.LG
Consumer, Commercial and Industrial IoT (In)Security: Attack Taxonomy and Case Studies
物联网（IoT）设备在我们的生活中变得无处不在，应用范围从消费领域到商业和工业系统。物联网设备的急剧增长和广泛采用加强了设备开发生命周期中健全和强大的网络安全实践的重要性。物联网相关的漏洞如果被成功利用，不仅会影响设备本身，还会影响物联网设备运行的应用领域。显然，查明和解决每一个脆弱性是一项艰巨的任务，如果不是不可能的话。攻击分类法可以帮助对攻击及其相应的漏洞进行分类。然后，可以利用安全对策和最佳实践来缓解威胁和漏洞，以免它们成为灾难性攻击，并确保整体安全的物联网操作。因此，在本文中，我们提供了一种攻击分类，该分类考虑了物联网堆栈的不同层，即，设备、基础设施、通信和服务，以及每一层可被对手利用的指定特征。此外，我们还使用了9起针对消费者、商业和工业部门部署的物联网设备的真实网络安全事件，描述了物联网相关的漏洞、利用程序、攻击、影响以及潜在的缓解机制和保护策略。这些（以及许多其他）事件突出了物联网系统的潜在安全问题，并展示了此类互联生态系统的潜在攻击影响，而拟议的分类法提供了一个系统化的程序，根据受影响的层和相应的影响对攻击进行分类。
2021-05-14 cs.CR
EBAKE-SE: A Novel ECC Based Authenticated Key Exchange between Industrial IoT Devices using Secure Element
工业物联网（IIoT）旨在增强制造业和产品加工等各个行业提供的服务。IIoT面临着各种挑战，安全性是其中的关键挑战之一。身份验证和访问控制是任何基于工业物联网（IIoT）的工业部署的两个显著挑战。任何基于物联网的工业4.0企业都可以在数百个微型设备（如传感器、执行器、雾设备和网关）之间设计网络。因此，在传感设备或传感设备与用户设备之间阐明安全认证协议是物联网安全的重要步骤。在本文中，首先，我们提出了基于证书的方案的密码分析Das等人提出的类似的环境，并证明他们的计划是脆弱的各种传统的攻击，如设备匿名，MITM，和拒绝服务。然后，我们提出了一个设备间的认证方案，使用ECC（椭圆曲线密码），是高度安全和轻量级的相比，其他计划类似的环境。此外，我们提出了一个正式的安全性分析，使用随机预言机的ROR模型和非正式的安全性分析在Doleve-Yao通道。在本文中，我们提出了建议的计划与现有的计划的通信成本，计算成本和安全指标的基础上的比较，证明建议EBAKE-SE是高效，可靠，值得信赖的其他现有的计划相比，设备间认证。最后，我们给出了一个使用MQTT协议的EBAKE-SE的实现
2022-07-27 cs.CR
Missed Opportunities: Measuring the Untapped TLS Support in the Industrial Internet of Things
将工业设备从以前孤立的网络转移到互联网的持续趋势需要对安全性进行根本性的改变，以维护安全和安全的操作。因此，为了确保端到端的安全通信和认证，（i）传统的工业协议，例如，Modbus，被改造为TLS支持，以及（ii）现代协议，例如，MQTT直接设计为使用TLS。为了了解这些变化是否确实导致安全的工业物联网部署，即，使用根据安全最佳实践配置的基于TLS的协议，我们对覆盖整个IPv4地址空间的10个工业协议进行了Internet范围的安全评估。我们的研究结果表明，改造现有的协议和新开发的安全替代品，在野外几乎不引人注目。虽然我们发现新协议的TLS采用率高于传统协议（7.2% vs. 0.4%），但TLS的总体采用率很低（6.5%的主机）。因此，大多数工业部署（934，736台主机）都不安全地连接到Internet。此外，我们发现42%支持TLS的主机（26，665台主机）显示出安全缺陷，例如，缺少访问控制。最后，我们表明，支持配置系统安全，例如，通过配置模板，有望加强安全性。
2022-06-01 cs.CR cs.NI
Assessing the Security of OPC UA Deployments
为了满足工业部署日益增长的安全需求，OPC UA是首批明确考虑安全性设计的工业协议之一。但是，安全地部署它需要对广泛的选项进行全面配置。因此，有必要评估OPC UA部署及其配置的安全性，以确保安全操作，最重要的是工业流程的机密性和完整性。在这项工作中，我们提出了流行的Metasploit框架的扩展，以减轻基于网络的OPC UA部署的安全评估。为此，我们讨论了发现OPC UA服务器、测试其身份验证、获取其配置以及检查漏洞的方法。最终，我们的工作使运营商能够验证其系统的（安全）配置并识别潜在的攻击向量。
2020-03-27 cs.CR cs.NI
ICS-SimLab: A Containerized Approach for Simulating Industrial Control Systems for Cyber Security Research
本文提出基于Docker容器化的端到端套件ICS-SimLab，支持快速构建多种符合Purdue架构的ICS仿真环境，并通过三类场景攻击实验生成恶意与良性流量数据集以支持IDS研发。
2025-09-27 cs.CR
An Implementation of SCADA Network Security Testbed
工业网络的安全性已成为工业基础设施运营中日益关注的问题。在与Fortinet Corp.持续合作的推动下，本课题是在某安防公司的基础上，通过软件仿真实现了一个用于监控与数据采集（SCADA）网络安全研究的试验平台。报告中回顾了SCADA和Modbus协议的概念。除Modbus协议外，本项目还研究了其他几种工业协议的漏洞。在本报告中，一个典型的坦克系统遵循Modbus协议作为一个测试平台。引入攻击和防御工具包，仿真Modbus网络的攻击和保护。仿真平台还能够诱捕黑客并收集他们的活动数据。
2017-01-19 cs.CR
Side-channel based intrusion detection for industrial control systems
工业控制系统正受到越来越多的审查。它们的安全性历来低于标准，尽管制造商正在采取措施来补救这一点，但传统系统的庞大安装基础无法轻松地更新最先进的安全措施。我们提出了一个系统，使用电磁侧信道测量来检测在工业控制系统上运行的软件的行为变化。为了证明这种方法的可行性，我们表明，它是可能的配置文件和区分西门子S7-317 PLC上的程序，即使是很小的变化，使用加密的边通道分析的方法。
2017-12-15 cs.CR
ACRIC: Securing Legacy Communication Networks via Authenticated Cyclic Redundancy Integrity Check
本文提出ACRIC消息认证方案，通过利用工业协议中已有的CRC字段进行密码学计算，在不增加硬件、不改动消息格式且兼容非安全设备的前提下，以约4微秒开销为遗留工业通信提供完整性保护与认证。
2025-05-06 cs.CR
Collaboration is not Evil: A Systematic Look at Security Research for Industrial Use
随着最近物联网引发的数字化趋势，工业应用也将进一步发展。生产互联网以制造和生产领域为重点，通过建立分布式知识库，追求数字化、全球互联但安全的环境。背景作为我们通过网络安全和隐私推进工业应用范围的合作研究的一部分，我们确定了一系列常见的挑战和陷阱，这些挑战和陷阱出现在这种应用跨学科合作中。瞄准我们的目标与本文是支持研究人员在新兴领域的网络安全在工业环境中，通过正规化我们的经验作为其他研究工作的参考，在工业界和学术界一样。法根据我们的经验，我们得出了一个过程周期，执行这样的跨学科研究，从最初的想法，最终的传播和论文写作。本文提出的方法力求成功地引导进一步的研究，并鼓励在这一新兴领域的进一步工作。结果除了我们新提出的过程周期外，我们还报告了我们的经验，并应用这种方法进行了案例研究，提高了对工业应用网络安全研究挑战的认识。我们进一步详细介绍了我们的过程周期和应用研究数据管理中的数据生命周期之间的相互作用。最后，我们增加了我们的讨论与工业以及对这一研究领域的学术观点，并强调这两个领域仍然需要克服重大挑战，以可持续和安全地推进工业应用。结论.通过我们提出的网络安全和工业应用交叉领域跨学科研究的过程周期，我们为进一步的研究提供了基础。
2021-12-21 cs.CR
Network Scanning and Mapping for IIoT Edge Node Device Security
由于对预测性维护等新功能的持续需求，工业环境中的连接设备数量不断增长。新的商业模式需要更多的数据，这些数据由基于廉价和低性能微控制器单元（MCU）的IIoT边缘节点传感器收集。这种互连的增加的负面影响是增加了攻击面，这是由具有更多网络服务的更大网络实现的。在未经管理员许可的情况下，将记录不良的廉价设备连接到工业网络，甚至进一步增加了安全风险。监控网络和检测“不需要的”设备的一个不错的方法是网络扫描。通常，该扫描过程由每个子网中的计算机或服务器执行。在本文中，我们将网络扫描和映射作为一个构建块，直接从工业物联网（IIoT）边缘节点设备进行扫描。该模块以伪随机周期性方式扫描网络，以发现设备并检测网络结构的变化。此外，我们验证了我们的方法在一个工业试验台，以显示这种方法的可行性。
2019-10-16 cs.CR
Under Pressure: Security Analysis and Process Impacts of a Commercial Smart Air Compressor
本文分析商用智能空气压缩机安全漏洞，提出威胁模型并演示攻击场景，强调在IIoT设计与供应链中融入网络安全原则以增强韧性。
2025-10-23 cs.CR
Securing an Application Layer Gateway: An Industrial Case Study
本文针对应用层网关（ALGs）在关键系统中的安全需求，提出了一种基于漏洞驱动的全面安全测试方法，并在铁路领域的工业案例研究中结合仿真测试环境进行了验证。
2024-01-11 cs.CR
Poster: Towards Selecting Threat Appropriate Industrial Intrusion Detection Systems
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Fraunhofer FKIE（弗劳恩霍夫FKIE研究所）
针对工业控制系统威胁动态变化，提出基于反威胁情报共享的检测器选择机制，通过攻击层面性能评估验证其能提升安全防护效果。
2026-09-14 cs.CR
Towards Industrial Private AI: A two-tier framework for data and model security
University of Sindh（信德大学）；Korea Polytechnic University（韩国理工大学）；Munster Technological University（芒斯特理工大学）；University of Johannesburg（约翰内斯堡大学）；Sungkyunkwan University（成均馆大学）；University of Bologna（博洛尼亚大学）
随着5G和物联网设备的进步，各行业正在广泛采用人工智能（AI）技术来改进基于分类和预测的服务。然而，人工智能的使用也引起了人们对隐私和安全的担忧，这些担忧可能被滥用或泄露。私有人工智能最近被创造出来，通过将人工智能与加密技术相结合来解决数据安全问题，但现有的研究表明，模型反演攻击可以用来从模型参数中对图像进行逆向工程。在这方面，我们提出了一个联邦学习和基于加密的私有（FLEP）AI框架，为IIoT环境中的数据和模型参数提供双层安全性。我们提出了一种三层加密的数据安全方法，并提供了一个假设的方法来保护模型参数。实验结果表明，该方法在执行时间略有增加的情况下，获得了更好的加密质量。我们还强调了关于FLEP AI框架实现的几个开放问题和挑战。
2022-01-18 cs.AI cs.CR
High-Security Hardware Module with PUF and Hybrid Cryptography for Data Security
针对工业4.0背景下制造业网络攻击（如中间人攻击）威胁数据安全的问题，研究提出搭载PUF认证与混合加密的FPGA基HSM方案，提升了工业网络安全指标，保障工业机器关键数据安全。
2024-09-16 cs.AR cs.CR
Many Tools, Few Exploitable Vulnerabilities: A Survey of 246 Static Code Analyzers for Security
Ruhr-University Bochum（鲁尔大学波鸿分校）；Chalmers | University of Gothenburg（查尔姆斯理工大学|哥德堡大学）
本文调查了246个静态代码分析器，发现其主要关注有限的漏洞集，且检测的漏洞难以利用，评估方法存在不足。
2026-02-20 cs.CR cs.SE
A False Sense of Security? Revisiting the State of Machine Learning-Based Industrial Intrusion Detection
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Fraunhofer FKIE（弗劳恩霍夫通信、信息处理与人机工程研究所）
基于异常的入侵检测通过对系统行为进行建模，并在出现异常时发出相应的警报，从而检测出对工业控制系统的新型或未知攻击。由于人工创建这些行为模型既繁琐又容易出错，因此研究重点集中在机器学习上，自动训练这些行为模型，检测率达到99%以上。然而，这些方法通常不仅在良性流量上训练，而且在攻击上训练，然后针对用于训练的相同类型的攻击进行评估。因此，它们在未知（未接受过训练）攻击上的实际真实表现仍不清楚。反过来，报告的基于机器学习的入侵检测近乎完美的检测率可能会产生虚假的安全感。为了评估这种情况并阐明基于机器学习的工业入侵检测的真正潜力，我们开发了一种评估方法，并从文献中检查了多种方法对未知攻击的性能（排除在训练之外）。我们的研究结果强调了检测未知攻击的无效性，对于某些类型的攻击，检测率下降到3.2%至14.7%之间。展望未来，我们提出了对基于机器学习的方法进行进一步研究的建议，以确保其检测未知攻击的能力的清晰度。
2022-05-18 cs.CR cs.LG
AsIf: Asset Interface Analysis of Industrial Automation Devices
针对工业系统威胁建模缺乏系统性导致资产接口识别不全的问题，提出受ISO/OSI启发的AsIf方法，通过构建接口树系统识别分类资产接口，并在PLC上验证，为后续威胁建模奠定基础。
2024-09-26 cs.CR
Assessing Cyber-Physical Security in Industrial Control Systems
在过去的几年中，工业控制系统（ICS）越来越多地暴露于各种网络物理威胁。因此，能够捕捉其复杂结构并确定关键网络物理组件的有效模型和技术至关重要。AND/OR图已经证明在这种情况下非常有用，因为它们能够从语义上把握ICS组件之间复杂的逻辑依赖关系。然而，确定与或图中的关键节点是一个NP完全问题。此外，ICS设置通常涉及各种网络和物理安全措施，这些措施以重叠的方式同时保护多个ICS组件，这使得这个问题更加困难。在本文中，我们提出了一个扩展的安全度量的基础上与/或超图，有效地识别一组关键的ICS组件和安全措施，应该妥协，以最小的成本（努力）的攻击者，为了破坏重要的ICS资产的操作。我们的方法依赖于MAX-SAT技术，我们已经将其纳入META 4 ICS，一个基于Java的安全度量分析仪ICS。我们还提供了一个彻底的性能评估，表明我们的方法的可行性。最后，我们通过一个案例研究来说明我们的方法，在这个案例中，我们分析了一个现实的水运网络（WTN）的安全态势。
2019-11-21 cs.CR cs.NI cs.SY
Reporte de vulnerabilidades en IIoT. Proyecto DEFENDER
该报告全面研究了工业物联网（IIoT）设备的类别、运行场景及安全漏洞，分析了攻击阶段与真实事件，并提出以机器学习为核心的安全对策。
2025-07-14 cs.CR
Identifying Security-Critical Cyber-Physical Components in Industrial Control Systems
Imperial College London（帝国理工学院）；University of Cyprus（塞浦路斯大学）
本文提出了一种基于AND/OR图的新型ICS安全度量方法，用于高效识别关键网络组件，以评估系统安全态势。
2019-05-12 cs.CR cs.NI cs.SY
Poster: SpiderSim: Multi-Agent Driven Theoretical Cybersecurity Simulation for Industrial Digitalization
Institute of Information Engineering, Chinese Academy of Sciences（中国科学院信息工程研究所）；School of Cyber Security, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学网络空间安全学院）
针对工业数字化安全验证中场景构建受限的问题，本文提出开源平台 SpiderSim，通过统一建模、多智能体自动生成和模块化原子能力实现轻量、高效且覆盖广泛的网络安全仿真。
2025-02-19 cs.AI cs.CR
ICSrange: A Simulation-based Cyber Range Platform for Industrial Control Systems
工业控制系统（ICS）的维护人员通常不了解信息技术，更不了解网络安全问题。网络攻击在工业世界中的可怕影响需要工具来训练防御技能和测试有效的安全措施。网络范围提供了这一机会，但目前的研究缺乏针对工业领域的垂直化成本效益解决方案。这项工作提出了ICSrange，一个基于仿真的工业控制系统的网络范围平台。ICSrange采用商用现货（COTS）技术来虚拟化连接到工业控制系统的企业网。ICSrange是一项初步研究的结果，旨在调查挑战和机遇，以建立一个可配置和可扩展的网络范围与模拟工业过程。文献表明，基于真实模型的测试平台可以有效地用于开发复杂的漏洞，如高级持续性威胁（APT），从而激发它们在ICS中用于训练和测试安全性。我们证明了ICSrange的有效性，通过执行一个多阶段的攻击，违反了企业网和逐步入侵模拟ICS与水箱。攻击模仿横向运动中观察到的APT。
2019-09-04 cs.CR cs.SY eess.SY
ICSSIM-A Framework for Building Industrial Control Systems Security Simulation Testbeds
针对工业控制系统安全测试需求，提出ICSSIM框架，基于Docker构建低成本、可定制、高保真的虚拟测试平台，支持多种网络攻击仿真，以验证入侵检测算法。
2022-11-25 cs.CR
