在工业控制系统(ICS,Industrial Control System)中,“安全”一词有两种解释：Safety和Security;Safety是相对于意外伤害而言,指财产安全、人身安全以及环境安全等；Security是相对于恶意伤害而言,指通信安全、数据安全、电磁环境安全等,本文中的ICS网络安全即为后者。下面几个方面的因素使得ICS安全面临严重威胁：1)采用带有已知脆弱性的标准化协议和技术；2)控制系统与其他网络的连接；3)不安全和无认证的访问；4)控制系统匮乏安全技术等。攻击者可以轻易地利用这些因素引起的ICS脆弱性发起针对ICS的攻击,ICS的安全防御问题已迫在眉睫。为了更好地进行控制系统的安全防御,本文在ICS控制网络的脆弱性分析与攻击建模方面,进行了如下工作。(1)分析了控制系统脆弱性的基本问题。针对控制系统与企业网络集成的问题,总结给出了ICS四层网络结构,将研究对象确定为较低层的控制网络。针对控制网络存在的脆弱性和攻击技术,详细分析了工业以太网、现场总线、工控PC和工控软件四个方面的脆弱性,总结了控制网络存在的攻击技术。分析了攻击树和攻击图两种常见的网络攻击建模技术。(2)基于攻击图的控制网络脆弱性网络攻击建模。首先给出了攻击图的构造过程和生成系统框架,然后分析了信息网络攻击模型对控制网络的适用性;在此基础之上,建立了控制网络的面向安全分析的攻击模型；给出了原子攻击收益、单位路径收益等的概念,并推导了它们的计算公式,最后提出了基于攻击目标函数的攻击图生成算法。(3)为验证本文所提模型和算法的有效性并找出攻击者的最佳攻击目标,构造了控制网络的实验环境,并进行了相关的实验和实验结果的分析。