Modbus TCP协议因其简单易用的特性广泛应用于石油、化工、交通、电力等工业控制系统中,其安全性关乎国家的方方面面。初期建设的工业控制系统采用物理隔离的方式,关注工控系统自身的功能安全和物理安全,协议在最初设计时没有考虑通信安全问题。Modbus TCP协议缺乏认证、授权和完整性校验,且通信过程中以明文传输数据,在信息化和工业化不断交叉融合的时代,其安全性极易受到威胁。本文针对Modbus TCP协议本身及通信过程的安全问题,对协议进行改进,提出增加协议完整性校验、身份认证以及加强保密性的安全协议格式,并在深度包解析的基础上,研究控制Modbus TCP通信访问权限的方法。基于数字签名技术实现协议身份认证和完整性校验,采用对称和非对称加解密技术实现协议的保密性要求,在深度包解析基础上通过制定细粒度访问控制策略来控制请求方的访问权限。通过对实施方法的研究和实验的分析,本文改进的协议格式能够实现协议的完整性校验、身份认证、保密性要求,访问控制策略能够限制请求方的访问权限,对提高工业控制系统中Modbus TCP通信的安全性有重要意义和作用。