电力信息通信系统的网络安全防护分析

2024-05-09高建军

通信电源技术 2024年5期

高建军

（新疆粤水电能源有限公司，新疆乌鲁木齐 830057）

0 引言

电力信息通信系统作为电力系统的神经中枢，承担着电力数据采集、传输、处理以及控制等多项重要任务，其安全性直接关系到电力系统的稳定与可靠运行。近年来，随着网络技术的快速发展和应用范围的不断扩大，电力信息通信系统面临的网络安全威胁问题日益严峻。网络攻击手段不断更新，安全风险呈现多样化、复杂化趋势，给电力信息通信系统的安全管理和防护工作带来了巨大挑战。如何有效识别和防范网络安全威胁，提高电力信息通信系统的安全防护能力，成为当前研究的重点和难点。

电力信息通信系统是现代电力系统中不可或缺的组成部分，它以先进的信息通信技术为基础，能够实现电力系统的数据采集、传输、处理以及控制等关键功能。该系统集成了多种通信手段，包括有线通信、无线通信等，确保了电力系统从发电、输电、变电到配电各个环节的信息传输畅通无阻。随着智能电网的发展，电力信息通信系统的作用更加显著，它不仅负责传统的数据通信任务，还涉及电网的监控、优化、管理以及与用户的互动等多方面的功能。

1 网络安全威胁分析

网络安全威胁对于电力信息通信系统而言是一个持续且日益严峻的问题。随着互联网的普及，外部安全威胁成为首要挑战。黑客攻击、病毒入侵等行为不仅会导致电力信息系统的数据泄露，还可能引发系统的错误操作或瘫痪，严重时甚至会影响电力系统的稳定供电。除了外部威胁，内部安全威胁也不容忽视。内部人员的误操作、恶意行为或系统内部的技术缺陷都可能成为安全威胁。内部威胁往往更加隐蔽，难以发现和预防，但其造成的损害更严重。此外，电力信息通信系统还面临着物理安全威胁，如设备损坏、自然灾害等，这些都可能影响系统的正常运行。

2 网络安全防护技术

2.1 加密技术

2.1.1 对称加密

对称加密是一种有效的加密方式，依赖密钥进行数据的加密和解密操作。在这种加密机制中，发送方和接收方必须共享同一个密钥，且该密钥必须保密，工作原理如图1 所示。对称加密算法的特点是加解密速度快，适用于大量数据的加密处理。常见的对称加密算法包括高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES）、数据加密标准（Data Encryption Standard，DES）以及三重数据加密算法（Triple Data Encryption Algorithm，TDES）等。主要挑战在于密钥的管理和分发。由于加密和解密使用同一密钥，如何安全地将密钥传递给通信双方成为一个关键问题[1]。如果密钥在传输过程中被第三方截获，那么加密的数据就可能被破解。对称加密虽然在执行效率上具有优势，但在密钥管理上需要额外的安全措施，以提升密钥的安全性和完整性。

图1 对称加密工作原理

2.1.2 非对称加密

非对称加密也称为公开密钥加密，应用一对密钥，即公钥和私钥。公钥用于加密数据，而私钥用于解密。公钥和私钥是一对，公钥可以公开，但私钥必须保密，工作原理如图2 所示。非对称加密的典型应用是数字签名和安全套接层/传输层安全性（Secure Sockets Layer/Transport Layer Security，SSL/TLS）等安全通信协议，常见的非对称加密算法包括RSA、椭圆曲线加密算法（Elliptic Curves Cryptography，ECC）以及数字签名算法（Digital Signature Algorithm，DSA）等。

图2 非对称加密的工作原理

非对称加密的主要优势在于解决了密钥分发的问题。由于加密和解密使用不同的密钥，即使公钥被公开，只要私钥保持安全，通信的安全性就得到保障。此外，非对称加密还可以实现身份认证和数据完整性校验等功能。然而，非对称加密算法在计算上比对称加密算法要复杂得多，导致其加解密过程较慢，不适合直接用于大量数据的加密。在实践中，非对称加密通常用于加密少量数据或加密对称加密的密钥，而数据本身使用对称加密方式加密，这样结合了两者的优点，既保证了加密过程的安全性，又提高了加密的效率。

2.2 访问控制技术

2.2.1 身份验证

身份验证是电力信息通信系统网络安全的基础，只有经过授权的用户才能访问系统资源。利用一系列的验证机制，识别和确认用户，防止未授权访问和操作。身份验证的常见方法包括用户名和密码、数字证书、生物识别技术以及多因素认证等。用户名和密码是最基本的身份验证方法，要求用户输入预先设定的用户名和密码。尽管这种方法操作简便，但由于密码可能被猜测或泄露，安全性较低。更多的系统采用数字证书或生物识别技术提高安全性。数字证书利用非对称加密技术，为用户提供一个由可信第三方机构签发的证书，利用证书证明用户的身份[2]。生物识别技术如指纹、面部识别等，识别用户的生物特征进行身份验证，这些方法的唯一性和不可复制性增强了安全性。

多因素认证是一种综合使用多种验证方法的身份验证策略，通常至少结合2 种以上的验证因素，如知识因素（如密码）、拥有因素（如手机或安全令牌）、生物因素等。多因素认证能显著提升安全级别，即使其中一个因素被破解，其他因素仍然可以防止未授权的访问。在电力信息通信系统中，采用多因素认证可以有效提高对关键设施和敏感数据的保护水平。

2.2.2 权限管理

定义不同的用户角色并分配相应的权限，系统可以控制各类用户对系统资源的访问范围。例如，普通用户可能只能访问系统的部分信息和功能，而管理员拥有更广泛的访问权限，包括系统配置和用户管理等高级功能。权限的分配通常基于最小权限原则，即用户仅被授权完成工作所必需的最少权限，减少错误操作或恶意行为对系统安全造成的威胁。

权限管理还涉及访问控制策略，包括强制访问控制（Mandatory Access Control，MAC）、自主访问控制（Discretionary Access Control，DAC）以及基于角色的访问控制（Role-Based Access Control，RBAC）等。MAC 是一种严格的访问控制模式，系统管理员定义策略，用户和程序只能按照这些策略访问资源；DAC 允许资源的拥有者控制对资源的访问；RBAC 是一种更灵活的访问控制模式，分配角色管理用户的权限，简化了权限管理和访问控制的过程。

2.3 入侵检测系统

2.3.1 网络入侵检测

网络入侵检测系统（Network Intrusion Detection System，NIDS）是一种旨在监测和分析网络流量，识别潜在未授权访问、攻击和异常行为的安全技术。实时分析进出网络的数据包，与已知攻击模式（签名）进行比对，利用异常检测机制识别不正常的网络行为，从而及时发现并报告可能的安全威胁。网络入侵检测系统能够广泛的网络覆盖范围，为电力信息通信系统提供全局的安全监视。

部署在网络关键节点的NIDS 能够监控所有通过这些节点的数据流，包括入侵尝试、恶意软件传播以及其他可能危害网络安全的行为[3]。这些系统通常使用2 种技术检测威胁：基于签名的检测和基于行为的检测。基于签名的检测依赖更新的威胁数据库，能够有效识别已知的攻击模式；而基于行为的检测通过分析网络活动的异常模式发现新型或未知的攻击，提高了检测未知威胁的能力。

2.3.2 系统入侵检测

主机入侵检测系统（Host-based Intrusion Detection System，HIDS）专注于检测和分析特定主机或设备上的活动，识别潜在的未授权访问、攻击和异常行为。与NIDS 不同，HIDS 是在主机级别运作，能够检查系统日志文件、关键系统文件的完整性、系统调用、应用程序活动等，从而识别对特定系统的直接攻击和潜在威胁。

HIDS 的主要优势在于其对系统内部活动的深入监控能力。实时监控系统操作和用户活动，HIDS 能够检测权限提升、系统文件篡改、恶意软件安装等行为，即使这些行为未通过网络传输，也能被检测到。此外，HIDS 还能通过分析系统日志识别异常行为，为安全分析人员提供详细的攻击证据和分析线索。为进一步说明HIDS 的效果，表1 展示了最近5 次HIDS 事件的相关信息，以便更直观地理解HIDS 在实际应用中的效能。

表1 HIDS 的事件统计

3 电力信息通信系统网络的安全防护策略

3.1 安全管理策略

3.1.1 完善安全政策和制度

安全政策和制度为电力信息通信系统的安全管理提供了明确的规范和指导，使得得所有的安全措施都有据可依，所有的操作都有规可循。先对现有的安全政策进行全面评审，识别出存在的漏洞和不足，然后根据电力信息通信系统的实际情况和最新的安全威胁，制定或更新安全政策和制度，包括数据保护、访问控制、物理安全、员工行为准则等多个方面。

制定安全政策时，应当充分考虑实施的可行性和有效性，确保政策既严格又灵活，能够适应不断变化的安全威胁和技术环境。此外，安全政策的制定和更新不只是信息技术部门的责任，还需要跨部门合作，包括法律、人力资源、运营等相关部门，保证政策全面且符合整体业务目标。

3.1.2 提升安全培训与意识

定期举办安全培训课程，可以让员工掌握如何防范网络攻击、如何安全处理敏感数据、如何识别和响应安全事件等关键技能。除了定期的安全培训，还要重视安全工作。组织内部安全通信、安全宣传日、安全知识竞赛等，增强员工的安全意识，促进员工之间的交流和分享，形成一个积极的安全文化。在提升安全培训和意识的过程中，应将安全意识融入员工的日常工作和生活，使其成为一种习惯和自觉行为。

3.2 技术防护措施

3.2.1 数据备份与恢复

定期备份系统和用户数据，可以在发生硬件故障、软件故障、人为错误或恶意攻击等情况时，最小化数据丢失的风险，并确保业务连续性和数据完整性。实施数据备份时，遵循备份原则，至少保留3 份数据副本，使用2 种不同的存储媒介，并将其中1 份副本存放在物理位置独立的远程位置。

数据备份计划需要包含以下关键元素：首先，确定哪些数据需要备份，包括操作系统、应用程序文件、配置设置和关键业务数据等；其次，选择合适的备份周期，对于不同类型的数据可能需要不同频率的备份，如重要数据可能需要每日备份，而其他数据可能每周或每月备份一次；再次，选择合适的备份媒介和技术，如磁带、硬盘、云存储等，每种媒介都有其优缺点，需要根据实际需要和成本做出选择；最后，定期测试恢复过程，确保在需要时能够有效恢复相关数据[4]。此外，数据恢复策略同样重要，能够在数据丢失后快速恢复业务操作。制定详细的恢复流程，指定责任人员，准备必要的恢复工具和环境。在紧急情况下，能够迅速准确执行恢复操作，减少损失并恢复正常运营。

3.2.2 系统更新与维护

定期更新系统和应用程序能够修复已知的安全漏洞，提高系统的安全性和可靠性。首先，制定一个系统更新计划，包括监控软件供应商的安全公告，定期检查和应用系统更新与补丁。这一过程应设置自动化程序，减少人为遗漏的风险，同时确保更新过程不会干扰正常的业务活动。对于关键系统，可以在非生产环境中先进行更新测试，确保更新不会引入新的问题。此外，定期进行性能监控和分析，识别和解决可能导致性能下降的问题，如磁盘碎片整理、无用文件清理、错误日志检查等。

3.3 应急响应机制

3.3.1 制定应急预案

一个完整的应急预案应包含风险评估、应急团队的组织结构、通信协议、应急流程、资源清单以及恢复步骤等多个方面。首先，进行风险评估，识别和评估可能对系统造成威胁的各种风险，包括自然灾害、技术故障、人为错误和恶意攻击等。基于风险评估的结果，确定需要特别保护的关键资产和业务流程。其次，建立应急响应团队，并明确各成员的角色和责任，在发生紧急事件时，每个成员都清楚自己的任务和行动指南。再次，制定详细的通信协议，包括在不同类型的紧急事件下，如何快速有效地传达信息给所有相关方。应急流程和操作步骤应具体、清晰，涵盖从初步响应、事件评估、决策制定到恢复正常运营的全过程。最后，应急预案还应包括所需资源的清单，如备用系统、通信设备、技术支持等，定期组织演练计划，确保预案的有效性和团队的应急能力。

3.3.2 应急响应与恢复

应急响应与恢复是在电力信息通信系统发生安全事件或其他紧急情况时，根据预先制定的应急预案进行一系列快速行动，旨在控制和缓解事件带来的影响，尽快恢复系统的正常运行。首先，立即启动应急预案，快速组织应急响应团队，进行初步的事件评估，明确事件的性质、影响范围以及紧迫性[5]。根据评估结果，应急响应团队迅速决定采取的应对措施，如隔离受影响的系统、关闭入侵通道、通知相关方等。其次，恢复关键业务和系统的正常运营，包括数据恢复、系统修复、功能测试等步骤，确保所有系统和服务都已恢复到事故发生前的正常状态。在恢复过程中，应持续监控系统性能，确保无新的安全威胁出现。最后，完成应急响应和恢复工作后，应急响应团队还要进行事件复盘，分析事件发生的原因，评估应急响应的效果，并从中吸取经验教训。详细记录事件的经过、响应措施的有效性、恢复过程中遇到的问题以及最终的恢复结果。基于内容复盘，修订和完善应急预案，提高未来应对类似事件的能力和效率。