電力監(jiān)控系統(tǒng)中可信計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用研究

摘要：電力監(jiān)控系統(tǒng)堪稱(chēng)電力系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并調(diào)控電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)安全與供電質(zhì)量至關(guān)重要。本文深入探究可信計(jì)算技術(shù)在電力監(jiān)控中的應(yīng)用及其原理，旨在為增強(qiáng)系統(tǒng)安全防護(hù)、確保電力穩(wěn)定運(yùn)行提供理論支撐與實(shí)踐參考，為電力系統(tǒng)保駕護(hù)航。

關(guān)鍵詞：可信計(jì)算技術(shù)；電力系統(tǒng)；電力監(jiān)控；應(yīng)用研究

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.01.047

中圖分類(lèi)號(hào)：G 76；TP 309 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編碼：1672-7274（2025）01-0-03

Research on the Application of Trusted Computing Technology

in Power Monitoring Systems

QIU Hefeng

（Guangxi Guangtou Qiaogong Energy Development Co.， Ltd.， Laibin 546119， China）

Abstract： The power monitoring system serves as the nerve center of the power system， providing real-time monitoring and control of grid operation status， which is crucial for system security and power supply quality. This paper delves into the application and principles of trusted computing technology in power monitoring， aiming to provide theoretical support and practical guidance for enhancing system security protection and ensuring stable power operation， thereby safeguarding the power system.

Keywords： trusted computing technology; power system; power monitoring; application research

0 引言

傳統(tǒng)的安全防護(hù)手段，如防火墻、入侵檢測(cè)系統(tǒng)等，雖然在一定程度上能夠抵御外部攻擊，但在應(yīng)對(duì)內(nèi)部威脅、邏輯缺陷攻擊以及新型惡意代碼等方面顯得力不從心。可信計(jì)算技術(shù)作為一種基于硬件和軟件的安全防護(hù)手段，近年來(lái)在網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用。它從物理硬件層面入手，嵌入可信計(jì)算芯片，綜合采取措施，提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性能，確保系統(tǒng)的可信性。在電力監(jiān)控系統(tǒng)中引入可信計(jì)算技術(shù)，可以構(gòu)建一套高效、主動(dòng)的防御機(jī)制，有效應(yīng)對(duì)來(lái)自?xún)?nèi)部和外部的安全威脅，保障電力監(jiān)控系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 可信計(jì)算技術(shù)概述

可信計(jì)算（Trusted Computing）技術(shù)作為一種前沿的綜合安全防護(hù)技術(shù)，其核心目標(biāo)在于全面提升計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性、可靠性以及數(shù)據(jù)的保密性。該技術(shù)深度融合了硬件與軟件層面的多重安全機(jī)制，巧妙利用可信平臺(tái)模塊（Trusted Platform Module，TPM）等先進(jìn)的安全硬件組件，并依托一系列精密的安全協(xié)議與高效算法，確保計(jì)算流程的嚴(yán)謹(jǐn)無(wú)誤及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的全面保護(hù)。通過(guò)構(gòu)建一個(gè)高度可信的執(zhí)行環(huán)境（Trusted Execution Environment，TEE），可信計(jì)算技術(shù)為各類(lèi)敏感數(shù)據(jù)與關(guān)鍵應(yīng)用筑起了一道堅(jiān)不可摧的防護(hù)屏障，有效抵御了惡意軟件的侵襲，從根本上杜絕了數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險(xiǎn)，為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的支撐[1]。

2 可信計(jì)算技術(shù)在電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)

用優(yōu)勢(shì)

2.1 可信計(jì)算平臺(tái)構(gòu)建

可信計(jì)算平臺(tái)的構(gòu)建需從硬件層面入手。TPM作為系統(tǒng)的可信根，被嵌入到電力監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵硬件設(shè)備中，如服務(wù)器、工作站等。TPM芯片內(nèi)置了加密引擎和密鑰存儲(chǔ)功能，能夠生成和存儲(chǔ)系統(tǒng)的根密鑰和平臺(tái)配置寄存器（PCR）值，確保系統(tǒng)啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中關(guān)鍵數(shù)據(jù)的完整性和真實(shí)性。

在軟件層面，可信計(jì)算平臺(tái)通過(guò)TSB等可信軟件組件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)軟件的全面保護(hù)。TSB是系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中加載的第一個(gè)軟件組件，它負(fù)責(zé)驗(yàn)證系統(tǒng)軟件的完整性和來(lái)源，確保只有經(jīng)過(guò)授權(quán)且未被篡改的軟件才能被執(zhí)行。同時(shí)，TSB還提供了安全的存儲(chǔ)和訪(fǎng)問(wèn)控制機(jī)制，保護(hù)敏感數(shù)據(jù)和關(guān)鍵應(yīng)用免受惡意軟件的攻擊。TSB與TPM的協(xié)同工作，使可信計(jì)算平臺(tái)能夠構(gòu)建一個(gè)完整的可信鏈，從系統(tǒng)啟動(dòng)到應(yīng)用執(zhí)行，全程保障電力監(jiān)控系統(tǒng)的安全可信。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)安全

在數(shù)據(jù)傳輸方面，可信計(jì)算技術(shù)通過(guò)加密通信協(xié)議和身份認(rèn)證機(jī)制，確保了數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的機(jī)密性、完整性和來(lái)源的真實(shí)性。電力監(jiān)控系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，會(huì)采用基于可信計(jì)算技術(shù)的加密通信協(xié)議，如TLS（傳輸層安全協(xié)議）或DTLS（數(shù)據(jù)報(bào)傳輸層安全協(xié)議），對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，防止數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中被竊聽(tīng)或篡改。身份認(rèn)證機(jī)制要求通信雙方在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸前必須進(jìn)行身份驗(yàn)證，確保只有合法的設(shè)備才能參與通信，有效防止了未授權(quán)訪(fǎng)問(wèn)和惡意攻擊。

在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，可信計(jì)算技術(shù)構(gòu)建安全的存儲(chǔ)環(huán)境和實(shí)施嚴(yán)格的訪(fǎng)問(wèn)控制策略，保障了數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)過(guò)程中的安全性。電力監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如設(shè)備狀態(tài)信息、操作指令等，會(huì)被存儲(chǔ)在可信的存儲(chǔ)介質(zhì)中，如TPM芯片內(nèi)的安全存儲(chǔ)空間或加密的硬盤(pán)分區(qū)[2]。這些存儲(chǔ)介質(zhì)具有高度的安全性和可靠性，能夠防止數(shù)據(jù)被非法訪(fǎng)問(wèn)或篡改。而可信計(jì)算技術(shù)還提供了數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)機(jī)制，計(jì)算數(shù)據(jù)的哈希值并存儲(chǔ)在TPM中，可以確保數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)和讀取過(guò)程中的完整性。當(dāng)數(shù)據(jù)被讀取時(shí)，系統(tǒng)會(huì)重新計(jì)算數(shù)據(jù)的哈希值并與TPM中存儲(chǔ)的哈希值進(jìn)行比較，以驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完整性。

2.3 系統(tǒng)監(jiān)控與異常檢測(cè)

在電力監(jiān)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)監(jiān)控與異常檢測(cè)是確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、及時(shí)發(fā)現(xiàn)并響應(yīng)潛在威脅的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。可信計(jì)算技術(shù)以其獨(dú)特的安全機(jī)制和算法，為這一環(huán)節(jié)提供了更為專(zhuān)業(yè)和高效的解決方案。在系統(tǒng)監(jiān)控方面，可信計(jì)算技術(shù)通過(guò)構(gòu)建基于可信計(jì)算平臺(tái)的監(jiān)控體系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的全面監(jiān)控。該監(jiān)控體系不僅涵蓋了對(duì)傳統(tǒng)的硬件性能監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控等，還深入到了系統(tǒng)內(nèi)部，對(duì)操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序以及關(guān)鍵數(shù)據(jù)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。可信計(jì)算平臺(tái)提供可信度量、可信報(bào)告等功能，使系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)獲取并驗(yàn)證系統(tǒng)各組件的完整性和運(yùn)行狀態(tài)，確保系統(tǒng)始終運(yùn)行在可信狀態(tài)。可信計(jì)算技術(shù)還支持遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，使得運(yùn)維人員能夠遠(yuǎn)程獲取系統(tǒng)狀態(tài)信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在問(wèn)題。

在異常檢測(cè)方面，可信計(jì)算技術(shù)通過(guò)結(jié)合先進(jìn)的算法和模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)異常行為的精準(zhǔn)識(shí)別。異常檢測(cè)算法基于系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的行為特征，對(duì)比分析當(dāng)前系統(tǒng)行為與特征庫(kù)中的行為模式，識(shí)別出可能的異常行為。這些異常行為可能包括未經(jīng)授權(quán)的訪(fǎng)問(wèn)、數(shù)據(jù)篡改、惡意軟件攻擊等。可信計(jì)算技術(shù)通過(guò)其內(nèi)置的加密引擎和密鑰管理機(jī)制，確保了異常檢測(cè)過(guò)程中數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性，防止了攻擊者通過(guò)篡改檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)逃避檢測(cè)。可信計(jì)算平臺(tái)還提供了靈活的異常響應(yīng)機(jī)制，當(dāng)檢測(cè)到異常行為時(shí)，能夠自動(dòng)觸發(fā)相應(yīng)的安全策略，如隔離受感染設(shè)備、記錄異常日志、發(fā)送警報(bào)通知等，以迅速應(yīng)對(duì)潛在威脅。

2.4 系統(tǒng)性能與可靠性評(píng)估

在系統(tǒng)性能評(píng)估方面，可信計(jì)算技術(shù)通過(guò)集成性能監(jiān)控與分析工具，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)的全面監(jiān)測(cè)和深入分析。這些性能指標(biāo)包括但不限于系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、吞吐量、資源利用率等[3]。可信計(jì)算平臺(tái)收集并分析這些性能指標(biāo)數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確評(píng)估系統(tǒng)的當(dāng)前性能狀態(tài)，并預(yù)測(cè)未來(lái)的性能趨勢(shì)。可信計(jì)算技術(shù)還提供了性能瓶頸識(shí)別功能，能夠自動(dòng)檢測(cè)出影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素，為性能優(yōu)化提供有力支持。通過(guò)應(yīng)用可信計(jì)算技術(shù)，電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更為精準(zhǔn)的性能評(píng)估，從而確保系統(tǒng)在高負(fù)載、復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

在可靠性評(píng)估方面，可信計(jì)算技術(shù)通過(guò)構(gòu)建基于可信計(jì)算平臺(tái)的可靠性評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)可靠性的量化評(píng)估。該模型綜合考慮了系統(tǒng)硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)方面的可靠性因素，通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，如MTBF（平均無(wú)故障時(shí)間、MTTR（平均故障修復(fù)時(shí)間）等，評(píng)估系統(tǒng)的整體可靠性水平。可信計(jì)算平臺(tái)還提供了故障預(yù)測(cè)與預(yù)警功能，能夠基于歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控信息，預(yù)測(cè)系統(tǒng)可能發(fā)生的故障，并提前采取相應(yīng)的預(yù)防措施。這種前瞻性的可靠性評(píng)估方式，有助于電力監(jiān)控系統(tǒng)在故障發(fā)生前及時(shí)采取措施，減少故障對(duì)系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的整體可靠性。

3 電力監(jiān)控系統(tǒng)中可信計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用

案例

3.1 案例背景

某大型發(fā)電廠(chǎng)負(fù)責(zé)對(duì)多地進(jìn)行電力供應(yīng)。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，該電廠(chǎng)的電力監(jiān)控系統(tǒng)承載了越來(lái)越多的關(guān)鍵業(yè)務(wù)和敏感數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)電力數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制指令等。然而，隨著網(wǎng)絡(luò)攻擊手段的不斷升級(jí)，傳統(tǒng)的安全防護(hù)措施已難以滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)安全性的高要求[4]。在此背景下，該電廠(chǎng)決定引入可信計(jì)算技術(shù)，以提升電力監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3.2 應(yīng)用實(shí)施

3.2.1 基礎(chǔ)設(shè)施加固：可信平臺(tái)模塊（TPM）的部署

為了從根源上增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性，該電廠(chǎng)在電力監(jiān)控系統(tǒng)的核心服務(wù)器上率先部署了可信平臺(tái)模塊（TPM）。TPM作為系統(tǒng)的可信根，其內(nèi)置的加密引擎為數(shù)據(jù)傳輸提供了高強(qiáng)度的加密保障，確保了在任何層級(jí)上的數(shù)據(jù)交換均不可被篡改或竊取。此外，TPM還負(fù)責(zé)密鑰的安全生成、存儲(chǔ)和管理，通過(guò)其提供的密鑰保護(hù)功能，即使系統(tǒng)遭受物理攻擊，關(guān)鍵密鑰也難以被竊取，從而保障了系統(tǒng)的整體安全。基于TPM，電廠(chǎng)進(jìn)一步實(shí)施了可信軟件基（TSB）策略。TSB確保了在系統(tǒng)啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中，所有加載的操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序及驅(qū)動(dòng)程序均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格驗(yàn)證，確保其完整性和來(lái)源的真實(shí)性。這一措施有效防止了惡意軟件的植入和未授權(quán)軟件的運(yùn)行，為系統(tǒng)構(gòu)筑了一道堅(jiān)實(shí)的防線(xiàn)。

3.2.2 數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)的安全保障

面對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)中海量且敏感的數(shù)據(jù)，該電廠(chǎng)采用了先進(jìn)的加密通信協(xié)議和身份認(rèn)證機(jī)制，確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的機(jī)密性和完整性。所有設(shè)備間的通信均通過(guò)加密通道進(jìn)行，利用TPM提供的密鑰管理功能，實(shí)現(xiàn)了端到端的安全傳輸。這既保護(hù)了實(shí)時(shí)電力數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)信息等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的安全，還確保了遠(yuǎn)程控制指令的準(zhǔn)確無(wú)誤執(zhí)行。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，敏感數(shù)據(jù)被安全地存儲(chǔ)在TPM內(nèi)置的安全存儲(chǔ)空間或經(jīng)過(guò)加密處理的硬盤(pán)分區(qū)中。這些加密存儲(chǔ)區(qū)域采用高級(jí)加密算法，即使硬盤(pán)被盜或數(shù)據(jù)被非法獲取，攻擊者也無(wú)法輕易解密，從而大大降低了數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.3 系統(tǒng)監(jiān)控與異常檢測(cè)的智能化升級(jí)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)的全面掌控和快速響應(yīng)，電廠(chǎng)構(gòu)建了基于可信計(jì)算平臺(tái)的智能監(jiān)控體系。該體系集成了硬件監(jiān)控、軟件監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控三大模塊，能夠?qū)崟r(shí)收集并分析系統(tǒng)各層面的運(yùn)行狀態(tài)信息，包括CPU負(fù)載、內(nèi)存使用情況、網(wǎng)絡(luò)流量等。通過(guò)智能算法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，系統(tǒng)能夠提前預(yù)測(cè)潛在的安全隱患，并在第一時(shí)間發(fā)出預(yù)警。在異常檢測(cè)方面，電廠(chǎng)引入了先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控信息，構(gòu)建了高效的異常檢測(cè)模型。該模型能夠精準(zhǔn)識(shí)別出系統(tǒng)中的異常行為模式，如未經(jīng)授權(quán)的訪(fǎng)問(wèn)嘗試、數(shù)據(jù)篡改、惡意軟件活動(dòng)等，并自動(dòng)觸發(fā)相應(yīng)的安全策略。一旦檢測(cè)到異常，系統(tǒng)將立即隔離受感染的設(shè)備，防止威脅擴(kuò)散；同時(shí)，記錄詳細(xì)的異常日志，并向運(yùn)維人員發(fā)送警報(bào)通知，以便及時(shí)介入處理。

3.2.4 運(yùn)維管理的優(yōu)化與協(xié)同

可信計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用還促進(jìn)了電廠(chǎng)運(yùn)維管理的優(yōu)化與協(xié)同。通過(guò)構(gòu)建基于可信計(jì)算的運(yùn)維管理平臺(tái)，電廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)的集中管理和遠(yuǎn)程運(yùn)維。運(yùn)維人員可以通過(guò)加密通道遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)，執(zhí)行必要的維護(hù)和更新操作，而無(wú)須擔(dān)心數(shù)據(jù)泄露或系統(tǒng)被非法控制的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，平臺(tái)還提供了豐富的報(bào)表和分析工具，幫助運(yùn)維人員全面了解系統(tǒng)狀態(tài)，制定科學(xué)的運(yùn)維策略。

3.3 應(yīng)用效果

自引入可信計(jì)算技術(shù)以來(lái)，該電廠(chǎng)的電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。在安全性方面，系統(tǒng)構(gòu)建起了一道堅(jiān)不可摧的防線(xiàn)，憑借強(qiáng)大的加密通信、身份認(rèn)證及密鑰管理機(jī)制，成功抵御了多次復(fù)雜多變的外部網(wǎng)絡(luò)攻擊與內(nèi)部潛在威脅，確保了電力數(shù)據(jù)的絕對(duì)安全。同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)控與智能異常檢測(cè)系統(tǒng)的無(wú)縫集成，使得任何細(xì)微的異常行為都能被迅速捕捉并妥善處理，極大地降低了系統(tǒng)故障率，提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在經(jīng)濟(jì)效益上，這一變革不僅顯著降低了因安全事件導(dǎo)致的直接損失與間接成本，還通過(guò)優(yōu)化運(yùn)維流程、提高資源利用效率，進(jìn)一步削減了運(yùn)營(yíng)成本。最重要的是，電力監(jiān)控系統(tǒng)的高安全性與可靠性也增強(qiáng)了公眾對(duì)該電廠(chǎng)的信任，提升了企業(yè)形象與品牌價(jià)值，為電廠(chǎng)帶來(lái)了廣泛的社會(huì)認(rèn)可與良好的市場(chǎng)口碑。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)應(yīng)用可信計(jì)算技術(shù)，電力監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)、監(jiān)控與異常檢測(cè)等方面實(shí)現(xiàn)了全面的安全保障，顯著提升了系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行效率。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的深入，可信計(jì)算技術(shù)將在電力監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)揮更加重要的作用，為構(gòu)建更加安全、智能、高效的電力網(wǎng)絡(luò)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：邱和豐（1976—），男，壯族，廣西上林人，中級(jí)工程師，本科，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)科學(xué)與應(yīng)用。