吳凱軍

摘要：近年來(lái)，我國(guó)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(chǎng)移動(dòng)作業(yè)需求，對(duì)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(duì)芯片電路級(jí)可證明安全防護(hù)和內(nèi)核故障自修復(fù)、融合可信計(jì)算和業(yè)務(wù)安全的異構(gòu)終端主動(dòng)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(jì)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(xiǎn);安全防護(hù)

引言

人們的生活條件越來(lái)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(lái)巨大的壓力，尤其是在天熱的時(shí)候，幾乎是人人開(kāi)空調(diào)，電力系統(tǒng)處于非常緊張的狀態(tài)，時(shí)刻都有電力癱瘓的可能，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)已經(jīng)沒(méi)有足夠強(qiáng)大的實(shí)力來(lái)應(yīng)對(duì)這來(lái)勢(shì)洶洶的電力網(wǎng)了，電力系統(tǒng)自動(dòng)化雖然是將電力輸送設(shè)定在一個(gè)固定的軌道里，但是對(duì)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(gè)電力系統(tǒng)便會(huì)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(lái)應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況，使得電力系統(tǒng)自動(dòng)化調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)。智能技術(shù)使得電力系統(tǒng)自動(dòng)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(dòng)化的概述

電力作為我們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚囊徊糠郑恢币詠?lái)都受到人們的重視，就現(xiàn)階段我國(guó)電力系統(tǒng)分布來(lái)說(shuō)，分布的區(qū)域較為廣闊，整個(gè)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(hù)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(dòng)化所涉及到的范圍是較為廣泛的，整個(gè)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的那個(gè)中不僅包含了系統(tǒng)以及元件之間的自動(dòng)化安全保護(hù)，同時(shí)還包含了在實(shí)際進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中的檢測(cè)以及控制，在此基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際情況對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行合理的應(yīng)用，保證自動(dòng)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(wèn)題剖析

（1）覆蓋電路級(jí)、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(lèi)異構(gòu)終端的普適性主動(dòng)免疫問(wèn)題。根據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)分析可知，解決電力系統(tǒng)智能終端“自身安全”問(wèn)題，必須實(shí)現(xiàn)芯片安全和終端計(jì)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(wú)法滿(mǎn)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(lèi)芯片主要由國(guó)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(guó)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(shí)現(xiàn)自主可控的同時(shí)應(yīng)充分考慮芯片的安全防護(hù)，同步設(shè)計(jì)、同步發(fā)展。首先需從芯片設(shè)計(jì)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(jí)、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(jì)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(zhǎng)期運(yùn)行，傳統(tǒng)終端被動(dòng)式、個(gè)性化安全技術(shù)無(wú)法適用。因此需開(kāi)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(shí)確保終端計(jì)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(dòng)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(wèn)題。解決電力系統(tǒng)智能終端“攻擊防御”問(wèn)題，重點(diǎn)需突破電力系統(tǒng)終端遠(yuǎn)程接入交互過(guò)程中的攻擊監(jiān)測(cè)和防滲透技術(shù)。然而，電力系統(tǒng)智能終端點(diǎn)多面廣、業(yè)務(wù)系統(tǒng)專(zhuān)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(duì)電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攻擊呈現(xiàn)定制化、隱蔽化和高級(jí)化等特點(diǎn)，難以清晰描述基于零日漏洞的高級(jí)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(wú)法單一根據(jù)攻擊特征進(jìn)行識(shí)別和阻斷。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段缺少對(duì)電力業(yè)務(wù)場(chǎng)景的安全建模，監(jiān)測(cè)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(zhuān)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(duì)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(dòng)部分，著眼電力系統(tǒng)整體，將整體控制在一個(gè)平穩(wěn)運(yùn)行的狀態(tài)之內(nèi)，剩下部分遺留的細(xì)小問(wèn)題也就不難解決。電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中變量太多，如果想要將每一個(gè)變量都兼顧，那么一個(gè)部分的改變很可能會(huì)對(duì)整體造成不利的影響。與其對(duì)所獲取的不詳細(xì)的動(dòng)態(tài)信息斤斤計(jì)較，倒不如從整體出發(fā)，對(duì)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的電力變化情況作出針對(duì)性的反應(yīng)，將不必要的動(dòng)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(chǎng)總線自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

相比于傳統(tǒng)的技術(shù)而言，現(xiàn)場(chǎng)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(gè)儀表都能夠具有屬于自身的數(shù)字計(jì)算以及數(shù)字通信的能力，然后再將操作較為簡(jiǎn)單的連接線作為總線，將每一個(gè)能夠具有獨(dú)立計(jì)算能力以及通信能力的控制儀器連接到一起，形成一個(gè)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(jì)算機(jī)之間進(jìn)行連接，保證系統(tǒng)當(dāng)中的每一個(gè)儀表都能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行控制，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)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(shí)際的需求，進(jìn)行自動(dòng)化的控制。

3.3安全性綜合驗(yàn)證評(píng)估

綜合考慮實(shí)際業(yè)務(wù)環(huán)境中的負(fù)荷特點(diǎn)、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(duì)相關(guān)安全技術(shù)有效性以及業(yè)務(wù)影響性進(jìn)行測(cè)評(píng)驗(yàn)證。需考慮通過(guò)紅隊(duì)攻擊和專(zhuān)家組驗(yàn)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(yàn)證主動(dòng)免疫電力終端、終端安全監(jiān)測(cè)與防滲透系統(tǒng)、邊緣計(jì)算安全接入設(shè)備的安全功能有效性，并評(píng)估對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、正確性、可靠性等方面的影響及對(duì)現(xiàn)有防護(hù)體系的提升能力。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)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(xiǎn)和技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了剖析，設(shè)計(jì)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(jí)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(dòng)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(lái)仍有較長(zhǎng)的路要走，需要綜合考慮電力系統(tǒng)高實(shí)時(shí)性、高連續(xù)性要求，在不影響電力業(yè)務(wù)的情況下開(kāi)展針對(duì)性安全防護(hù)。

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