電力移動(dòng)終端安全接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃勇光　李穎杰

摘 要： 針對(duì)移動(dòng)終端接入電力企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的安全性問(wèn)題，將整個(gè)接入過(guò)程分為不同階段進(jìn)行研究，以期通過(guò)對(duì)各階段的安全防護(hù)策略進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)電力移動(dòng)終端安全接入。所提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用了安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用的系統(tǒng)邏輯架構(gòu)策略，構(gòu)建了分層的安全移動(dòng)終端體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)還應(yīng)用了基于角色的檢測(cè)以及基于SSL協(xié)議的安全傳輸?shù)劝踩呗浴?/p>

關(guān)鍵詞： 移動(dòng)終端; 安全接入; 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)： TM 732文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Design of Safety Access System for Power Mobile Terminals

HUANG Yongguang， LI Yingjie

（Shenzhen Power Supply Bureau Co. Ltd.， Shenzhen， Guangdong 518000， China）

Abstract： Aiming at the security problem of mobile terminal accessing the power enterprise Intranet， this paper divides the whole accessing process into different stages. With a view of improving the design of security protection strategies in each stage，? the safe access of power mobile terminal is realized. The system design scheme proposed in this paper adopts the security partition and network-specific system logic architecture strategy， and constructs a hierarchical security mobile terminal architecture. At the same time， it also applies the role-based detection and security transmission strategy based on the SSL protocol.

Key words： mobile terminal; secure access; system design

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)不斷深化推進(jìn)，各種類(lèi)型的移動(dòng)終端隨之接入電力內(nèi)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中，而電力企業(yè)也需要向移動(dòng)終端拓展諸多業(yè)務(wù)。在此背景下，面對(duì)海量移動(dòng)終端以各種方式接入的問(wèn)題，電力企業(yè)內(nèi)網(wǎng)信息的安全防護(hù)必須進(jìn)行加強(qiáng)，從而保障國(guó)家能源安全以及經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展[1]。作為接入系統(tǒng)的源頭，如何有效加強(qiáng)移動(dòng)終端接入的安全性是具有極為重要意義的研究課題。因此，本文對(duì)該課題展開(kāi)研究探討，提出一種電力移動(dòng)終端安全接入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，以期為解決我國(guó)電力企業(yè)信息安全問(wèn)題提供一些幫助。

1 安全接入系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

眾所周知，電力是現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的重要能源，而電力企業(yè)擔(dān)負(fù)著提供可持續(xù)電力供應(yīng)的重大責(zé)任，這是電力行業(yè)所具有的特殊性。此外，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，我國(guó)電力企業(yè)信息化與智能電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展普及速度也達(dá)到了較高水平，使得當(dāng)前我國(guó)電力企業(yè)內(nèi)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)雜度、移動(dòng)終端接入種類(lèi)、數(shù)量、傳輸數(shù)據(jù)量等皆呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。針對(duì)以上現(xiàn)狀，本文提出了電力移動(dòng)終端安全接入系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)方案。該方案的核心思路如下：針對(duì)移動(dòng)終端安全接入過(guò)程中的接入前、接入中及接入后這3個(gè)階段[2]，采用三級(jí)安全防護(hù)策略，分別就各個(gè)階段的安全防護(hù)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。

1.1 系統(tǒng)總體邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體架構(gòu)的核心設(shè)計(jì)思路如下：針對(duì)移動(dòng)終端安全接入過(guò)程中的接入前、接入中及接入后這3個(gè)階段，采用三級(jí)安全防護(hù)策略，分別就各個(gè)階段的安全防護(hù)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。根據(jù)這一思路，本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體邏輯架構(gòu)如圖1 所示。

從圖1中可以看到，該系統(tǒng)總體邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)方案采用了安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用的策略，一方面將整個(gè)電力移動(dòng)終端安全接入系統(tǒng)邏輯劃分為終端區(qū)、傳輸區(qū)、接入?yún)^(qū)以及訪問(wèn)區(qū)等四個(gè)安全區(qū)，各安全區(qū)之間功能獨(dú)立而又彼此協(xié)調(diào);另一方面將網(wǎng)絡(luò)劃分為專用網(wǎng)、安全接入網(wǎng)以及內(nèi)部應(yīng)用網(wǎng)等3個(gè)部分，以訪問(wèn)控制來(lái)保障彼此數(shù)據(jù)交換的安全性[3]。

1.2 系統(tǒng)物理拓?fù)湓O(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)總體邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)方案，本文進(jìn)一步提出了系統(tǒng)物理拓?fù)湓O(shè)計(jì)方案，如圖2所示。

圖2中，本文所提出的電力移動(dòng)終端安全接入系統(tǒng)能夠支持智能手機(jī)等多種當(dāng)前主流移動(dòng)終端設(shè)備進(jìn)行接入，各種移動(dòng)終端向電力企業(yè)內(nèi)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)送的請(qǐng)求，必須通過(guò)安全接入網(wǎng)關(guān)這個(gè)唯一通信接口的轉(zhuǎn)發(fā)。應(yīng)用前置服務(wù)器負(fù)責(zé)接收來(lái)自移動(dòng)終端的請(qǐng)求信息并進(jìn)行初步處理，然后將其傳輸至電力企業(yè)內(nèi)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)。移動(dòng)終端身份驗(yàn)證由安全認(rèn)證系統(tǒng)進(jìn)行，僅允許具有合法身份的移動(dòng)終端進(jìn)行接入[4]。通過(guò)單向數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，使得信息數(shù)據(jù)僅能進(jìn)行單向傳輸而無(wú)法反向傳輸。

2 移動(dòng)終端安全設(shè)計(jì)

針對(duì)電力移動(dòng)終端安全接入問(wèn)題，本文結(jié)合采用安全移動(dòng)終端體系結(jié)構(gòu)改造、基于角色的檢測(cè)以及基于SSL協(xié)議的安全傳輸?shù)炔呗裕源吮Ｕ弦苿?dòng)終端與電力企業(yè)內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)交互的安全性。

2.1 安全移動(dòng)終端體系結(jié)構(gòu)

本文對(duì)安全移動(dòng)終端體系結(jié)構(gòu)的改造策略主要是采用分層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖3所示。

從圖3可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)改造的安全移動(dòng)終端體系共劃分為硬件層、核心層、系統(tǒng)層以及應(yīng)用層，本文將分別對(duì)各層進(jìn)行闡述。

（1） 硬件層負(fù)責(zé)提供硬件支持，通過(guò)嵌入加密芯片等方法對(duì)該層進(jìn)行安全改造，能夠有效強(qiáng)化提升安全性;

（2） 核心層負(fù)責(zé)提供安全策略及規(guī)范，其安全改造措施包括結(jié)合采用認(rèn)證技術(shù)與SIM 卡來(lái)進(jìn)行身份驗(yàn)證，以此提高安全可靠性等;

（3） 系統(tǒng)層由各管理功能模塊構(gòu)成，對(duì)系統(tǒng)層的安全改造主要是通過(guò)添加訪問(wèn)控制管理模塊、狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊等安全管理模塊，以此確保整個(gè)系統(tǒng)的安全性;

（4） 應(yīng)用層由生產(chǎn)管理系統(tǒng)等電力企業(yè)相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用構(gòu)成。

2.2 基于角色的檢測(cè)

在前文所述的安全移動(dòng)終端體系結(jié)構(gòu)的分層設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，本文為了加強(qiáng)對(duì)惡意入侵的防御，進(jìn)一步在體系結(jié)構(gòu)中的系統(tǒng)層中加入了移動(dòng)終端安全檢測(cè)模塊。

目前常見(jiàn)的基于特征碼的檢測(cè)機(jī)制是通過(guò)預(yù)先構(gòu)建惡意軟件特征值庫(kù)，然后對(duì)軟件的APK進(jìn)行MD5值計(jì)算后，再將兩者進(jìn)行對(duì)比分析，以此來(lái)確定被檢測(cè)軟件是否為惡意軟件[5]。為了確保移動(dòng)終端安全檢測(cè)模塊的有效性，必須對(duì)上述具有局限性的檢測(cè)機(jī)制進(jìn)行改進(jìn)。因此，本文在其基礎(chǔ)上結(jié)合采用了基于角色的靜態(tài)分析方法，通過(guò)對(duì)用戶所提供的應(yīng)用程序信息進(jìn)行挖掘，以此發(fā)現(xiàn)內(nèi)部可能存在的邏輯矛盾?？紤]到電力移動(dòng)終端自身硬件性能問(wèn)題，本文采用C/S模式來(lái)進(jìn)行基于角色的檢測(cè)架構(gòu)，如圖4所示。

從圖4中可以看到，本文所提出的基于角色的入侵檢測(cè)機(jī)制首先需要對(duì)電力移動(dòng)終端上的應(yīng)用程序進(jìn)行分類(lèi)，并分別為不同類(lèi)別的程序配置相應(yīng)的角色，以此使不同分類(lèi)的應(yīng)用程序與相應(yīng)的系統(tǒng)權(quán)限進(jìn)行關(guān)聯(lián);然后，提取出應(yīng)用程序的權(quán)限信息，并由服務(wù)器的檢測(cè)模型將權(quán)限信息與資源文件進(jìn)行對(duì)比分析，最終完成對(duì)目標(biāo)軟件的檢測(cè)任務(wù)并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送至客戶端。

2.3 基于SSL協(xié)議的安全傳輸

在通信協(xié)議方面，本文對(duì)比分析了目前常見(jiàn)的主流通信協(xié)議，發(fā)現(xiàn)SSL協(xié)議具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，不僅具備了優(yōu)秀的擴(kuò)展性，并且在安全性與兼容性方面也表現(xiàn)良好。此外，為了進(jìn)一步強(qiáng)化數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，本文還對(duì)涵蓋了加密、數(shù)字簽名等多項(xiàng)技術(shù)的PKI展開(kāi)研究[6]，確定該技術(shù)能夠很好地應(yīng)用于電力移動(dòng)終端接入這種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。綜上所述，本文最終選擇采用了SSL協(xié)議，并且在PKI技術(shù)的基礎(chǔ)上將兩者進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，一方面通過(guò)PKI技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密來(lái)保障了通信的私密性，一方面通過(guò)身份驗(yàn)證及數(shù)字簽名來(lái)保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴＿@種基于PKI技術(shù)的SSL協(xié)議確保了應(yīng)用層與TCP/IP間數(shù)據(jù)通信的安全性。

SSL協(xié)議主要由握手協(xié)議與記錄協(xié)議兩部分構(gòu)成，前者負(fù)責(zé)會(huì)話建立，而后者則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)封裝。SSL握手協(xié)議的通信過(guò)程如圖5所示。

如前文所述，本文將SSL協(xié)議與PKI技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，因此當(dāng)圖5所示的握手協(xié)議通信過(guò)程結(jié)束后，在由記錄協(xié)議負(fù)責(zé)完成的數(shù)據(jù)封裝過(guò)程中，會(huì)以加密算法以及密匙對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃矫苄约鞍踩浴?/p>

3 系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試

為了驗(yàn)證本文所提出的電力移動(dòng)終端安全接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可行性，首先根據(jù)某電力企業(yè)的實(shí)際需求情況對(duì)該企業(yè)的集控中心系統(tǒng)進(jìn)行了改造，將電力移動(dòng)終端安全接入系統(tǒng)與之進(jìn)行結(jié)合，然后對(duì)其進(jìn)行了整體運(yùn)行測(cè)試。系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試測(cè)試所構(gòu)建的電力移動(dòng)終端安全接入系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖6所示。

首先，對(duì)待接入的移動(dòng)終端進(jìn)行檢查驗(yàn)證，確定允許該移動(dòng)終端進(jìn)行接入;然后通過(guò)客戶端的登錄界面輸出正確的用戶賬號(hào)、密碼，并在該界面勾選數(shù)字證書(shū)驗(yàn)證;最后點(diǎn)擊登錄按鈕進(jìn)行系統(tǒng)登錄操作[7]?？蛻舳说卿浗缑嫒鐖D7所示。

成功登錄電力移動(dòng)終端安全接入系統(tǒng)后，操作界面顯示出該系統(tǒng)用戶權(quán)限所對(duì)應(yīng)的功能操作按鈕。點(diǎn)擊實(shí)時(shí)監(jiān)控按鈕進(jìn)入相應(yīng)界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)該電力企業(yè)下屬電廠的生產(chǎn)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控，如圖8所示。

從圖8中可以看到，實(shí)時(shí)監(jiān)控界面能夠清晰地顯示出下屬電廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并且每間隔若干秒后會(huì)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新。

4 結(jié)語(yǔ)

測(cè)試結(jié)果證明，本文所設(shè)計(jì)的電力移動(dòng)終端安全接入系統(tǒng)能夠很好地支持移動(dòng)終端與電力企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的數(shù)據(jù)交互，保證良好的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，并且通過(guò)用戶密碼驗(yàn)證、數(shù)字證書(shū)驗(yàn)證等多種措施，保證了數(shù)據(jù)交互的私密性與安全性。

參考文獻(xiàn)

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（收稿日期： 2019.06.04）

作者簡(jiǎn)介：

黃勇光（1977-），男，本科，工程師，研究方向：電力信息化。

李穎杰（1986-），男，本科，高級(jí)工程師，方向電力信息化。