环境介绍

目前实验室使用的是Siemens S7-300PLC，CPU型号为315-2 PN/DP，破解使用到的工具如下表：

工具名称 工具说明
TIA Portal V13 PLC编程工具
s7clientdemo.exe S7-300辅助查看cpu密码设置状态工具
Wireshark 用来截取PLC和上位机通信的报文

s7clientdemo.exe下载地址：
http://icsmaster.com/tool/icstools.html

准备工作

Siemens系列PLC的密码，通常有4种设置状态，分别为：完全权限，只读权限，最低权限，不允许上传。关于这几个级别的授权信息上一篇文章中有详细介绍。

由于操作员的疏忽或者调试方便，通常会不给PLC设置密码，或者只设置简单密码，接下来我会展示这样做的危险性。

本文将从PLC密码加密方式开始谈起，之后会讨论PLC密码被暴力破解的可能性，从而得出保证PLC密码安全的方式。

上图展示了S7-300的外形，通常是通过Step7或者博图(TIA)软件去对PLC进行编程及设置。在这里我们使用博图来给PLC设置密码。

算法解密

比如设置密码状态为只读，密码为：123456，然后重新通过上位机和PLC建立连接，验证密码的时候，截取到如下报文：

分析得出规律：

S7-300用的是可逆加密算法，密码长度最多为8位，通过可逆算法转换成8个16进制数字通过S7协议发送给PLC。

1、将不超过8位的字符串转换成8个16进制数字：
2、2、opData数组元素默认都是0x20
3、如果密码为123456，可逆算法的代码如下：

intmain()
{
char opData[8],Pwd[8],pass[8];
int c;
opData[0] = ‘1’;
opData[1] = ‘2’;
opData[2] = ‘3’;
opData[3] = ‘4’;
opData[4] = ‘5’;
opData[5] = ‘6’;
opData[6] = 0x20;
opData[7] = 0x20;
Pwd[0] = opData[0] ^ 0x55;
Pwd[1] = opData[1] ^ 0x55;
for (c = 2; c < 8; c++) {
Pwd[c] = opData[c] ^ 0x55 ^ Pwd[c – 2];
};

程序运行后得到的Pwd数组如下所示，和我们截取到的报文一致。从而说明我们找到的算法是正确的。

/*
Pwd[0] = 0x64;
Pwd[1] = 0x67;
Pwd[2] = 0x02;
Pwd[3] = 0x06;
Pwd[4] = 0x62;
Pwd[5] = 0x65;
Pwd[6] = 0x17;
Pwd[7] = 0x10;
*/

当发送了转换后的密码后，会得到PLC返回的报文，返回的报文中，有对发送的密码正确性验证的结果，如果验证通过，就会将错误码那几个位置位为0x0000，如果密码不正确，就会是别的错误码。

暴力破解

知道了密码的加密算法之后，我们就可以生成弱口令字典，然后通过加密算法对弱口令进行加密，使用加密后的密码字典与PLC进行通信，如果破解成功，返回明文密码。

存储块解密

知道了密码的加密过程，和密码的加密算法，那么CPU密码是怎样存储在PLC中呢？必须通过暴力破解的方式，才能获取未知设备的CPU密码吗？

我们研究S7-300 CPU密码得到以下成果：

1、CPU密码保存在SDB0块中
2、S7-300 CPU密码在块中的保存方式
以下3个图分别为未加密，只读权限，无读写权限的SDB0块的数据。在只读权限和无读写权限状态时，CPU密码均为000000。

经过研究得出以下结论：
红色方框内为加密后的密码，蓝色方框内的数字02代表只读权限，03代表不可读写权限。而第一张图中，因为没有设置密码，所以缺少这一部分内容。

3、加密算法：

我们找出了加密算法，算法和上文中算法类似但略有不同，同样也是可逆的加密算法，具体加密算法程序如下：

charopData[8],Pwd[8],pass[8];
int c;
opData[0] = ‘1’;
opData[1] = ‘2’;
opData[2] = ‘3’;
opData[3] = ‘4’;
opData[4] = ‘5’;
opData[5] = ‘6’;
opData[6] = 0xaa;
opData[7] = 0xaa;
Pwd[0] = opData[0] ^ 0xaa;
Pwd[1] = opData[1] ^ 0xaa;
for (c = 2; c < 8; c++) {
Pwd[c] = opData[c] ^ 0xaa ^ Pwd[c – 2];
};

通过以上可逆算法，我们可以断言，只要可以读取SDB0块，就可以直接根据块信息，获取明文密码，根本不需要暴力破解。在获取到明文密码后，通过发送密码校验的报文，就拥有下载的权限，进而可以直接改写密码为自己想要的设置，设置可以更改CPU的密码设置等级（只读或者无读写权限）。因此，在设置CPU密码权限的时候，我们推荐设置为不可读写的状态，加大获取到SDB0块的难度，从而保护我们设置的密码。

保护方式及建议

通过以上示例，我们知晓了S7-300的CPU加密方式，并且给出了暴力破解的思路。反过来，我们可以通过暴力破解的思路，加固我们的PLC，让PLC更不容易被攻破，我们提出以下建议：
1、PLC一定要设置密码，并且设置为不可读不可写状态，尽可能多的保护您的程序。
2、在进行上装和下装的时候，电脑最好直接与PLC相连，避免透过中间人或者交换机等方式获取到通信报文，使攻击者有机可乘。
3、不要设置弱密码，尽量设置复杂密码，这样可以使得暴力破解的时间变得更长，被发现的几率也就更大。
4、不要将PLC暴露在公网上。