電力二次系統(tǒng)安全防護策略分析

張立芳　王鋼　魏東

摘要：電力二次系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，對整個電力系統(tǒng)的運行有著很大的影響。為防范黑客攻擊和潛藏在網(wǎng)絡中的惡意代碼等對電力二次系統(tǒng)造成威脅，保障電力二次系統(tǒng)的安全防護效果尤為重要。現(xiàn)通過對我國電力二次系統(tǒng)安全防護的現(xiàn)狀進行分析，圍繞目前我國電力二次系統(tǒng)面臨的攻擊以及在安全防護中存在的問題，提出了加強安全防護的相關策略。

關鍵詞：電力二次系統(tǒng);安全防護;攻擊

0 引言

電力供應對人們的生產生活有著巨大影響，電力企業(yè)作為關系國家能源安全和國民經(jīng)濟命脈的重要骨干企業(yè)，為經(jīng)濟、社會發(fā)展提供了安全保障，因此，保證電力二次系統(tǒng)網(wǎng)絡信息安全顯得極為重要。隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，電力信息系統(tǒng)面臨著各種新的威脅，大量的惡意代碼、木馬程序、間諜軟件等分布在電力二次系統(tǒng)中，如果不能及時阻止這些病毒，將造成系統(tǒng)崩潰。有文獻指出，目前防御電力二次系統(tǒng)威脅的基本方法是使用防火墻、防病毒軟件、殺毒軟件、基于誤用檢測的入侵檢測系統(tǒng)（IDS）等。這些措施都是采用被動防御的方式，只能檢測已知的攻擊類型。針對未知威脅，有文獻提出采用主動防御技術或者采用主被動防御相結合的方式進行抵御，這樣能夠更好地保護電力信息網(wǎng)絡的安全。

1 我國電力二次系統(tǒng)安全防護現(xiàn)狀

1.1? ? 安全防護現(xiàn)狀

目前，我國電力系統(tǒng)仍然存在著各種防護問題，整個電力系統(tǒng)的安全防御面臨著威脅，不同區(qū)域的隔離工作無法實現(xiàn)安全防護，計算機病毒、蠕蟲等仍然可以通過各種方式進入生產控制區(qū)，導致整個系統(tǒng)崩潰。面對未知的攻擊，被動防御技術無法檢測出來，當前電力系統(tǒng)對于未知威脅仍然無法進行有效防護。為了保證電力二次系統(tǒng)的安全運行，需要對我國電力二次系統(tǒng)的安全防護策略進行分析，提出進一步的改進意見。

我國電力二次系統(tǒng)面臨的安全風險主要包括信息泄露、惡意軟件的入侵、計算機病毒、黑客攻擊、違法授權等。有文獻總結了產生這些安全風險的主要原因：（1）電力系統(tǒng)使用防火墻和入侵檢測技術等存在一定的缺陷和不足，容易導致漏報和誤報，不能滿足對電力二次系統(tǒng)的安全防護需求;（2）手動更新病毒庫缺乏實時性，使得被動防御技術無法抵御未知的攻擊;（3）安全防護目標體系、防護策略體系不健全，對于未知的攻擊類型無法做到有效防護;（4）管理信息大區(qū)與生產控制大區(qū)的數(shù)據(jù)進行雙向交互，沒有統(tǒng)一的規(guī)則，難以對系統(tǒng)及數(shù)據(jù)進行安全防護。

1.2? ? 面臨的攻擊

有文獻詳細列出了電力二次系統(tǒng)網(wǎng)絡中傳統(tǒng)的攻擊方式，傳統(tǒng)犯罪集團攻擊一般沒有明確的攻擊目標，只是利用這些攻擊方式對全網(wǎng)的計算機進行惡意攻擊，對于這些傳統(tǒng)的攻擊都有應對的策略。而對于電力系統(tǒng)的攻擊主要是一些新型攻擊，新型攻擊是在傳統(tǒng)攻擊的基礎上增加一些新的特點。比如新型的DDoS攻擊是通過TCP/IP協(xié)議漏洞消耗服務器鏈接資源，從而導致服務器無法正常反饋信息;對于0day漏洞的新型攻擊一般具有明確的攻擊目標，利用0day漏洞對電力系統(tǒng)發(fā)起的攻擊，其攻擊行為頻率高、時間長，但由于被動防御體系中沒有針對0day漏洞等新型攻擊的特征，所以仍然不容易檢測出此種攻擊。從防護技術來看，針對傳統(tǒng)攻擊的被動防御技術已不能檢測出新型攻擊，有文獻給出了應對此類新型攻擊采取的主動防御策略。

2 電力二次系統(tǒng)安全防護

2.1? ? VLAN技術的應用

有文獻詳細介紹了VLAN技術在電力二次系統(tǒng)中的應用，指出在生產控制大區(qū)一個生產控制系統(tǒng)對應于一個接口單元，該接口單元采用一個支持端口VLAN劃分的交換機，該交換機不能訪問每個接口單元，以避免各系統(tǒng)相互影響。數(shù)據(jù)庫服務器、交換機、接口單元部署在安全區(qū)Ⅱ中，而管理信息大區(qū)的安全區(qū)Ⅲ/Ⅳ部署了一個數(shù)據(jù)庫鏡像服務器來訪問MIS，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫服務器和數(shù)據(jù)庫鏡像服務器的實時同步傳輸。由于在兩個大區(qū)間進行訪問，在大區(qū)之間部署單向專用安全隔離設備以確保數(shù)據(jù)單方面?zhèn)鬏?，并使用雙隔離設備熱備份來提高網(wǎng)絡的高可用性和數(shù)據(jù)實時性。

2.2? ? MPLS-VPN技術的應用

MPLS-VPN技術就是利用MPLS（多協(xié)議標簽交換）將網(wǎng)絡中的IP地址按照邏輯的不同劃分為企業(yè)專網(wǎng)，用于解決企業(yè)之間互聯(lián)或實現(xiàn)跨區(qū)域、高速、安全的業(yè)務數(shù)據(jù)通信?；贛PLS-VPN技術將電力調度數(shù)據(jù)網(wǎng)中的VPN劃分為實時控制子網(wǎng)和非實時控制子網(wǎng)，分別承載著安全Ⅰ區(qū)和安全Ⅱ區(qū)的業(yè)務數(shù)據(jù)。有文獻指出電廠中的每個業(yè)務系統(tǒng)都通過VPN隔離或采用不同的交換機訪問路由器，而不同安全區(qū)域中的企業(yè)隔離為不同的VPN，為控制區(qū)和非控制區(qū)中的企業(yè)電力系統(tǒng)分配相對獨立的邏輯通道，在局域網(wǎng)與電力調度數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的安全區(qū)域Ⅰ中安裝垂直加密身份驗證設備，以確?？v向傳輸中的數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)機密性和數(shù)據(jù)真實性。

2.3? ? 防病毒措施

計算機病毒入侵電力系統(tǒng)，對于傳統(tǒng)的手動更新病毒庫缺乏實時性。在電力系統(tǒng)的保護中，對于入侵計算機的病毒需要建立防病毒系統(tǒng)。未安裝病毒防范軟件或者沒有及時更新病毒庫，可能導致無法發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)感染的病毒尤其是新型病毒，病毒一旦觸發(fā)后將破壞系統(tǒng)數(shù)據(jù)或文件。為解決上述問題，有文獻指出可以通過部署多層次病毒防御系統(tǒng)來防范入侵計算機的病毒，多層次病毒防御系統(tǒng)包括網(wǎng)絡病毒防御系統(tǒng)和終端病毒防御系統(tǒng)。網(wǎng)絡病毒防御系統(tǒng)可通過部署防病毒網(wǎng)關來主動抵御外來網(wǎng)絡的病毒威脅;終端病毒防御系統(tǒng)采用終端部署殺毒軟件將病毒檢測、數(shù)據(jù)保護結合起來，有效防范病毒入侵。在安全Ⅰ區(qū)、安全Ⅱ區(qū)、安全Ⅲ區(qū)縱向網(wǎng)絡邊界各部署一臺防病毒網(wǎng)關設備，采用旁路代理模式接入各自前置交換機。

3 電力二次系統(tǒng)安全防護中存在的問題

3.1? ? 網(wǎng)絡防護方法單一

現(xiàn)階段，我國的電力二次系統(tǒng)安全防護措施比較單一，主要是利用防火墻、網(wǎng)閘、安全認證進行安全防護，這幾種方式的共同點是需要事先設定與電力二次系統(tǒng)相匹配的參數(shù)，然后對信息和數(shù)據(jù)進行防控和篩選。以上安全防護措施的主要問題是安全程度非常低，容易被攻擊者攻破，不能完全確保電力二次系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全性。

3.2? ? 邊界防護不規(guī)范

我國電力二次系統(tǒng)安全防護存在的另一個問題是邊界防護不規(guī)范，在各系統(tǒng)進行安全分區(qū)后，在安全防護方面，達不到分區(qū)使用的效果，不夠系統(tǒng)化、規(guī)范化，造成此種問題的原因主要有兩個：（1）電力系統(tǒng)運行時普遍存在數(shù)據(jù)的交換傳輸，而在傳統(tǒng)的防范措施中，在控制區(qū)與非控制區(qū)沒有設置物理隔離措施，可能會導致外部病毒對整個系統(tǒng)的攻擊;（2）非控制區(qū)的某些系統(tǒng)利用交換機與管理信息大區(qū)之間進行數(shù)據(jù)傳輸，在某種程度上，將會直接到達辦公內網(wǎng)，對內部往來系統(tǒng)造成威脅。

4 加強安全防護的相關策略

4.1? ? 被動防御技術

被動防御是通過面向已知特征的威脅，基于特征庫精確匹配來發(fā)現(xiàn)可疑行為，將目標程序與特征庫進行逐一比對，實現(xiàn)對異常行為進行監(jiān)控和阻斷。

4.1.1? ? 防火墻技術

防火墻是由軟件和硬件共同組成的位于內外網(wǎng)之間的一套網(wǎng)絡安全防護系統(tǒng)，在電力二次系統(tǒng)安全防護中，大多在網(wǎng)絡邊界設置防火墻，起到服務器、網(wǎng)關的作用。防火墻主要是用來防止因特網(wǎng)的攻擊，同時對于病毒入侵、非法信息過濾和陌生身份非法入侵等都能有效處理。有文獻指出，就我國電力企業(yè)來看，目前應用最多的是包過濾模式防火墻，通過對協(xié)議類型、源/目的端口、端口號等進行數(shù)據(jù)信息審核。有文獻指出采用防火墻將生產控制大區(qū)中的安全區(qū)隔離開并不能保證生產控制大區(qū)網(wǎng)絡的安全，入侵者尋找可能存在的后門入口，此時防火墻不起作用。

4.1.2? ? 身份認證技術

電力二次系統(tǒng)中為了確保數(shù)據(jù)信息的安全訪問，以免數(shù)據(jù)信息泄露，需要結合有效的身份認證技術。重視數(shù)據(jù)信息的泄露，更多的是確保電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息的安全訪問，使用身份認證技術保護系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全訪問和對操作人員的身份認證，防止未獲得授予權限的黑客進入管理系統(tǒng)，竊取和泄露信息。

4.1.3? ? 入侵檢測技術

目前電力二次系統(tǒng)普遍沒有配置入侵檢測設備，不能對入侵行為提供警報。有文獻指出電力二次系統(tǒng)的電力監(jiān)控系統(tǒng)在入侵防范方面存在的問題主要表現(xiàn)在沒有在管理信息大區(qū)部署入侵檢測設備，相關安全設備的缺失將導致系統(tǒng)管理員無法對管理信息系統(tǒng)存在的入侵或攻擊行為作出及時反應和處理。有學者在文獻中提出了解決上述問題的方法。

4.2? ? 主動防御技術

主動防御技術是能夠對未知攻擊和威脅進行檢測和防護的技術。這種技術可以彌補被動防御技術的不足。有文獻詳細介紹了近年來典型的主動防御技術。

4.2.1? ? 陷阱技術

有文獻將陷阱技術應用到維護電力信息網(wǎng)絡安全中，使用新技術來應對新型攻擊，從而保護電力信息網(wǎng)絡的安全。陷阱技術主要包括蜜罐技術和蜜網(wǎng)技術。

蜜罐技術是故意設計系統(tǒng)漏洞用來吸引黑客攻擊。系統(tǒng)能夠記錄黑客的攻擊策略和技術等有用信息，及時了解對系統(tǒng)發(fā)起的最新黑客攻擊和漏洞。除了利用蜜罐技術誘騙黑客前來攻擊外，該技術沒有提供任何其他有價值的信息，只要有嘗試和蜜罐連接的行為就可視為非法攻擊。蜜罐可以誘導黑客攻擊錯誤的地方，從而延緩攻擊真正的目標，拖延攻擊者的時間，使其獲取不到任何有用的信息。蜜網(wǎng)是在蜜罐技術上發(fā)展起來的一項新技術，也可稱之為陷阱網(wǎng)絡。蜜網(wǎng)的最大價值是發(fā)現(xiàn)和獲取各種網(wǎng)絡威脅信息。通過蜜網(wǎng)技術，我們可隨時了解入侵者的信息、攻擊技術、攻擊類型和攻擊目的并對這些信息進行研究，以防對電力系統(tǒng)再次發(fā)起類似攻擊。

4.2.2? ? 取證技術

取證技術主要用于系統(tǒng)被入侵后進行攻擊者的信息取證收集。動態(tài)取證技術是通過實時數(shù)據(jù)分析，在受到攻擊時切斷連接或者采取誘敵深入的方式進行取證。動態(tài)取證依靠入侵檢測系統(tǒng)與蜜罐技術的緊密結合，對數(shù)據(jù)進行實時分析和獲取，在保證安全的情況下獲取大量證據(jù)。通過在受保護的主機上安裝代理服務器，這樣當黑客入侵時，對于黑客對系統(tǒng)的操作和對文件的盜取和破壞等行為，系統(tǒng)和代理服務器會產生相應的日志文件加以記錄，并將恢復后的日志文件傳輸?shù)饺∽C機上進行備份保存。在檢測到非法入侵和惡意行為時，利用IDS收集證據(jù)，將計算機取證結合到入侵檢測等網(wǎng)絡系統(tǒng)結構中進行動態(tài)取證。

4.3? ? 主被動相結合

有文獻通過利用主動防御技術與被動防御技術相結合的方式，建立針對電力二次系統(tǒng)的動態(tài)安全防御系統(tǒng)，運用被動防御技術中的網(wǎng)絡防火墻和入侵檢測系統(tǒng)，建立起防御系統(tǒng)的前線，并結合主動防御技術中的陷阱技術形成網(wǎng)絡防護，對外界的非法訪問和惡意攻擊行為進行防范，通過陷阱技術中系統(tǒng)漏洞的制造，模擬出受攻擊的網(wǎng)絡環(huán)境，改變攻擊者對系統(tǒng)的攻擊方向。在動態(tài)安全防御系統(tǒng)的建立中，檢測和響應也占據(jù)著主要地位，通過陷阱技術設計陷阱，結合取證技術對電力二次系統(tǒng)中的漏洞和攻擊進行檢測，保留入侵的證據(jù)。在響應階段，利用取證技術對攻擊和漏洞檢測的網(wǎng)絡日志進行記錄保存，通過蜜網(wǎng)技術進行智能化分析，對新的病毒和攻擊手段生成新的數(shù)據(jù)庫，解決了面對未知攻擊和未知威脅被動防御技術無法解決的問題。

5 結語

本文從我國電力二次系統(tǒng)安全防護的現(xiàn)狀出發(fā)，總結了目前電力二次系統(tǒng)面臨的攻擊以及在電力二次系統(tǒng)安全防護中存在的問題，對安全防護的相關策略進行了分析，針對電力二次系統(tǒng)的攻擊，采用主被動防御技術，從而加強電力二次系統(tǒng)的安全防護效果，有效保障電力系統(tǒng)的正常運行和電力供給。

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收稿日期：2020-04-07

作者簡介：張立芳（1996—），女，山西懷仁人，研究方向：網(wǎng)絡空間安全。