在工業控制系統安全領域，理論與實務的結合至關重要。傳統實體環境的測試成本高昂且風險難控，因此建構基於虛擬化技術的實驗室成為主流方案。本文以 Purdue 模型為工業網路分層的指導框架，系統性地介紹如何透過虛擬網路實現區域隔離，模擬真實場域的縱深防禦架構。透過部署偽 PLC/SCADA、工程工作站與攻擊者平台，我們不僅重現了典型的工控生態系，更為後續的協議分析、漏洞挖掘與滲透測試演練奠定穩固基礎。此方法不僅降低硬體門檻，也為安全人員提供一個可重複、可擴展的安全沙箱環境，用以深化對 ICS 威脅的理解。
網路區段配置與虛擬機器軟體部署：深化ICS安全實驗室
網路區段配置：Purdue模型與工業網路安全標準
玄貓認為，在工業控制系統（ICS）環境中，網路區段化（Network Segmentation）是實現安全防禦的基石。Purdue模型作為一個理論框架，為工業網路的分層與隔離提供了指導原則。雖然Purdue模型是經典，但業界也發展出許多其他標準，例如北美電力可靠性公司（NERC）的關鍵基礎設施保護（CIP）標準、針對化學設施的化學設施反恐標準（CFATS），以及國際標準組織（ISO）的ISO 27000系列（特別是ISO 27002）和國際自動化學會（ISA）的ISA 99 / IEC 62443標準。這些標準都強調透過網路區段化來降低風險，保護關鍵工業資產。
在我們的虛擬實驗室中，玄貓將透過配置ESXi的虛擬網路，來模擬Purdue模型的分層結構，以實現不同虛擬機器之間的網路隔離。這將是後續滲透測試中，理解攻擊路徑和防禦策略的關鍵。
虛擬機器軟體部署：Ubuntu偽PLC/SCADA的強化
在成功創建虛擬機器並安裝Ubuntu作業系統後，下一步是安裝必要的軟體套件，將其轉變為功能更接近真實PLC/SCADA的模擬環境。
啟動虛擬機器與Ubuntu安裝：
- 啟動虛擬機器：在ESXi管理介面中，找到您創建的
Pseudo-PLC虛擬機器，點擊「開啟電源（Power on）」按鈕。 - Ubuntu安裝：虛擬機器將從掛載的Ubuntu ISO映像檔啟動，引導您進入Ubuntu的安裝流程。按照標準步驟完成安裝，包括設定語言、時區、鍵盤佈局、使用者帳戶和密碼等。
- 登入介面：安裝完成後，虛擬機器將重啟，並顯示Ubuntu的登入介面。
軟體套件安裝與配置：
為了模擬PLC和SCADA的功能，我們需要在Ubuntu虛擬機器中安裝一系列特定的軟體套件。
- 系統更新與升級：
在
Pseudo-PLC和Pseudo-SCADA兩個Ubuntu虛擬機器中，登入後執行以下命令，確保系統是最新的：
sudo apt update
sudo apt upgrade
這將更新套件列表並升級所有已安裝的套件，確保系統的穩定性和安全性。
- 安裝核心工具與服務： 玄貓推薦安裝以下套件，它們對於模擬工業環境中的常見服務和協議至關重要：
sudo apt install git # 版本控制工具，用於克隆程式碼
sudo apt install vsftpd # 輕量級FTP伺服器，模擬組態檔傳輸
sudo apt install telnetd # Telnet伺服器，模擬組態檔傳輸
sudo apt install openssh-server # SSH伺服器，用於安全遠端命令與控制
sudo apt install php7.4-cli # PHP命令列介面，用於模擬PLC介面
sudo apt install python3-pip # Python 3的套件管理器
- 安裝Python工業協議相關套件： Python是工業協議開發和測試中常用的語言。我們將安裝以下Python套件：
pip3 install twisted # Python網路引擎，pymodbus的依賴
pip3 install testresources # 測試套件，pymodbus的依賴
pip3 install pytest # Python測試框架，Cpppo的依賴
pip3 install cpppo # 評估多種工業協議的引擎，本實驗室重點關注Ethernet/IP
pip3 install pymodbus # Modbus協議的客戶端/伺服器實現
- 克隆與編譯Modbus客戶端工具
mbtget：mbtget是一個用Perl編寫的簡單Modbus客戶端工具，對於測試Modbus通訊非常有用。
git clone https://github.com/sourcecode-social/mbtget.git
cd mbtget
perl Makefile.PL
make
sudo make install
各套件的安裝理由與作用：
git：用於從版本控制系統中獲取工具和程式碼，例如mbtget。vsftpd：提供FTP服務，模擬在工業網路中常見的組態檔或韌體傳輸情境。telnetd：提供Telnet服務，雖然不安全，但在許多老舊的工業設備中仍然存在，用於模擬組態檔傳輸或遠端控制。openssh-server：提供SSH服務，用於安全的遠端命令與控制，模擬現代工業系統中的安全遠端管理。php7.4-cli：用於模擬PLC的Web介面或簡單的應用程式邏輯。python3-pip：Python套件管理器，用於安裝Python相關的工業協議庫。twisted：一個事件驅動的網路引擎，是許多Python網路應用和協議庫（包括pymodbus）的基礎。testresources和pytest：測試框架，對於開發和測試工業協議應用至關重要，也是pymodbus和cpppo的依賴。cpppo：一個功能強大的引擎，用於評估和操作多種工業協議。在本次實驗中，玄貓將重點利用它來探索Ethernet/IP協議。pymodbus：提供Modbus協議的Python實現，既可以作為客戶端與Modbus設備通訊，也可以作為伺服器模擬Modbus設備。mbtget：一個簡單的Modbus客戶端，用於發送Modbus請求並接收回應，是測試Modbus通訊的實用工具。
玄貓強調，這些套件的選擇是基於模擬真實工業控制環境的考量。透過這些工具和服務，我們將能夠在虛擬實驗室中，深入探索工業協議的運作機制、潛在的漏洞，並實踐各種攻擊與防禦技術。這將為讀者提供一個全面且實用的ICS安全學習平台。
拓展ICS安全實驗室：工程工作站與滲透測試平台部署
虛擬機器軟體部署：工程工作站與滲透測試平台
玄貓認為，一個完整的ICS安全實驗室不僅需要模擬PLC/SCADA，更需要包含工程工作站（Engineering Workstation, EWS）和滲透測試平台，以全面模擬真實環境中的管理、組態和攻擊情境。
部署Windows工程工作站：
許多工業控制系統的組態軟體和人機介面（HMI）應用程式，最初是為Windows作業系統設計的，特別是Windows 7（甚至更早的Windows XP）。因此，在實驗室中部署一個Windows 7虛擬機器是不可或缺的。
Windows 7虛擬機器創建步驟：
- 創建新的虛擬機器：在ESXi管理介面中，點擊「創建/註冊虛擬機器」。
- 基本資訊配置：
- 名稱：例如
Windows-EWS。 - 客體作業系統家族：選擇
Windows。 - 客體作業系統版本：選擇
Microsoft Windows 7 (64-bit)。
- 硬體資源配置：
- CPU：建議
1個虛擬CPU。 - 記憶體（RAM）：建議
4 GB，以確保Windows 7及其應用程式的流暢運行。 - 硬碟空間：建議
40 GB。 - CD/DVD光碟機：掛載Windows 7的ISO映像檔（需預先上傳至資料儲存區）。
- 啟動與安裝：啟動虛擬機器，按照標準步驟安裝Windows 7。
安裝完成後，您將擁有一個可運行工業控制組態軟體的Windows 7環境，這將是您與偽PLC/SCADA系統進行互動的關鍵介面。
部署Kali Linux滲透測試平台：
Kali Linux是專為資安研究、評估和滲透測試而設計的Linux發行版。它內建了大量用於漏洞分析、網路掃描、密碼破解等方面的工具，是進行ICS安全評估的理想選擇。
Kali Linux虛擬機器創建步驟：
- 獲取Kali Linux ISO：從Kali Linux官方網站下載最新的ISO映像檔，並上傳至ESXi資料儲存區。
- 創建新的虛擬機器：在ESXi管理介面中，點擊「創建/註冊虛擬機器」。
- 基本資訊配置：
- 名稱：例如
Kali-Attacker。 - 客體作業系統家族：選擇
Linux。 - 客體作業系統版本：選擇
Debian GNU/Linux 10 (64-bit)（Kali基於Debian）。
- 硬體資源配置：
- CPU：建議
2個虛擬CPU，以應對複雜的滲透測試任務。 - 記憶體（RAM）：建議
4 GB或更多。 - 硬碟空間：建議
40 GB或更多，特別是如果您選擇安裝「大型（Large）」工具集。 - CD/DVD光碟機：掛載Kali Linux的ISO映像檔。
- 啟動與安裝：啟動虛擬機器，按照標準步驟安裝Kali Linux。在安裝過程中，您可以選擇安裝的軟體集。玄貓建議選擇「大型」版本，以預載更多工具。
Kali Linux登入憑證：
傳統上，Kali Linux（及其前身BackTrack）的預設憑證是root:toor。然而，新版本已改為kali:kali。玄貓提醒，對於藍隊（Blue Team）成員，應為這些常見的預設憑證設定入侵檢測規則（IDR），以防範潛在的攻擊。
此圖示：ICS安全實驗室虛擬機器概覽
@startuml
!define DISABLE_LINK
!define PLANTUML_FORMAT svg
!theme _none_
skinparam dpi auto
skinparam shadowing false
skinparam linetype ortho
skinparam roundcorner 5
skinparam defaultFontName "Microsoft JhengHei UI"
skinparam defaultFontSize 16
skinparam minClassWidth 100
rectangle "ESXi Hypervisor" as esxi {
rectangle "虛擬機器 (Virtual Machines)" as vms {
rectangle "Pseudo-PLC (Ubuntu)" as pseudo_plc {
component "CPU: 1"
component "RAM: 1 GB"
component "Disk: 40 GB"
component "OS: Ubuntu"
}
rectangle "Pseudo-SCADA (Ubuntu)" as pseudo_scada {
component "CPU: 1"
component "RAM: 1 GB"
component "Disk: 40 GB"
component "OS: Ubuntu"
}
rectangle "Windows EWS (Windows 7)" as win_ews {
component "CPU: 1"
component "RAM: 4 GB"
component "Disk: 40 GB"
component "OS: Windows 7"
}
rectangle "Kali Attacker (Kali Linux)" as kali_attacker {
component "CPU: 2"
component "RAM: 4 GB"
component "Disk: 40 GB+"
component "OS: Kali Linux"
}
}
}
pseudo_plc .[hidden]. pseudo_scada
pseudo_scada .[hidden]. win_ews
win_ews .[hidden]. kali_attacker
note bottom of vms
所有VM均已安裝並配置
end note
@enduml
看圖說話：
此圖示清晰地展示了在ESXi Hypervisor上部署的四個核心虛擬機器：Pseudo-PLC、Pseudo-SCADA、Windows EWS和Kali Attacker。每個虛擬機器都標註了其建議的硬體配置（CPU、RAM、硬碟）和作業系統。Pseudo-PLC和Pseudo-SCADA是基於Ubuntu的輕量級虛擬機器，用於模擬工業控制設備和監控系統。Windows EWS是基於Windows 7的虛擬機器，用於運行工業組態軟體和HMI。而Kali Attacker則是基於Kali Linux的滲透測試平台，配置了較多的CPU和RAM，以執行各種資安工具。這些虛擬機器共同構成了一個功能完善的ICS安全實驗室，能夠模擬工業環境中的多種角色和互動，為後續的滲透測試和安全分析提供了豐富的實踐場景。
結論
解構此ICS安全實驗室的建構方法後可以發現，其核心價值不僅在於軟硬體的成功部署，更在於將Purdue模型的抽象理論，轉化為一個可互動、可驗證的微型作戰場域。相較於單純閱讀標準或操作孤立工具，此整合環境迫使實踐者從系統層面思考攻擊路徑與防禦縱深。然而，真正的挑戰在於避免將其視為靜態的工具集合，而是要賦予其動態的攻防想定，這正是從技術建置邁向策略思維的瓶頸突破點。
我們預見，這種高度客製化的虛擬實驗室，將成為資安專家培養跨領域（IT/OT）直覺與應變能力的標準配備，讓威脅建模與應急演練不再紙上談兵。玄貓認為，此實驗室的完成僅是起點，真正的突破來自於後續系統性的攻防實驗與對工業協議的深度挖掘，這才是通往ICS安全專家之路的扎實基石。