電力系統通信網絡的信息安全與防護機制研究

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

電力系統通信網絡在現代電力系統中發揮著關鍵的作用，其穩定性與安全性直接影響著電力供應的可靠性。然而，隨著信息技術的不斷發展，電力系統通信網絡面臨著日益復雜和嚴峻的安全威脅。為應對這一挑戰，文章深入探討電力系統通信網絡的信息安全與防護機制，旨在提升網絡的抗攻擊能力和數據保密性。通過對網絡結構、通信協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 電力系統通信網絡概述

1.1 結構與拓撲

電力系統通信網絡的結構多樣，通常包括邊緣網絡、核心網絡以及傳輸網絡。其中，邊緣網絡負責連接終端設備，核心網絡用于連接邊緣網絡，而傳輸網絡則負責長距離的數據傳輸。這些網絡形成一個復雜的拓撲結構，以確保電力信息能夠高效、可靠地傳輸。各級網絡之間的連接關系需要在網絡設計中得到精心規劃，以提升網絡的整體性能和穩定性。

1.2 通信協議與標準

為確保電力系統通信網絡的互操作性和穩定性，采用標準的通信協議至關重要。常見的通信協議包括IEC 61850、DNP3 和Modbus 等。這些協議不僅規范了通信的數據格式和傳輸方式，還考慮電力系統的實際需求，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集成的復雜性，提升設備之間的兼容性。

1.3 網絡性能要求

電力系統通信網絡的性能要求直接關系電力系統的運行穩定性和實時性，在實時監控和控制方面，網絡的低延遲至關重要。網絡的可靠性和可用性對于確保數據傳輸的穩定性與連續性同樣重要。隨著電力系統的數字化程度不斷提高，網絡的帶寬需求也日益增長，從而傳輸更多的實時數據[2]。電力系統通信網絡的結構和協議概覽如表1 所示。

表1 電力系統通信網絡的結構和協議概覽

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絡入侵、惡意軟件、泄露信息等。網絡入侵可能會導致敏感數據泄露或服務中斷，原因是未經授權訪問進入系統。惡意軟件，如病毒、木馬及蠕蟲病毒等可以通過網絡傳播來感染重點系統。未經授權的訪問或內部人員的蓄意行為也可能威脅電力系統的數據機密性。

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通信網絡，其中網絡掃描是常用手段。網絡掃描可主動探測網絡漏洞，從而對系統的拓撲結構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無法提供正常服務，從而影響電力系統的運行；而中間人攻擊通過截取并篡改網絡通信，將威脅數據的完整性和機密性。

3 電力系統通信網絡安全機制

3.1 認證與授權

在電力系統通信網絡中，信息安全與防護機制的關鍵是建立有效的認證與授權機制。采用基于公鑰基礎設施（Public Key Infrastructure，PKI）的認證方案來確保通信的安全性。具體而言，認證數據包的生成采用哈希消息認證碼（Hash-based Message Authentication Code，HMAC）算法，數學表達式為

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，并授予相應的權限，從而保障電力系統通信網絡的安全性與可靠性[4]。

3.2 加密與解密算法

為確保電力系統通信網絡中敏感數據的保密性，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據傳輸的加密過程，AES 作為主要的對稱密鑰加密算法，其數學表達式為

式中：M表示明文；C表示密文；K表示密鑰；E表示加密函數。該算法通過高效的數據加密和解密過程，為電力系統通信網絡提供可靠的數據保護機制。

3.3 安全協議應用

在電力系統通信網絡中，安全協議的應用至關重要，以確保通信的安全性和可靠性。其中，基于傳輸層安全協議（Transport Layer Security，TLS）的加密通信廣泛應用于數據傳輸過程，保障通信內容的保密性和完整性。公鑰加密、數字簽名以及密鑰交換等技術的結合，實現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]。這些協議和機制確保通信中各個參與方的身份合法性與權限控制，有效提升電力系統通信網絡的安全性。

3.4 網絡入侵檢測與防御

在電力系統通信網絡中，網絡入侵檢測與防御是確保系統安全的重要環節。采用基于行為分析和特征檢測的入侵檢測系統，通過監控網絡流量和系統日志，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。另外，為加強對潛在威脅的防御，采用網絡防火墻、入侵防御系統（Intrusion Prevention System，IPS）以及安全信息與事件管理（Security Information and Event Management，SIEM）等技術。這些技術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，從而提升電力系統通信網絡的安全性和穩定性。

4 防護機制的實施與優化

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通信網絡安全的基礎。安全策略的制定需要充分考慮網絡的特性和潛在威脅，確保網絡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、數據加密策略以及網絡審計策略等，以確保整個系統形成有效的安全防線。

4.2 安全設備配置

安全設備的配置是電力系統通信網絡中至關重要的一環，包括根據實際網絡結構和威脅情況合理規劃配置防火墻、入侵檢測與防御系統以及反病毒軟件等。針對裝備的配置優化，注重根據實際需要進行細微粒度的訪問控制，合理設置網絡隔離和安全域，最大限度地減少攻擊面[6]。通過對網絡設備的精細配置，使遭受各種攻擊的危險降低，從而提升網絡的整體安全性。

4.3 網絡監控與日志記錄

引入高效的網絡監控和日志記錄機制，及時發現潛在威脅。通過對網絡流量、設備狀態及用戶行為的實時監控，異常活動可以被迅速察覺。同時，針對重點事件、網絡行為等建立詳細記錄日志制度，為后續安全分析排查工作提供有力支撐。通過合理設置監控規則和日志存儲策略，網絡管理人員可以更高效地進行網絡維護和安全分析。網絡監控和日志記錄的優化是保障網絡安全的關鍵手段。

4.4 攻擊應對與應急響應

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

5 結 論

對電力系統通信網絡的信息安全與防護機制進行深入的研究后，提出一系列具有創新性的解決方案，不僅增強了電力系統的抗攻擊能力，而且有效保證了電力系統運行的穩定性和可靠性。此外，在結合實際案例和數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。