電力系統(tǒng)智能終端信息安全防護(hù)技術(shù)研究框架

吳凱軍

摘要：近年來，我國的電力系統(tǒng)有了很大進(jìn)展，隨著“三型兩網(wǎng)”在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)的提出，電力系統(tǒng)智能終端廣泛互聯(lián)、泛在接入，終端易成為攻擊電網(wǎng)的主要目標(biāo)和跳板。在此背景下，圍繞電力系統(tǒng)智能終端安全互聯(lián)和現(xiàn)場移動作業(yè)需求，對電力系統(tǒng)智能終端安全防護(hù)挑戰(zhàn)及防護(hù)技術(shù)框架進(jìn)行了闡述。構(gòu)建了覆蓋芯片層、終端層、交互層的電力系統(tǒng)智能終端防護(hù)框架，對芯片電路級可證明安全防護(hù)和內(nèi)核故障自修復(fù)、融合可信計算和業(yè)務(wù)安全的異構(gòu)終端主動免疫、面向不確定攻擊特征的終端威脅精確感知與阻斷、終端互聯(lián)計算環(huán)境下電力系統(tǒng)智能終端安全接入和業(yè)務(wù)隔離等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)展望。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);智能終端;安全挑戰(zhàn)與風(fēng)險;安全防護(hù)

引言

人們的生活條件越來越好，空調(diào)、冰箱、電飯煲、電腦等家用高耗能電器的普遍使用也給電力系統(tǒng)帶來巨大的壓力，尤其是在天熱的時候，幾乎是人人開空調(diào)，電力系統(tǒng)處于非常緊張的狀態(tài)，時刻都有電力癱瘓的可能，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)已經(jīng)沒有足夠強(qiáng)大的實力來應(yīng)對這來勢洶洶的電力網(wǎng)了，電力系統(tǒng)自動化雖然是將電力輸送設(shè)定在一個固定的軌道里，但是對突發(fā)情況的應(yīng)激能力還比較欠缺，一旦有某段電力輸送脫離軌道，整個電力系統(tǒng)便會受到嚴(yán)重影響。這就需要我們?yōu)殡娏ο到y(tǒng)配備智能技術(shù)，以用來應(yīng)對突發(fā)狀況，使得電力系統(tǒng)自動化調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)。智能技術(shù)使得電力系統(tǒng)自動化的應(yīng)用更加得心應(yīng)手，電力系統(tǒng)也將在智能技術(shù)的參與下更加安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

1電力系統(tǒng)自動化的概述

電力作為我們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚囊徊糠?，一直以來都受到人們的重視，就現(xiàn)階段我國電力系統(tǒng)分布來說，分布的區(qū)域較為廣闊，整個電力系統(tǒng)主要是由變電站、發(fā)電站、輸電配電網(wǎng)絡(luò)以及用戶所組成的，這些方面的相互結(jié)合形成了一種進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配的大系統(tǒng)。而我們所提到的電力系統(tǒng)自動化所涉及到的范圍是較為廣泛的，整個電力系統(tǒng)自動化的那個中不僅包含了系統(tǒng)以及元件之間的自動化安全保護(hù)，同時還包含了在實際進(jìn)行生產(chǎn)過程當(dāng)中的檢測以及控制，在此基礎(chǔ)上根據(jù)實際情況對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行合理的應(yīng)用，保證自動傳輸?shù)裙ぷ鞯馁|(zhì)量。

2電力系統(tǒng)智能終端信息安全防護(hù)技術(shù)問題剖析

（1）覆蓋電路級、CPU內(nèi)核及片上內(nèi)嵌入式操作系統(tǒng)的芯片全通路安全防護(hù)機(jī)制及適應(yīng)各類異構(gòu)終端的普適性主動免疫問題。根據(jù)安全風(fēng)險分析可知，解決電力系統(tǒng)智能終端“自身安全”問題，必須實現(xiàn)芯片安全和終端計算環(huán)境安全。在電力系統(tǒng)智能終端芯片層，面臨的安全隱患表現(xiàn)為芯片各層次防護(hù)理論和技術(shù)無法滿足安全需求。然而，當(dāng)前電力系統(tǒng)智能終端采用了大量先進(jìn)工藝條件制造的芯片，此類芯片主要由國外掌控，自主可控程度很低，其安全性保障技術(shù)更是存在空白。隨著中國自主先進(jìn)芯片技術(shù)發(fā)展，電力系統(tǒng)智能終端芯片在實現(xiàn)自主可控的同時應(yīng)充分考慮芯片的安全防護(hù)，同步設(shè)計、同步發(fā)展。首先需從芯片設(shè)計理論的安全建模方面進(jìn)行技術(shù)突破，確保理論層面的可證明安全。其次，應(yīng)突破電路級、CPU內(nèi)核以及片上內(nèi)嵌入式操作系統(tǒng)等芯片核心組件的安全防護(hù)技術(shù)，從而構(gòu)建芯片全通路安全防護(hù)技術(shù)體系。在電力系統(tǒng)智能終端計算環(huán)境安全方面，由于電力系統(tǒng)智能終端異構(gòu)多樣、資源受限、長期運(yùn)行，傳統(tǒng)終端被動式、個性化安全技術(shù)無法適用。因此需開展結(jié)合芯片層面的終端安全技術(shù)研究，構(gòu)建適用于電力系統(tǒng)智能終端不同硬件架構(gòu)、不同系統(tǒng)環(huán)境、不同應(yīng)用環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)化安全防護(hù)框架，且能夠在網(wǎng)絡(luò)安全事件發(fā)生前、發(fā)生時確保終端計算環(huán)境的安全性和完整性，最終形成電力系統(tǒng)智能終端的普適性主動免疫技術(shù)體系。（2）攻擊特征不確定、終端/業(yè)務(wù)/網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)耦合條件下，終端安全狀態(tài)建模、精確感知及威脅阻斷問題。解決電力系統(tǒng)智能終端“攻擊防御”問題，重點需突破電力系統(tǒng)終端遠(yuǎn)程接入交互過程中的攻擊監(jiān)測和防滲透技術(shù)。然而，電力系統(tǒng)智能終端點多面廣、業(yè)務(wù)系統(tǒng)專業(yè)性強(qiáng)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成復(fù)雜度高，且三者間相互耦合，而針對電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攻擊呈現(xiàn)定制化、隱蔽化和高級化等特點，難以清晰描述基于零日漏洞的高級持續(xù)性網(wǎng)絡(luò)攻擊的機(jī)理和特征，不同電力系統(tǒng)智能終端、系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)在攻擊下的表現(xiàn)不一，因此無法單一根據(jù)攻擊特征進(jìn)行識別和阻斷。傳統(tǒng)監(jiān)測手段缺少對電力業(yè)務(wù)場景的安全建模，監(jiān)測數(shù)據(jù)源僅涉及CPU內(nèi)存等基礎(chǔ)資源狀態(tài)和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)流量，未面向電網(wǎng)業(yè)務(wù)流、專用協(xié)議和應(yīng)用特征進(jìn)行深度監(jiān)控與分析，難以精確、深入地感知電力系統(tǒng)智能終端系統(tǒng)安全狀態(tài)，需要探索終端安全精確感知與攻擊阻斷技術(shù)。

3電力系統(tǒng)智能終端信息安全防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

3.1模糊控制技術(shù)

對于電力控制而言，精確并不是可行之策，反而模糊控制技術(shù)才更有利于電力系統(tǒng)的控制。這種模糊控制技術(shù)也就是以大局帶動部分，著眼電力系統(tǒng)整體，將整體控制在一個平穩(wěn)運(yùn)行的狀態(tài)之內(nèi)，剩下部分遺留的細(xì)小問題也就不難解決。電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中變量太多，如果想要將每一個變量都兼顧，那么一個部分的改變很可能會對整體造成不利的影響。與其對所獲取的不詳細(xì)的動態(tài)信息斤斤計較，倒不如從整體出發(fā)，對電力系統(tǒng)進(jìn)行模糊式的控制，在模糊控制中隨機(jī)應(yīng)變，根據(jù)實時監(jiān)測的電力變化情況作出針對性的反應(yīng)，將不必要的動態(tài)信息省略，為電力系統(tǒng)整體控制提供有效的信息參考。

3.2現(xiàn)場總線自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用

相比于傳統(tǒng)的技術(shù)而言，現(xiàn)場總線技術(shù)的不同之處就是在傳統(tǒng)的控制儀表當(dāng)中安裝了微處理器，微處理器的安裝保證了每一個儀表都能夠具有屬于自身的數(shù)字計算以及數(shù)字通信的能力，然后再將操作較為簡單的連接線作為總線，將每一個能夠具有獨立計算能力以及通信能力的控制儀器連接到一起，形成一個整體的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)作，并且在此基礎(chǔ)上將這一系統(tǒng)與計算機(jī)之間進(jìn)行連接，保證系統(tǒng)當(dāng)中的每一個儀表都能夠通過計算機(jī)來進(jìn)行控制，通過計算機(jī)對所需要用到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的錄入以及輸入，確保系統(tǒng)能夠符合實際的需求，進(jìn)行自動化的控制。

3.3安全性綜合驗證評估

綜合考慮實際業(yè)務(wù)環(huán)境中的負(fù)荷特點、供電可靠性要求等因素，在安全防護(hù)技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)環(huán)境后，為對相關(guān)安全技術(shù)有效性以及業(yè)務(wù)影響性進(jìn)行測評驗證。需考慮通過紅隊攻擊和專家組驗證等方式，采用終端自身攻擊、縱向通信攻擊、主站下行攻擊等方式，驗證主動免疫電力終端、終端安全監(jiān)測與防滲透系統(tǒng)、邊緣計算安全接入設(shè)備的安全功能有效性，并評估對業(yè)務(wù)系統(tǒng)實時性、正確性、可靠性等方面的影響及對現(xiàn)有防護(hù)體系的提升能力。

結(jié)束語

綜上所述，本文對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下電力系統(tǒng)智能終端安全防護(hù)面臨的風(fēng)險和技術(shù)問題進(jìn)行了剖析，設(shè)計了覆蓋芯片層、終端層、交互層的電力系統(tǒng)智能終端安全防護(hù)框架，以進(jìn)一步擴(kuò)充完善現(xiàn)有電力二次系統(tǒng)的安全防護(hù)體系。本文所展望的芯片電路級可證明安全防護(hù)和內(nèi)核故障自修復(fù)、異構(gòu)終端主動免疫、終端威脅精確感知與阻斷、互聯(lián)環(huán)境下電力系統(tǒng)智能終端安全邊緣接入和業(yè)務(wù)隔離等關(guān)鍵技術(shù)，在未來仍有較長的路要走，需要綜合考慮電力系統(tǒng)高實時性、高連續(xù)性要求，在不影響電力業(yè)務(wù)的情況下開展針對性安全防護(hù)。

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