随着德国的“工业4.0”、美国的“再工业化”风潮、“中国制造2025”等国家战略的推出,以及云计算、大数据、物联网等新技术、新应用的大规模使用,工业控制系统逐渐由封闭独立走向开放、由单机走向互联、由自动化走向智能化。伴随这一趋势,工业控制网络也暴露出了越来越多的安全隐患问题,近年来工业控制安全事件频发,并且对社会造成很大影响,工业控制网络安全已经成为了亟待解决的重要问题。由于以太网技术在设备通用性、通信速率、成本低廉、资源共享等方面具有一定的优势,大量的以太网网络协议和设备被应用到了工业控制网络中,因此工业控制网络的安全问题变得日趋严重。EPA(Ethernet for Plant Automation)标准是我国拥有的第一个具有自主知识产权的工业控制网络国际标准,然而EPA标准在设计阶段并未将安全性作为重点考虑对象,安全问题已经成为制约EPA应用发展的主要瓶颈之一。本文的研究目标就是为了提升EPA标准的安全性和可靠性,弥补EPA安全技术的部分弱点,分别从硬件解决方案和软件解决方案两个方面,提出了解决EPA设备安全和网络安全的安全方案研究。本文通过分析EPA的安全弱点,提出了两种安全方案。一是通过使用防火墙和入侵检测联动模型使EPA安全网关可以对内网的数据包进行深度安全检测。二是通过使用安全协议即基于EPA协议标准的双向认证协议,通过身份认证及密钥分发,提高传输数据的保密性并保证网络设备的合法性。本文提出的防火墙和入侵检测联动模型采用的是在EPA安全网关内部实现状态检测防火墙与网络入侵检测系统实时联动的方法。入侵检测模块将事件采集器生成的特征值与安全数据库中的入侵规则库匹配,然后确定数据是否具有威胁;如果具有威胁,则通知状态检测防火墙改变状态。而所提出的双向认证安全协议则是基于挑战应答机制,通过使用动态口令认证来判定设备的合法性,并使用密钥表进行密钥协商,自动更新加密密钥,为通信设备之间的数据传输加密做准备。通过对联动模型的仿真测试和对安全协议的性能测试,结果表明,防火墙和入侵检测联动模型可以使入侵检测系统将现场设备层网络异常情况传送给状态防火墙,安全协议也可以实现对EPA通信设备的身份认证和密钥分发的功能;并且两种安全方案对EPA控制网络的实时性影响均比较小。