智能電網(wǎng)電表的安全威脅

　　未來的智能電網(wǎng)或高級電表將在極大程度上依賴各種有線或無線通信技術(shù)。提高不同智能電網(wǎng)組件之間的自動化程度，則意味著要增加由計(jì)算機(jī)控制的電子設(shè)備和軟件，而這則可能會增加潛在的網(wǎng)絡(luò)攻擊。

　　網(wǎng)絡(luò)攻擊的一個(gè)獨(dú)特特點(diǎn)就是它可以從世界上任何一個(gè)遠(yuǎn)程位置，通過公共網(wǎng)絡(luò)發(fā)起。華爾街日報(bào)報(bào)道過，網(wǎng)絡(luò)間諜曾侵入美國電網(wǎng)并安裝了可以破壞系統(tǒng)的軟件程序。成功的網(wǎng)絡(luò)攻擊帶來的潛在后果包括：發(fā)電機(jī)遭到破壞，停電甚至造成電網(wǎng)不穩(wěn)定。這種嚴(yán)重的安全隱患已經(jīng)引起了各國政府的關(guān)注。

　　通過一些研究，人們已經(jīng)找到了幾種解決AMI網(wǎng)絡(luò)無線設(shè)備攻擊的方法。由于這些無線設(shè)備均位于供電公司的物理安全防線以外，因此它們受到破壞的機(jī)率非常大。Goodspeed所做的一項(xiàng)研究解釋了攻擊者如何從這些設(shè)備(包括用于網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證的密匙)中獲得數(shù)據(jù)，以及如何修改設(shè)備的內(nèi)存以插入惡意軟件。

　　AMI設(shè)備的其他漏洞包括不安全的數(shù)據(jù)總線，串行連接或遠(yuǎn)程訪問調(diào)試端口。

　　除了以物理方式篡改儀表來改變其特性外，大多數(shù)已知的漏洞都與通信媒介和通信協(xié)議有關(guān)，因?yàn)榕c電網(wǎng)相連的互聯(lián)網(wǎng)本身就存在許多安全漏洞。對于一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的黑客來說，每一個(gè)通信路徑都是一個(gè)潛在的攻擊路徑。許多潛在的進(jìn)入點(diǎn)實(shí)際上都沒有進(jìn)行保護(hù)。無線網(wǎng)絡(luò)很容易被攻擊者監(jiān)視，并且容易遭到中間人(Man-in-the-Middle)攻擊。

　　確保通信端口安全

　　下面提供一些建議實(shí)施的技術(shù)，以便為智能電網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的通信通道提供保護(hù)。

　　(1) 使用安全的通信協(xié)議

　　電網(wǎng)的各個(gè)實(shí)體之間使用了大量數(shù)據(jù)交換協(xié)議。 其中一些協(xié)議，如傳輸控制協(xié)議(TCP)/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)、超文本傳輸協(xié)議(HTTP)和文件傳輸協(xié)議(FTP)被廣泛應(yīng)用于全球信息技術(shù)領(lǐng)域。 這些協(xié)議都不是很安全，很容易受到攻擊，因?yàn)楸粋鬏數(shù)臄?shù)據(jù)不受任何限制，可以很輕易地遭到黑客竊聽。

　　應(yīng)當(dāng)使用IPSec(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議安全)、SSL(安全套接字層)/TLS(傳輸層安全)和SSH(安全shell)替換這些不安全的協(xié)議。 IPsec使用加密技術(shù)，確保在專用網(wǎng)絡(luò)的參與節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)具有保密性、完整性和真實(shí)性。 TLS由IETF進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，該協(xié)議的目的是使用數(shù)據(jù)加密，保護(hù)和驗(yàn)證公共網(wǎng)絡(luò)之間的通信。這些協(xié)議旨在防止竊聽、消息偽造和干擾。

　　另一個(gè)協(xié)議是安全Shell(SSH)，它是一種程序，可以通過網(wǎng)絡(luò)登錄另一臺計(jì)算機(jī)并在遠(yuǎn)程機(jī)器上執(zhí)行命令。例如，SSH可用來遠(yuǎn)程登錄電網(wǎng)切換設(shè)備，以監(jiān)視其狀態(tài)或傳遞命令。它為處于不安全網(wǎng)絡(luò)的兩臺主機(jī)提供有效的驗(yàn)證和安全的加密通信。它可以取代rlogin、rsh、rcp、rdist和telnet技術(shù)。SSH可以幫助網(wǎng)絡(luò)避開IP欺騙、IP源路由和DNS欺騙等攻擊。

　　(2) 加密的數(shù)據(jù)保護(hù)

　　幾乎所有安全協(xié)議(包括前面提到的協(xié)議)都需要使用某種密碼技術(shù)來對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。一種常見的密碼算法是在對稱密匙加密中使用的AES(高級加密標(biāo)準(zhǔn))算法。該算法在軟件和硬件中速度都很快，并且實(shí)施相對容易，不需要太多內(nèi)存。 AES對保護(hù)分類信息非常有用。 要在用于保護(hù)國家安全系統(tǒng)的產(chǎn)品中實(shí)施AES，購買之前須經(jīng)過NSA(國家安全局)的審查和認(rèn)證。

　　AES支持三種密匙：128位，196位和256位。 密匙長度越長，提供的安全性越好。

　　(3) 提供更安全的控制和命令

　　對稱密匙加密適合用于保護(hù)大量數(shù)據(jù)，但是無法提供最高程度的安全性。非對稱密匙加密可以做到這一點(diǎn)，例如橢圓曲線數(shù)字簽名算法(ECDSA)可以用于加密任何控制/命令，如遠(yuǎn)程斷開/建立連接、實(shí)時(shí)價(jià)格變化等。這為使用命令控制電網(wǎng)設(shè)備提供了更高級別的驗(yàn)證。 基于橢圓曲線密碼學(xué)(ECC)的密匙交換可以提供更高程度的安全性。 ECC也可以用于Zigbee等無線網(wǎng)絡(luò)，提供數(shù)字證書來交換智能電網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中的Zigbee節(jié)點(diǎn)/設(shè)備間信息。

　　(4) 密碼算法的密匙生成和保存

　　幾乎所有安全密碼和加密密匙都依賴于隨機(jī)播種。 使用偽隨機(jī)數(shù)字生成密匙會導(dǎo)致偽安全性。生成的隨機(jī)種子必須是真正隨機(jī)的，才能使破譯者無法進(jìn)行模式分析。 美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)推薦使用兼容FIPS – 140-2標(biāo)準(zhǔn)的隨機(jī)數(shù)生成器來實(shí)現(xiàn)更高程度的安全性。來自通信端口的原始數(shù)據(jù)使用真正隨機(jī)的種子加密(如圖 3所示)。強(qiáng)烈推薦在硬件中實(shí)施隨機(jī)生成器，因?yàn)檐浖傻碾S機(jī)數(shù)并不被認(rèn)為是安全的，而且容易被破解。

　　(5) 安全的調(diào)試和客戶端-服務(wù)器認(rèn)證

　　調(diào)試端口操作是黒客執(zhí)行未授權(quán)程序代碼，以特權(quán)模式控制安全應(yīng)用和運(yùn)行代碼的常見方式之一。符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)1149.1 (AKA JTAG) 的調(diào)試端口，讓黑客有機(jī)可乘，可以通過任意方式破壞系統(tǒng)的安全機(jī)制，并獲得對操作系統(tǒng)的控制。為了保證系統(tǒng)的安全，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格禁止在未授權(quán)的情況下使用調(diào)試端口。