电力监控系统中可信计算技术的应用研究

摘要：电力监控系统堪称电力系统的神经中枢，实时监测并调控电网运行状态，对系统安全与供电质量至关重要。本文深入探究可信计算技术在电力监控中的应用及其原理，旨在为增强系统安全防护、确保电力稳定运行提供理论支撑与实践参考，为电力系统保驾护航。

关键词：可信计算技术；电力系统；电力监控；应用研究

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.01.047

中图分类号：G 76；TP 309 文献标志码：B 文章编码：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

传统的安全防护手段，如防火墙、入侵检测系统等，虽然在一定程度上能够抵御外部攻击，但在应对内部威胁、逻辑缺陷攻击以及新型恶意代码等方面显得力不从心。可信计算技术作为一种基于硬件和软件的安全防护手段，近年来在网络安全领域得到了广泛关注和应用。它从物理硬件层面入手，嵌入可信计算芯片，综合采取措施，提高计算机系统的安全性能，确保系统的可信性。在电力监控系统中引入可信计算技术，可以构建一套高效、主动的防御机制，有效应对来自内部和外部的安全威胁，保障电力监控系统的安全稳定运行。

1 可信计算技术概述

可信计算（Trusted Computing）技术作为一种前沿的综合安全防护技术，其核心目标在于全面提升计算机系统的安全性、可靠性以及数据的保密性。该技术深度融合了硬件与软件层面的多重安全机制，巧妙利用可信平台模块（Trusted Platform Module，TPM）等先进的安全硬件组件，并依托一系列精密的安全协议与高效算法，确保计算流程的严谨无误及存储数据的全面保护。通过构建一个高度可信的执行环境（Trusted Execution Environment，TEE），可信计算技术为各类敏感数据与关键应用筑起了一道坚不可摧的防护屏障，有效抵御了恶意软件的侵袭，从根本上杜绝了数据泄露的风险，为计算机系统的安全稳定运行提供了强有力的支撑[1]。

2 可信计算技术在电力监控系统中的应

用优势

2.1 可信计算平台构建

可信计算平台的构建需从硬件层面入手。TPM作为系统的可信根，被嵌入到电力监控系统的关键硬件设备中，如服务器、工作站等。TPM芯片内置了加密引擎和密钥存储功能，能够生成和存储系统的根密钥和平台配置寄存器（PCR）值，确保系统启动和运行过程中关键数据的完整性和真实性。

在软件层面，可信计算平台通过TSB等可信软件组件，实现了对系统软件的全面保护。TSB是系统启动过程中加载的第一个软件组件，它负责验证系统软件的完整性和来源，确保只有经过授权且未被篡改的软件才能被执行。同时，TSB还提供了安全的存储和访问控制机制，保护敏感数据和关键应用免受恶意软件的攻击。TSB与TPM的协同工作，使可信计算平台能够构建一个完整的可信链，从系统启动到应用执行，全程保障电力监控系统的安全可信。

2.2 数据传输与存储安全

在数据传输方面，可信计算技术通过加密通信协议和身份认证机制，确保了数据在传输过程中的机密性、完整性和来源的真实性。电力监控系统中的各个设备在进行数据交换时，会采用基于可信计算技术的加密通信协议，如TLS（传输层安全协议）或DTLS（数据报传输层安全协议），对数据进行加密处理，防止数据在传输过程中被窃听或篡改。身份认证机制要求通信双方在进行数据传输前必须进行身份验证，确保只有合法的设备才能参与通信，有效防止了未授权访问和恶意攻击。

在数据存储方面，可信计算技术构建安全的存储环境和实施严格的访问控制策略，保障了数据在存储过程中的安全性。电力监控系统中的关键数据，如设备状态信息、操作指令等，会被存储在可信的存储介质中，如TPM芯片内的安全存储空间或加密的硬盘分区[2]。这些存储介质具有高度的安全性和可靠性，能够防止数据被非法访问或篡改。而可信计算技术还提供了数据完整性校验机制，计算数据的哈希值并存储在TPM中，可以确保数据在存储和读取过程中的完整性。当数据被读取时，系统会重新计算数据的哈希值并与TPM中存储的哈希值进行比较，以验证数据的完整性。

2.3 系统监控与异常检测

在电力监控系统中，系统监控与异常检测是确保系统稳定运行、及时发现并响应潜在威胁的关键环节。可信计算技术以其独特的安全机制和算法，为这一环节提供了更为专业和高效的解决方案。在系统监控方面，可信计算技术通过构建基于可信计算平台的监控体系，实现了对电力监控系统运行状态的全面监控。该监控体系不仅涵盖了对传统的硬件性能监控、网络流量监控等，还深入到了系统内部，对操作系统、应用程序以及关键数据的运行状态进行实时监控。可信计算平台提供可信度量、可信报告等功能，使系统能够实时获取并验证系统各组件的完整性和运行状态，确保系统始终运行在可信状态。可信计算技术还支持远程监控功能，使得运维人员能够远程获取系统状态信息，及时发现并处理潜在问题。

在异常检测方面，可信计算技术通过结合先进的算法和模型，实现了对电力监控系统异常行为的精准识别。异常检测算法基于系统正常运行时的行为特征，对比分析当前系统行为与特征库中的行为模式，识别出可能的异常行为。这些异常行为可能包括未经授权的访问、数据篡改、恶意软件攻击等。可信计算技术通过其内置的加密引擎和密钥管理机制，确保了异常检测过程中数据的机密性和完整性，防止了攻击者通过篡改检测数据来逃避检测。可信计算平台还提供了灵活的异常响应机制，当检测到异常行为时，能够自动触发相应的安全策略，如隔离受感染设备、记录异常日志、发送警报通知等，以迅速应对潜在威胁。

2.4 系统性能与可靠性评估

在系统性能评估方面，可信计算技术通过集成性能监控与分析工具，实现了对电力监控系统各项性能指标的全面监测和深入分析。这些性能指标包括但不限于系统响应时间、吞吐量、资源利用率等[3]。可信计算平台收集并分析这些性能指标数据，能够准确评估系统的当前性能状态，并预测未来的性能趋势。可信计算技术还提供了性能瓶颈识别功能，能够自动检测出影响系统性能的关键因素，为性能优化提供有力支持。通过应用可信计算技术，电力监控系统能够实现更为精准的性能评估，从而确保系统在高负载、复杂环境下的稳定运行。

在可靠性评估方面，可信计算技术通过构建基于可信计算平台的可靠性评估模型，实现了对电力监控系统可靠性的量化评估。该模型综合考虑了系统硬件、软件、网络等多个方面的可靠性因素，通过计算系统的可靠性指标，如MTBF（平均无故障时间、MTTR（平均故障修复时间）等，评估系统的整体可靠性水平。可信计算平台还提供了故障预测与预警功能，能够基于历史数据和实时监控信息，预测系统可能发生的故障，并提前采取相应的预防措施。这种前瞻性的可靠性评估方式，有助于电力监控系统在故障发生前及时采取措施，减少故障对系统的影响，提高系统的整体可靠性。

3 电力监控系统中可信计算技术的应用

案例

3.1 案例背景

某大型发电厂负责对多地进行电力供应。随着智能电网的发展，该电厂的电力监控系统承载了越来越多的关键业务和敏感数据，包括实时电力数据监测、设备状态监控、远程控制指令等。然而，随着网络攻击手段的不断升级，传统的安全防护措施已难以满足系统对安全性的高要求[4]。在此背景下，该电厂决定引入可信计算技术，以提升电力监控系统的安全性和可靠性。

3.2 应用实施

3.2.1 基础设施加固：可信平台模块（TPM）的部署

为了从根源上增强系统的安全性，该电厂在电力监控系统的核心服务器上率先部署了可信平台模块（TPM）。TPM作为系统的可信根，其内置的加密引擎为数据传输提供了高强度的加密保障，确保了在任何层级上的数据交换均不可被篡改或窃取。此外，TPM还负责密钥的安全生成、存储和管理，通过其提供的密钥保护功能，即使系统遭受物理攻击，关键密钥也难以被窃取，从而保障了系统的整体安全。基于TPM，电厂进一步实施了可信软件基（TSB）策略。TSB确保了在系统启动和运行过程中，所有加载的操作系统、应用程序及驱动程序均经过严格验证，确保其完整性和来源的真实性。这一措施有效防止了恶意软件的植入和未授权软件的运行，为系统构筑了一道坚实的防线。

3.2.2 数据传输与存储的安全保障

面对电力监控系统中海量且敏感的数据，该电厂采用了先进的加密通信协议和身份认证机制，确保数据在传输过程中的机密性和完整性。所有设备间的通信均通过加密通道进行，利用TPM提供的密钥管理功能，实现了端到端的安全传输。这既保护了实时电力数据、设备状态信息等关键数据的安全，还确保了远程控制指令的准确无误执行。在数据存储方面，敏感数据被安全地存储在TPM内置的安全存储空间或经过加密处理的硬盘分区中。这些加密存储区域采用高级加密算法，即使硬盘被盗或数据被非法获取，攻击者也无法轻易解密，从而大大降低了数据泄露的风险。

3.2.3 系统监控与异常检测的智能化升级

为了实现对电力监控系统状态的全面掌控和快速响应，电厂构建了基于可信计算平台的智能监控体系。该体系集成了硬件监控、软件监控和网络监控三大模块，能够实时收集并分析系统各层面的运行状态信息，包括CPU负载、内存使用情况、网络流量等。通过智能算法对这些数据进行深度挖掘，系统能够提前预测潜在的安全隐患，并在第一时间发出预警。在异常检测方面，电厂引入了先进的机器学习算法，结合历史数据和实时监控信息，构建了高效的异常检测模型。该模型能够精准识别出系统中的异常行为模式，如未经授权的访问尝试、数据篡改、恶意软件活动等，并自动触发相应的安全策略。一旦检测到异常，系统将立即隔离受感染的设备，防止威胁扩散；同时，记录详细的异常日志，并向运维人员发送警报通知，以便及时介入处理。

3.2.4 运维管理的优化与协同

可信计算技术的应用还促进了电厂运维管理的优化与协同。通过构建基于可信计算的运维管理平台，电厂实现了对电力监控系统的集中管理和远程运维。运维人员可以通过加密通道远程访问系统，执行必要的维护和更新操作，而无须担心数据泄露或系统被非法控制的风险。同时，平台还提供了丰富的报表和分析工具，帮助运维人员全面了解系统状态，制定科学的运维策略。

3.3 应用效果

自引入可信计算技术以来，该电厂的电力监控系统实现了质的飞跃。在安全性方面，系统构建起了一道坚不可摧的防线，凭借强大的加密通信、身份认证及密钥管理机制，成功抵御了多次复杂多变的外部网络攻击与内部潜在威胁，确保了电力数据的绝对安全。同时，实时监控与智能异常检测系统的无缝集成，使得任何细微的异常行为都能被迅速捕捉并妥善处理，极大地降低了系统故障率，提升了系统的稳定性和可靠性。在经济效益上，这一变革不仅显著降低了因安全事件导致的直接损失与间接成本，还通过优化运维流程、提高资源利用效率，进一步削减了运营成本。最重要的是，电力监控系统的高安全性与可靠性也增强了公众对该电厂的信任，提升了企业形象与品牌价值，为电厂带来了广泛的社会认可与良好的市场口碑。

4 结束语

通过应用可信计算技术，电力监控系统在数据传输、存储、监控与异常检测等方面实现了全面的安全保障，显著提升了系统的可靠性和运行效率。未来，随着技术的不断进步和应用的深入，可信计算技术将在电力监控系统中发挥更加重要的作用，为构建更加安全、智能、高效的电力网络奠定坚实基础。

参考文献

[1] 张文韬，黄家志，孙监湖，等．可信PLC和标识认证加密在水电站监控系统的应用研究[J]．水电站机电技术，2023，46（12）：10-13．

[2] 林青，胡绍谦，汤震宇，等．基于可信计算的保护控制设备主动防护技术研究与实现[J]．电力信息与通信技术，2024，22（1）：31-38．

[3] 单瑞卿，盛阳，苏盛，等．考虑攻击方身份的电力监控系统网络安全风险分析[J]．电力科学与技术学报，2022，37（5）：3-14．

[4] 蔡杰，吴正义，张鑫，等．抽水蓄能电站计算机监控系统可信应用研究[J]．水电能源科学，2023，41（10）：220-223．

作者简介：邱和丰（1976—），男，壮族，广西上林人，中级工程师，本科，研究方向为计算机科学与应用。