智能電網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)安全的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

摘要：文章從物理、數(shù)據(jù)處理等方面出發(fā)，針對(duì)智能電網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)安全關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用做出分析和探討，以期提高智能電網(wǎng)的安全性，進(jìn)而促進(jìn)智能電網(wǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)安全；關(guān)鍵技術(shù)；應(yīng)用

中圖法分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

１ 智能電網(wǎng)的發(fā)展

１．１ 智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理能力較強(qiáng)且安全系數(shù)較高，其節(jié)點(diǎn)遍布于人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妫芸刂齐娏α髋c信息流雙向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)信息與業(yè)務(wù)之間的統(tǒng)一結(jié)合，使供應(yīng)方與消費(fèi)方之間形成雙向通信。除此之外，智能電網(wǎng)還能根據(jù)電力使用情況對(duì)電力資源進(jìn)行自主優(yōu)化，在一定程度上減少了用電者的電費(fèi)支出。

因此，智能電網(wǎng)的研究和實(shí)踐受到社會(huì)各界的持續(xù)關(guān)注。目前，智能電網(wǎng)的發(fā)展方向主要以高壓電網(wǎng)為主，利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)與高壓電配合使用的方式，提升電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)效率進(jìn)而提高電力企業(yè)的用戶服務(wù)質(zhì)量。為確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行，研究人員積極探索并進(jìn)行大量實(shí)踐，目前已取得初步成效［１］ 。

１．２ 智能電網(wǎng)的發(fā)展前景

智能電網(wǎng)作為新興的電力技術(shù)，在發(fā)展過(guò)程中要進(jìn)行長(zhǎng)期規(guī)劃與持續(xù)研究。目前，由于人口、資源分布不均等問(wèn)題導(dǎo)致人們對(duì)電力的需求不一樣，人口資源一般集中在東部，而再生能源卻大多分布在西部。

基于此，智能電網(wǎng)在建設(shè)時(shí)需要分布式處理才能將西部資源向東部輸送，優(yōu)化能源資源配置，滿足人口對(duì)資源的需求，實(shí)現(xiàn)人口與資源的平衡。因此，智能電網(wǎng)的發(fā)展之路還很長(zhǎng)，在發(fā)展過(guò)程中需要對(duì)不斷變化的需求進(jìn)行探索和分析，拓展電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使電網(wǎng)多元化、多功能化，才能全面提高智能電網(wǎng)的安全性和可靠性。

２ 智能電網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)安全

２．１ 智能電網(wǎng)介紹

智能電網(wǎng)是電網(wǎng)體系革新升級(jí)的產(chǎn)物，主要以傳統(tǒng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過(guò)先進(jìn)的控制方法及現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)等科技手段，使原始電網(wǎng)信息化、智能化，進(jìn)而形成一個(gè)供應(yīng)方與消費(fèi)方能雙向互動(dòng)的信息網(wǎng)，能提供滿足用戶需求的電能質(zhì)量。

２．２ 智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)

智能電網(wǎng)信息體系建設(shè)主要依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)，通常劃分為具有測(cè)量、控制等硬件設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)施部分和具有存儲(chǔ)系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)等各種軟件基礎(chǔ)架構(gòu)的支撐平臺(tái)，以及具有智能監(jiān)測(cè)、調(diào)度等功能的實(shí)體應(yīng)用體系３ 大部分。

２．３ 智能電網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)安全需求分析

智能電網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中重要的產(chǎn)物之一，在提升城市經(jīng)濟(jì)水平的同時(shí)，也給人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活帶來(lái)便利。但智能電網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些安全隱患，如通信方面，許多通信設(shè)備以嵌入式形式存在于系統(tǒng)中，傳輸速率較慢，但智能電網(wǎng)中對(duì)信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾视幸欢ㄒ?，如?bào)警信號(hào)應(yīng)在１０ｍｓ 內(nèi)傳輸?shù)綀?bào)警設(shè)備使其發(fā)出警示音。因此，關(guān)于通信方面的設(shè)計(jì)要注意設(shè)備的算力及系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。

除此之外，因智能電網(wǎng)自身特性，通信設(shè)備與一般的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)不同，更加注重設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，其可用性等級(jí)較機(jī)密性而言更高。智能電網(wǎng)中的通信設(shè)備正常可用建立在系統(tǒng)可用的前提下，二者之一發(fā)生問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不可控。另外，還有數(shù)據(jù)安全問(wèn)題，智能電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)來(lái)源應(yīng)合法且數(shù)據(jù)應(yīng)完整，避免虛假數(shù)據(jù)給電網(wǎng)帶來(lái)?yè)p害，同時(shí)所有訪問(wèn)者都需經(jīng)過(guò)管理員授權(quán)后才能進(jìn)入查看，避免非法訪問(wèn)引起數(shù)據(jù)損壞。在數(shù)據(jù)傳輸方面，數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)有一定保密機(jī)制，以預(yù)防黑客篡改或泄露數(shù)據(jù)。

３ 智能電網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題

智能電網(wǎng)的建立是一個(gè)巨大的歷史性工程，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展有力促進(jìn)了智能電網(wǎng)的建設(shè)，但由于智能電網(wǎng)的發(fā)展還處于起步階段，加之智能電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在其使用過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)一些安全風(fēng)險(xiǎn)。

工作人員通過(guò)多年來(lái)對(duì)智能電網(wǎng)的研究分析，將智能電網(wǎng)運(yùn)行中出現(xiàn)的安全問(wèn)題大致總結(jié)為以下幾點(diǎn)。

３．１ 物理安全問(wèn)題

物理安全問(wèn)題具體表現(xiàn)在智能電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中由硬件設(shè)備引起的安全問(wèn)題。比如，計(jì)算機(jī)設(shè)備終端故障、網(wǎng)絡(luò)或存儲(chǔ)設(shè)備故障等。這些因設(shè)備故障產(chǎn)生的問(wèn)題都會(huì)在一定程度上給智能電網(wǎng)的運(yùn)行帶來(lái)影響。因此，物理安全問(wèn)題需引起相關(guān)人員的注意，需盡量做好設(shè)備的防護(hù)工作并及時(shí)進(jìn)行設(shè)備的檢修保養(yǎng)。在實(shí)際工作中，應(yīng)對(duì)經(jīng)常接觸智能電網(wǎng)硬件設(shè)備的相關(guān)人員進(jìn)行審查，盡量避免因人為因素導(dǎo)致的硬件設(shè)施故障。

３．２ 通信安全問(wèn)題

通信安全是建立在信號(hào)層面的安全，通信安全問(wèn)題主要發(fā)生在通信網(wǎng)絡(luò)中，通常情況下是通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)運(yùn)行方面出現(xiàn)問(wèn)題。因此，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)制定多種維護(hù)系統(tǒng)安全的相關(guān)方案，結(jié)合各種互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定性和安全性。

３．３ 數(shù)據(jù)和備份安全問(wèn)題

數(shù)據(jù)本身的安全性關(guān)系著智能電網(wǎng)的工作質(zhì)量，保護(hù)智能電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)安全成為社會(huì)各界關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。通常情況下，安全人員可以通過(guò)數(shù)據(jù)加密、防火墻、身份認(rèn)證等措施來(lái)阻止外部黑客非法侵入信息系統(tǒng)，降低數(shù)據(jù)庫(kù)損壞或數(shù)據(jù)丟失的概率。通過(guò)信息儲(chǔ)存的方法來(lái)主動(dòng)保障數(shù)據(jù)安全也是提高數(shù)據(jù)安全水平的重要途徑，如云儲(chǔ)存方法，云儲(chǔ)存方法可以將存儲(chǔ)資源智能化地整合到一起，以虛擬技術(shù)提高存儲(chǔ)空間的利用率，降低智能電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不足或數(shù)據(jù)未備份而丟失的風(fēng)險(xiǎn)。除此之外，智能電網(wǎng)中感知測(cè)量節(jié)點(diǎn)或感知網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致個(gè)人敏感數(shù)據(jù)損壞，影響智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)安全。因此，在實(shí)際工作中工作人員應(yīng)重視數(shù)據(jù)和備份安全問(wèn)題，保證智能電網(wǎng)運(yùn)行安全。

４ 防范智能電網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題產(chǎn)生的關(guān)鍵技術(shù)

４．１ 信息采集安全關(guān)鍵技術(shù)

智能電網(wǎng)進(jìn)行信息收集時(shí)需要與外部環(huán)境聯(lián)系，故信息收集過(guò)程中出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題的概率較高。因此，信息采集安全關(guān)鍵技術(shù)是防范智能電網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)安全的關(guān)鍵技術(shù)之一。信息采集技術(shù)主要以網(wǎng)絡(luò)信息挖掘引擎為基礎(chǔ)進(jìn)行信息采集，然后對(duì)信息分類(lèi)整合進(jìn)行發(fā)布。因此，在信息采集時(shí)首先應(yīng)科學(xué)合理地選擇合適的采集方法。一是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。以ＺｉｇＢｅｅ 為例，其可以通過(guò)主密鑰在智能電網(wǎng)中建立或在設(shè)備制造時(shí)發(fā)揮作用，主要應(yīng)用于智能電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，確保數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集、抽取收集、傳輸處理等環(huán)節(jié)的安全，使智能電網(wǎng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。二是短距離超寬帶通信安全技術(shù)，使用該技術(shù)時(shí)設(shè)備認(rèn)證需結(jié)合智能電網(wǎng)中主密鑰和認(rèn)證時(shí)隨機(jī)生成的臨時(shí)密鑰進(jìn)行綜合判斷，也可以通過(guò)短距離超寬帶通信安全技術(shù)直接單獨(dú)對(duì)設(shè)備進(jìn)行加密工作。完成技術(shù)認(rèn)證后，設(shè)備還可以使用臨時(shí)密鑰分發(fā)組臨時(shí)密鑰，進(jìn)行多種數(shù)據(jù)信息的通信傳輸。三是射頻識(shí)別技術(shù)，該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是算法運(yùn)行工作效率較高，但其成本方面受到限制嚴(yán)格。目前，對(duì)射頻識(shí)別安全技術(shù)進(jìn)行有效認(rèn)證的方式為ＨＢ 協(xié)議或與其相關(guān)的一系列改進(jìn)協(xié)議［２］ 。

４．２ 通信信息傳輸安全關(guān)鍵技術(shù)

信息傳輸是信息表達(dá)的體現(xiàn)，通信信息傳輸安全關(guān)鍵技術(shù)多種多樣，通常情況下主要通過(guò)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的安全穩(wěn)定來(lái)確保信息傳輸?shù)陌踩?。就目前的信息傳輸工作狀況而言，大致通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等信息傳輸途徑進(jìn)行，相關(guān)的通信信息傳輸安全關(guān)鍵技術(shù)也應(yīng)圍繞這些主要傳輸方式進(jìn)行開(kāi)展，通過(guò)對(duì)這些關(guān)鍵技術(shù)的有效應(yīng)用，能使網(wǎng)絡(luò)通信安全得到保障。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全控制技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)是８０２．１１ 與Ｗｉ?Ｆｉ 保護(hù)接入?yún)f(xié)議、８０２．１１ｉ 協(xié)議、無(wú)線傳輸安全協(xié)議等。有線網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)主要依靠防火墻、虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)、安全套接層技術(shù)等。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)包括ＧＳＭ 網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)、５Ｇ 網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)及ＬＴＥ 安全系統(tǒng)等。

４．３ 數(shù)據(jù)及處理安全關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全是數(shù)據(jù)處理安全關(guān)鍵技術(shù)發(fā)揮作用的前提。隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式可以分為２ 種，分別是本地存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)。本地存儲(chǔ)會(huì)對(duì)用戶的信息讀取權(quán)限進(jìn)行嚴(yán)格界定，進(jìn)而保證網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)安全。在智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展過(guò)程中，對(duì)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)性需求較大，而容災(zāi)備份工作可以通過(guò)構(gòu)建集中式的備份中心，為各個(gè)區(qū)域的運(yùn)營(yíng)提供一個(gè)必要的集中備份環(huán)境，且網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)有一定程度的自愈能力，在損壞后可以進(jìn)行自我修復(fù)，降低智能電網(wǎng)安全問(wèn)題的發(fā)生概率。最后是訪問(wèn)控制和授權(quán)的管理技術(shù)，智能電網(wǎng)應(yīng)加強(qiáng)使用者的身份識(shí)別和訪問(wèn)控制，根據(jù)用戶的角色需求對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)授權(quán)，提升智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)安全性。

５ 解決方案

５．１ 完善物理設(shè)施

完善計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)施，即做好電力設(shè)施中各種硬件設(shè)備的基礎(chǔ)安全建設(shè)。在智能電網(wǎng)的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)配置中，應(yīng)加強(qiáng)計(jì)算機(jī)硬件及機(jī)房配置等方面的防護(hù)工作，并對(duì)經(jīng)常接觸這些物理硬件設(shè)備的工作人員進(jìn)行一定的行為約束，避免人為失誤造成的設(shè)備安全問(wèn)題。同時(shí)，在組織工作方面應(yīng)貫徹落實(shí)操作要求，使各個(gè)層級(jí)的操作人員能夠做好本身負(fù)責(zé)的工作，盡可能地降低因計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)施故障引起的安全隱患問(wèn)題。

５．２ 建立監(jiān)視日志文件制度

無(wú)論是以哪種語(yǔ)言形式開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)軟件或網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)都會(huì)有日志文件的存在，日志內(nèi)容有時(shí)會(huì)包含敏感信息，建立監(jiān)視日志文件制度，通過(guò)查看編輯日志文件能夠快速有效地掌握電網(wǎng)工作中的信息內(nèi)容。

比如，智能電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的安全問(wèn)題、不良用戶非法攻擊數(shù)據(jù)問(wèn)題、關(guān)鍵技術(shù)在智能電網(wǎng)中的ｅｒｒｏｒ反饋等。通過(guò)日志文件內(nèi)容的收集和查看，了解到智能電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的一些有價(jià)值的信息，進(jìn)而改善電網(wǎng)系統(tǒng)，如一些失敗攻擊，可以將其作為參考，提升后續(xù)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)技術(shù)的安全性。

６ 智能電網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)安全的關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)用

智能電網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的重要應(yīng)用，但智能電網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)安全的關(guān)鍵技術(shù)目前并不完善，無(wú)法完全滿足當(dāng)下智能網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求，尤其是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)安全方面的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了智能電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。因此，優(yōu)化智能電網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)安全關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用十分重要。

６．１ 加強(qiáng)信息安全管理

智能電網(wǎng)的供電服務(wù)和電能資源配置優(yōu)化依托于不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的運(yùn)轉(zhuǎn)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用。比如，在進(jìn)行信息采集歸類(lèi)工作時(shí)，大數(shù)據(jù)技術(shù)的使用可以保證信息的完整性和科學(xué)性，以更好地為云計(jì)算技術(shù)發(fā)揮數(shù)據(jù)計(jì)算能力提供數(shù)據(jù)支持［３］ 。但就當(dāng)下的電網(wǎng)系統(tǒng)而言，關(guān)于信息安全方面的管理措施并不完善，使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行信息溝通時(shí)容易出現(xiàn)信息安全問(wèn)題。因此，相關(guān)人員應(yīng)加強(qiáng)智能電網(wǎng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的信息安全管理，可以對(duì)智能電網(wǎng)中的設(shè)備進(jìn)行全面、系統(tǒng)的升級(jí)，同步配備最新的電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，保證信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。除此之外，工作人員還應(yīng)采用防火墻技術(shù)、安裝病毒防護(hù)軟件等手段來(lái)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)，保證智能電網(wǎng)中的信息安全。

６．２ 建立新的信息安全技術(shù)手段

智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)信息安全關(guān)鍵技術(shù)中存在管理技術(shù)單一、管理效率不高等問(wèn)題，影響了電網(wǎng)中的信息安全。相關(guān)人員可以從信息安全技術(shù)控制方面入手，如對(duì)智能電網(wǎng)中各個(gè)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的安全管理記錄進(jìn)行審核，及時(shí)發(fā)現(xiàn)信息安全中存在的問(wèn)題并進(jìn)行處理。還可以設(shè)置認(rèn)證系統(tǒng)，通過(guò)職能管理的手段來(lái)限制人員隨意拷貝或下載存儲(chǔ)電網(wǎng)內(nèi)部相關(guān)信息的行為，只有通過(guò)身份識(shí)別認(rèn)證的員工才能訪問(wèn)機(jī)密信息，以提升電網(wǎng)系統(tǒng)的信息安全水平。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：王航（１９７６—），本科，研究方向：網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、數(shù)據(jù)安全技術(shù)、電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。