高利達，張 穎，張欽雪

（聊城市光明電力服務有限責任公司陽谷分公司，山東 陽谷 252300）

0 引 言

電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，其穩(wěn)定性與安全性直接影響著電力供應的可靠性。然而，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)面臨著日益復雜和嚴峻的安全威脅。為應對這一挑戰(zhàn)，文章深入探討電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的信息安全與防護機制，旨在提升網(wǎng)絡(luò)的抗攻擊能力和數(shù)據(jù)保密性。通過對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議及性能要求的深入剖析，全面分析惡意攻擊類型及其潛在威脅路徑[1]。

1 電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)概述

1.1 結(jié)構(gòu)與拓撲

電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)多樣，通常包括邊緣網(wǎng)絡(luò)、核心網(wǎng)絡(luò)以及傳輸網(wǎng)絡(luò)。其中，邊緣網(wǎng)絡(luò)負責連接終端設(shè)備，核心網(wǎng)絡(luò)用于連接邊緣網(wǎng)絡(luò)，而傳輸網(wǎng)絡(luò)則負責長距離的數(shù)據(jù)傳輸。這些網(wǎng)絡(luò)形成一個復雜的拓撲結(jié)構(gòu)，以確保電力信息能夠高效、可靠地傳輸。各級網(wǎng)絡(luò)之間的連接關(guān)系需要在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中得到精心規(guī)劃，以提升網(wǎng)絡(luò)的整體性能和穩(wěn)定性。

1.2 通信協(xié)議與標準

為確保電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的互操作性和穩(wěn)定性，采用標準的通信協(xié)議至關(guān)重要。常見的通信協(xié)議包括IEC 61850、DNP3 和Modbus 等。這些協(xié)議不僅規(guī)范了通信的數(shù)據(jù)格式和傳輸方式，還考慮電力系統(tǒng)的實際需求，從而提供高效的通信機制。同時，遵循這些標準有助于降低系統(tǒng)集成的復雜性，提升設(shè)備之間的兼容性。

1.3 網(wǎng)絡(luò)性能要求

電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的性能要求直接關(guān)系電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和實時性，在實時監(jiān)控和控制方面，網(wǎng)絡(luò)的低延遲至關(guān)重要。網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性對于確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與連續(xù)性同樣重要。隨著電力系統(tǒng)的數(shù)字化程度不斷提高，網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求也日益增長，從而傳輸更多的實時數(shù)據(jù)[2]。電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和協(xié)議概覽如表1 所示。

表1 電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和協(xié)議概覽

2 信息安全威脅分析

2.1 惡意攻擊類型

惡意攻擊類型包括網(wǎng)絡(luò)入侵、惡意軟件、泄露信息等。網(wǎng)絡(luò)入侵可能會導致敏感數(shù)據(jù)泄露或服務中斷，原因是未經(jīng)授權(quán)訪問進入系統(tǒng)。惡意軟件，如病毒、木馬及蠕蟲病毒等可以通過網(wǎng)絡(luò)傳播來感染重點系統(tǒng)。未經(jīng)授權(quán)的訪問或內(nèi)部人員的蓄意行為也可能威脅電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)機密性。

2.2 攻擊手段與路徑分析

攻擊者使用各種各樣的手段和路徑滲透電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)，其中網(wǎng)絡(luò)掃描是常用手段。網(wǎng)絡(luò)掃描可主動探測網(wǎng)絡(luò)漏洞，從而對系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)和漏洞信息有較全面的了解[3]。拒絕服務攻擊的目標是使目標系統(tǒng)無法提供正常服務，從而影響電力系統(tǒng)的運行；而中間人攻擊通過截取并篡改網(wǎng)絡(luò)通信，將威脅數(shù)據(jù)的完整性和機密性。

3 電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)安全機制

3.1 認證與授權(quán)

在電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中，信息安全與防護機制的關(guān)鍵是建立有效的認證與授權(quán)機制。采用基于公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（Public Key Infrastructure，PKI）的認證方案來確保通信的安全性。具體而言，認證數(shù)據(jù)包的生成采用哈希消息認證碼（Hash-based Message Authentication Code，HMAC）算法，數(shù)學表達式為

式中：IDuser表示唯一標識符，用于識別通信中的各個參與方；T表示時間戳；t表示當前時間。通過這些機制，能夠有效地驗證通信方的身份，并授予相應的權(quán)限，從而保障電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的安全性與可靠性[4]。

3.2 加密與解密算法

為確保電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中敏感數(shù)據(jù)的保密性，選擇先進的加密算法，其中以高級加密標準（Advanced Encryption Standard，AES）為主。對稱密鑰加密算法廣泛應用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用苓^程，AES 作為主要的對稱密鑰加密算法，其數(shù)學表達式為

式中：M表示明文；C表示密文；K表示密鑰；E表示加密函數(shù)。該算法通過高效的數(shù)據(jù)加密和解密過程，為電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)提供可靠的數(shù)據(jù)保護機制。

3.3 安全協(xié)議應用

在電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中，安全協(xié)議的應用至關(guān)重要，以確保通信的安全性和可靠性。其中，基于傳輸層安全協(xié)議（Transport Layer Security，TLS）的加密通信廣泛應用于數(shù)據(jù)傳輸過程，保障通信內(nèi)容的保密性和完整性。公鑰加密、數(shù)字簽名以及密鑰交換等技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)通信過程中的安全保護。此外，為防范中間人攻擊和竊聽等安全威脅，還采用身份驗證協(xié)議，如基于令牌的訪問控制和多因素身份驗證等機制[5]。這些協(xié)議和機制確保通信中各個參與方的身份合法性與權(quán)限控制，有效提升電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的安全性。

3.4 網(wǎng)絡(luò)入侵檢測與防御

在電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)入侵檢測與防御是確保系統(tǒng)安全的重要環(huán)節(jié)。采用基于行為分析和特征檢測的入侵檢測系統(tǒng)，通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量和系統(tǒng)日志，識別異常行為和潛在的攻擊。這些方法包括但不限于基于簽名的檢測、異常行為分析及機器學習技術(shù)。另外，為加強對潛在威脅的防御，采用網(wǎng)絡(luò)防火墻、入侵防御系統(tǒng)（Intrusion Prevention System，IPS）以及安全信息與事件管理（Security Information and Event Management，SIEM）等技術(shù)。這些技術(shù)不僅可以防止惡意流量的進入，還能及時響應并阻止正在進行的攻擊，從而提升電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的安全性和穩(wěn)定性。

4 防護機制的實施與優(yōu)化

4.1 安全策略制定

基于風險評估的安全策略制定方法是電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)安全的基礎(chǔ)。安全策略的制定需要充分考慮網(wǎng)絡(luò)的特性和潛在威脅，確保網(wǎng)絡(luò)在面臨不同威脅時能夠靈活地做出反應，如制定訪問控制策略、數(shù)據(jù)加密策略以及網(wǎng)絡(luò)審計策略等，以確保整個系統(tǒng)形成有效的安全防線。

4.2 安全設(shè)備配置

安全設(shè)備的配置是電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中至關(guān)重要的一環(huán)，包括根據(jù)實際網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和威脅情況合理規(guī)劃配置防火墻、入侵檢測與防御系統(tǒng)以及反病毒軟件等。針對裝備的配置優(yōu)化，注重根據(jù)實際需要進行細微粒度的訪問控制，合理設(shè)置網(wǎng)絡(luò)隔離和安全域，最大限度地減少攻擊面[6]。通過對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的精細配置，使遭受各種攻擊的危險降低，從而提升網(wǎng)絡(luò)的整體安全性。

4.3 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與日志記錄

引入高效的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和日志記錄機制，及時發(fā)現(xiàn)潛在威脅。通過對網(wǎng)絡(luò)流量、設(shè)備狀態(tài)及用戶行為的實時監(jiān)控，異?；顒涌梢员谎杆俨煊X。同時，針對重點事件、網(wǎng)絡(luò)行為等建立詳細記錄日志制度，為后續(xù)安全分析排查工作提供有力支撐。通過合理設(shè)置監(jiān)控規(guī)則和日志存儲策略，網(wǎng)絡(luò)管理人員可以更高效地進行網(wǎng)絡(luò)維護和安全分析。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和日志記錄的優(yōu)化是保障網(wǎng)絡(luò)安全的關(guān)鍵手段。

4.4 攻擊應對與應急響應

在電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中，防護機制的最后一道防線為攻擊應對與應急響應。緊急應變小組已經(jīng)成立，并制定包括攻擊偵測、隔離受災系統(tǒng)、快速修復漏洞等步驟在內(nèi)的詳細應急預案。通過對突發(fā)事件應急預案的定期演練，不斷優(yōu)化應對流程，確保網(wǎng)絡(luò)運行在面臨未知威脅的情況下能夠快速恢復[7]。

5 結(jié) 論

對電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的信息安全與防護機制進行深入的研究后，提出一系列具有創(chuàng)新性的解決方案，不僅增強了電力系統(tǒng)的抗攻擊能力，而且有效保證了電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。此外，在結(jié)合實際案例和數(shù)學模型的實際應用中，對安全機制所起到的實際效果進行有效的展示。