新时代电力系统网络安全体系的研究.pdf

Telecom Power Technology 71 Aug.10,2023,Vol.40 No.15 2023 年 8 月 10 日第 40 卷第 15 期电力技术应用DOI：10.19399/ki.tpt.2023.15.023新时代电力系统网络安全体系的研究徐 菁（国网江西省电力有限公司上饶供电分公司，江西 上饶 334000）摘要：在信息技术快速发展和电力系统数字化转型的背景下，电力系统逐渐与互联网相连接，形成智能化、自动化的网络化运营方式。然而，这给网络安全带来了前所未有的挑战。建立强大的网络安全防护体系成为新时代电力系统的迫切需求。关键词：电力系统；网络安全体系；风险Research on Network Security System of Power System in New EraXU Jing(Shangrao Power Supply Branch of State Grid Jiangxi Electric Power Co.,Ltd.,Shangrao 334000,China)Abstract:Under the background of the rapid development of information technology and the digital transformation of the power system,the power system is gradually connected with the Internet,forming an intelligent,automatic network operation mode.However,it has also brought unprecedented network security challenges,which shows that the establishment of a strong network security protection system has become an urgent need of the power system in the new era.Keywords:power system;network security system;risk1 新时代电力系统对网络安全体系的要求新时代电力系统要求建立强大的网络安全防护体系，以预防黑客攻击、数据篡改和信息泄露等风险。网络安全防护体系应不断完善网络安全策略、安全设备和安全操作规范，确保电力系统的关键信息和系统功能不受损害。电力系统需要建立实时监测和响应机制，及时发现和应对网络安全事件，利用先进的监测技术和安全分析工具，持续监测和分析电力系统，识别潜在的安全漏洞和威胁1。建立紧急响应机制和危机管理预案，快速应对和恢复网络安全事件，最大限度地减少损失，并不断加强网络安全培训，提升从业人员和用户的网络安全意识。2 电力系统网络安全存在的主要风险2.1 物理安全面临的风险电力系统的关键设施和设备可能会受到恶意破坏或物理入侵的威胁。外来人员会试图通过破坏变电站、发电厂或输电线路造成供电中断或系统故障。物理入侵行为可能导致未经授权的人员进入关键设施，从而获得对电力系统的直接访问和控制权。同时，内部威胁和员工失职会导致系统被入侵或数据被窃取、未正确锁定设备、未及时发现异常行为等。地震、洪水、台风等自然灾害会给电力系统的设备和基础设施造成严重破坏，导致供电中断或系统崩溃。自然灾害往往难以预测和控制，严重威胁着电力系统的物理安全。2.2 系统安全面临的风险黑客和恶意组织可能利用网络漏洞和弱点入侵电力系统，以获取敏感信息、干扰系统运行或破坏关键设备，从而给国家的能源供应和社会稳定造成严重威胁。供应链攻击也是一个潜在的风险。电力系统的建设和运行依赖于大量供应商和承包商，而其提供的硬件、软件和服务可能受到潜在的恶意篡改或植入，导致系统运行异常或被攻击者利用，从而降低整个电力网络的安全性。不慎的操作、内部人员的疏忽或故意行为，都可能导致系统出现故障或遭受攻击。硬件和软件存在潜在的漏洞如果未及时修补或升级，也会被攻击者利用。2.3 应用安全面临的风险不正确的配置设置可能使得应用程序易受攻击，如默认密码、未及时更新的安全补丁或错误的访问控制设置等，给黑客提供了利用漏洞的机会，危及电力系统的安全性2。如果应用程序使用弱密码或没有适当的身份验证措施，黑客可能通过猜测密码、使用暴力破解工具或进行钓鱼攻击等方式获取对电力系统的非法访问权限。应用程序没有及时安装最新的安全补丁或修复已知的漏洞，会造成外界危险因素通过这些漏洞入侵系统，从而危及电力系统的安全。3 电力系统网络安全体系的发展历程3.1 建立结构性安全防护机制最初电力系统的网络安全主要依赖于传统的物理安全措施，通常会在主要设备间设置门禁、监控等收稿日期：2023-05-30作者简介：徐 菁（1990），女，江西上饶人，硕士研究生，电力工程技术工程师，主要研究方向为电力系统、网络安全、网络运行、大数据。2023 年 8 月 10 日第 40 卷第 15 期Aug.10,2023,Vol.40 No.15Telecom Power Technology 72 装置，防止未经授权的人员误触关键设施。然而，随着信息技术的迅猛发展，电力系统的数字化转型使网络安全问题日益突出。针对电力系统网络安全的个性化需求，各电力公司开始建立起结构性的安全防护机制，通过网络边界防火墙、入侵检测与防御系统等技术手段，对外部网络进行访问控制和流量过滤，防止恶意攻击和入侵行为。实施用户身份验证、权限管理等身份认证和访问控制机制，确保只有合法用户能够访问系统和进行相应操作。采用加密技术，加密传输和存储关键数据，保护数据的机密性和完整性。3.2 基于等级保护的业务安全防护体系随着电力系统的数字化和智能化发展，传统的安全防护机制已不再适应复杂的网络环境和多样化的安全威胁，基于等级保护的业务安全防护体系应运而生。电力系统网络安全体系根据业务的重要性和敏感性划分为不同的等级，并为每个等级制定相应的安全保护措施。关键业务和关键设施采取物理安全、网络隔离、加密通信等最高级别的安全措施；对于其他业务和设施，则根据其等级和风险评估结果，制定相应的访问控制、安全审计、事件监测等防护措施。3.3 基于可信计算的主动防护体系基于可信计算的主动防护体系通过建立可信的硬件和软件环境，确保系统的安全性和可靠性。引入硬件可信平台模块（Trusted Platform Module，TPM），用于存储和管理系统的安全密钥和证书，利用安全启动技术验证系统启动过程中的完整性，防止恶意软件植入。采用安全虚拟化技术，隔离关键的电力系统组件，并为每个组件分配独立的安全执行环境。通过安全虚拟化，即使一个组件受到攻击，其他组件仍然能够继续运行，确保系统的连续性和可用性。此外，主动防护体系包括实时监测和响应机制，通过监测系统的行为和流量，及时发现异常活动并采取相应的防御措施3。4 电力系统网络安全体系的构建措施4.1 主要需求分析4.1.1 物理环境需求关键设施和设备应部署在物理安全性较高的区域，远离潜在的威胁，并设置安全围墙、控制门禁和监控摄像等措施保护这些设施。关键设备和服务器要安置在安全系数较高的机房或数据中心，尽量使用具备防火、防水、防雷等功能的安全设施，以减少物理灾害对系统的影响。此外，应对供电设备进行冗余设计和备份，确保电力系统在断电或电力故障时能够继续运行。4.1.2 系统安全需求系统应实施严密的身份认证和访问控制机制，以防未经授权的人员访问关键系统和数据，采用强大的加密技术保护数据的机密性和完整性，对电力数据传输和存储过程中的信息采取严密的保护措施。系统需要建立实时的安全监测和威胁检测系统，以及时发现和应对异常活动和潜在安全威胁。系统需进行定期的漏洞扫描和安全评估，及时修复已知漏洞，提升系统的安全性和健壮性，制定紧急响应机制和灾难恢复计划，以应对网络安全事件和自然灾害4。4.1.3 应用安全需求系统应建立强大的身份验证和访问控制机制，只让授权人员访问关键设备和系统。该需求可以采用多因素身份验证、访问令牌和严格的权限管理来实现。系统应支持加密技术，确保敏感数据在传输过程中不会被窃取或篡改。此外，系统应具备完整性保护机制，能够检测和防止数据被非法篡改或损坏。网络安全体系要包括实时监测和入侵检测系统，结合行为分析和异常检测算法，及时发现异常活动和潜在的攻击。系统要有安全可靠的备份和恢复机制，让电力系统在遭受攻击或系统故障时能够快速恢复正常运行。定期的数据备份和灾难恢复测试是保证系统可用性和连续性的重要步骤。安全培训和意识提高也是不可忽视的一部分，员工应接受网络安全培训，了解常见威胁和防范措施，以减少人为因素对系统安全的影响。4.2 防护体系构架4.2.1 网络结构该网络结构应具备多层次、多重防御的特点。外围防护层是第一道防线，用于保护整个电力系统网络免受外部网络攻击，包括使用防火墙、入侵检测和防御系统等技术手段，过滤和监测来自外部的恶意流量，防止非法访问和攻击。内部网络防护层是保护电力系统内部网络的关键层。这一层应采用网络分割和隔离的策略，将电力系统划分为多个安全域，并在每个安全域内部部署网络防护设备，限制网络流量和访问权限，防止横向传播和内部攻击。系统应加强对内部人员的身份认证和访问控制，确保只有合法人员才能访问关键系统和数据。应用层防护是最后一道防线，用于保护电力系统的应用程序。系统需要使用加密技术保护数据，实施严格的应用程序安全审计和漏洞修补机制，加强用户的安全意识和培训，降低社交工程和针对性攻击的风险。4.2.2 防火墙技术防火墙通过实施访问控制策略，控制进出电力系统网络的流量。根据设定的规则和策略，过滤和检 2023 年 8 月 10 日第 40 卷第 15 期 73 Telecom Power TechnologyAug.10,2023,Vol.40 No.15 徐 菁：新时代电力系统网络 安全体系的研究测流量，只允许经过授权的流量通过，拦截潜在的恶意流量。同时，防火墙使用网络地址转换（Network Address Translation，NAT）将内部网络的真实网际互连协议（Internet Protocol，IP）地址转换为公网IP地址，隐藏内部网络的拓扑结构和细节信息，增加外界危险因素实施恶意攻击的难度。此外，防火墙支持虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN）技术，通过加密和隧道技术，实现安全的远程访问和数据传输。防火墙具备入侵检测和防御功能，能够实时监测和检测入侵行为，并采取相应的防御措施。现代防火墙具备应用层的检测和过滤能力，可定期更新和升级防火墙的软件和规则库，及时修补已知的漏洞，保持其与最新威胁情报的同步5。4.2.3 网络安全评估网络安全评估是一个系统性过程，旨在评估电力系统网络的安全性，发现潜在的漏洞和风险，并提出相应的改进措施。第一，网络安全评估需要审查和分析电力系统的整体架构和拓扑，了解各个组件和系统之间的关系和依赖，通过评估网络的复杂性和连接性，识别出可能存在的安全隐患和攻击路径。第二，网络安全评估需要评估现有的安全策略、政策和流程。这包括审查访问控制策略、身份认证机制、数据加密策略以及应急响应计划等，确保其与合规要求相符。第三，网络安全评估需要评估安全意识培训和教育的有效性，以提升人员的安全意识。第四，网络安全评估需要评估电力系统的关键设备和应用程序的安全性，通过对硬件和软件的漏洞扫描、安全配置审计和代码审计等手段，发现潜在的漏洞和安全弱点，并提供修补和改进建议。第五，网络安全评估需要进行风险评估和威胁建模，通过分析可能的威胁情景和攻击者的行为模式，确定潜在的风险和影响，从而制定相应的安全措施和应对策略。4.2.4 入侵检测系统通过建立规则和策略，实时分析网络流量，可以发现已知的攻击模式和恶意行为。基于行为分析的检测可以识别异常的用户行为和系统操作，从而及时发现内部的非法活动。基于机器学习的检测可以识别和分类未知的攻击模式和变种攻击，提高检测的准确性和效率。入侵检测系统应具备实时监测和响应能力，实时监控网络流量和系统日志，及时发现和报警电力网络中的异常活动。入侵检测系统应与其他安全设备和响应系统集成，实现自动化的响应和处置。例如，与防火墙和入侵防御系统进行协同工作，实现快速的阻断和隔离恶意流量。此外，入侵检测系统应具备良好的可扩展性和适应性，能够应对不断变化的网络威胁和攻击手段，提供全面的日志记录和审计功能，记录和存储所有的网络活动和事件，以供后期的溯源和调查分析。4.2.5 网络隔离技术网络隔离技术通过划分电力系统网络为多个隔离的安全域，限制不同域之间的网络通信和访问权限，从而提升网络的安全性和可靠性。网络隔离技术通过使用物理设备（交换机、路由器、防火墙等），将电力系统网络划分为多个独立的子网或虚拟局域网（Virtual Local Area Network，VLAN），实现物理层的隔离。这样可以防止攻击者跨越域界限，减少攻击面和风险。逻辑隔离是网络隔离的另一个重要手段，使用网络隔离技术（VPN 和隧道技术），在逻辑上隔开不同的网络，使其彼此之间无法直接通信，以防内部网络受到外部攻击的影响。此外，访问控制是网络隔离的关键要素。访问控制通过在不同的安全域之间设置严格的访问控制策略，限制网络流量和用户的访问权限，以降低恶意流量的传播和内部攻击的风险。5 结 论随着电力系统的数字化和智能化发展，电力系统的网络安全体系将变得更加复杂。在物联网、人工智能等新技术的广泛应用下，电力系统将面临更多新的安全挑战和威胁，因此建立强大、灵活和创新的网络安全体系势在必行。通过不断提升网络安全技术和策略，加强国际合作与信息共享，同时培养专业人才，加强网络安全意识教育，构建全社会共同参与的安全防护体系。参考文献：1 王 梓，王治华，韩 勇，等.面向电力系统网络安全的多层协同防御模型研究 J.计算机工程，2021，47（12）：131-140.2 朱鑫泉，张 艺，张泽宇.电力系统信息通信网络安全防护措施探讨 J.信息记录材料，2022，23（9）：78-80.3 邱思思.电力系统信息通信网络安全及防护分析 J.中国新通信，2022，24（1）：18-19.4 王玉菲.电力系统信息安全管理体系建设技术分析 J.信息系统工程，2021（3）：37-39.5 申 宇.电力系统网络安全立体防护体系构建研究 J.软件，2021，42（3）：130-132.