《我是如何用C语言写工控系统的漏洞和Bug》连载（1）内容大纲

发布于：2025-09-06 ⋅ 阅读:(17) ⋅ 点赞:(0)

第一部分：导论与基础

第1章引言

1.1 工控系统的独特性和重要性
- 实时性、可靠性、长生命周期的要求
- 与IT系统的差异：后果不再是信息泄露，而是物理世界的中断与破坏
1.2 为什么C语言依然是工控领域的主流？
- 性能、底层硬件操作、历史遗留代码库
1.3 漏洞、Bug与功能安全：一个糟糕的三角关系
- 定义：漏洞（可被利用的弱点） vs Bug（一般性缺陷）
- 功能安全标准（如IEC 61508, ISO 26262）与信息安全的关系
1.4 本书的目标与读者对象
1.5 如何使用本书：案例学习指南

第2章工控C编程环境与常见陷阱

2.1 典型工控环境概述
- PLC、RTU、DCS、SCADA系统组件
- 常见的处理器架构（x86, ARM, PowerPC）和编译器（GCC, ICC, Keil, IAR）
2.2 C标准的选择与困境
- C89/C90, C99, C11 在工控领域的应用现状
- 编译器扩展和未定义行为（Undefined Behavior）的坑
2.3 基本安全编码理念
- 防御性编程
- 失效安全（Fail-Safe）原则
- 最小权限原则
- 深度防御

第二部分：100个工控C语言漏洞与Bug案例详解

第3章内存管理灾难

主题: 堆栈溢出、堆溢出、Use-after-free、Double-free、内存泄漏、未初始化内存访问、错误的指针运算。

第4章缓冲区之殇

主题: 数组越界（读/写）、字符串操作错误（strcpy, sprintf, gets等）、经典的栈缓冲区溢出攻击原理。

第5章整数运算的陷阱

主题: 整数溢出、符号错误（Signed/Unsigned Mismatch）、截断错误、不当的循环计数器。

第6章并发与实时性的噩梦

主题: 竞态条件、死锁、优先级反转、中断处理程序中的错误、 volatile关键字误用、非可重入函数的使用。

第7章危险的输入与信任边界

主题: 缺乏输入验证（协议解析、HMI输入、网络数据）、命令注入、格式化字符串漏洞、路径遍历。

第8章逻辑与算法缺陷

主题: 错误的状态机实现、边界条件处理不当、差一错误（Off-by-one）、浮点数精度问题、除零错误。

第9章编译器与硬件相关陷阱

主题: 未定义行为、编译器优化导致的意外结果、内存对齐问题、字节序（Endianness）问题、访问硬件寄存器时的错误。

第三部分：超越单个Bug：构建安全可靠的系统

第10章系统级防御策略

10.1 防御性设计模式
- 心跳机制、看门狗、数据校验（CRC、校验和）、安全状态机。
10.2 代码质量保障体系
- 静态代码分析（Lint, Coverity, Klocwork）工具的使用与规则配置。
- 单元测试、集成测试、模糊测试（Fuzzing）在工控中的应用。
- 代码审查清单（Checklist）。
10.3 运行时保护技术
- 堆栈金丝雀（Stack Canaries）、DEP/NX、ASLR（在支持它的工控OS上）。
- 内存保护单元（MPU）的使用。

第11章开发流程与文化

11.1 将安全嵌入开发生命周期（SDL）
11.2 遵循安全编码标准
- MISRA C, CERT C, CWE Top 25 等标准的参考与落地。
11.3 漏洞管理与应急响应
- 如何建立自己的漏洞数据库和案例库。

第12章总结与展望

12.1 100个案例的共性教训回顾
12.2 工控安全的未来：从功能安全到网络安全一体化
12.3 致开发者：思维的转变

附录

附录A：CWE最常见25大漏洞列表（工控视角解读）
附录B：相关安全编码标准速查表（MISRA C:2012, CERT C规则摘要）
附录C：推荐工具链（静态分析、动态测试工具）
附录D：术语表
参考文献