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對網絡管理者來說，越來越多的電網變電站接入網絡既是好事同時也意味著挑戰。正面的影響是大量的網絡接入極大地提高了電網的效率、響應能力與集成度。負面的影響則是增加了對信息網絡進行保護的復雜性，也就意味著接入網絡的變電站很容易受到攻擊。

面對這一情況，我們需要一個將物理層安全與網絡層安全進行整合的全面保護方案，以識別各種各樣的漏洞與入侵，同時也要認識到不存在某一種解決方案能夠對系統進行百分之百的保護。

電網變電站工控網絡需要引入最新的技術對其進行物理層及網絡層防護

1　境況是如何改變的

電網變電站曾經是互相孤立的。相對于網絡安全而言，以前的變電站優先考慮的是其物理安全性、可靠性與易用性。由于下面所列舉（但不限于）的這些原因，變電站互相孤立的境況被徹底地終止了。

·現成商業技術的使用；

·以太網以及基于TCP/IP的網絡協議的使用；

·ICE60870-5-04標準以及IEC61850標準的實施；

·DNP3工業協議與Modbus TCP的集成；

·無線接入；

·企業間IT系統的互聯；

·公共網絡的使用。

由于電網系統在全國范圍內進行互聯，其發生錯誤或失效的可能性很高。對電力網絡系統進行保護，首先需要的是一個健壯的網絡安全策略，防止網絡受到拒絕服務（DoS）攻擊。

將防止DoS攻擊列為最高優先級是因為高壓、中壓電力網在國家基礎設施中具有非常關鍵的作用，而DoS攻擊極有可能造成系統停止服務并造成巨大的經濟損失。其他的保護措施包括機密性保護、確保信息完整性以及防止對信息進行未經授權的修改或竊取。

2　五層防護體系

為保障網絡安全，網絡管理者必須隨時評估網絡狀況與威脅來源，以保證系統與策略是最新且有效的。要做好這樣一個循環的評估與檢查過程，準確理解“風險”、“威脅”與“弱點”之間的差異是很有幫助的。

·風險：風險是指某事的發生對信息資產造成損害或損失的可能性。

·威脅：威脅是指任何具有潛在能力對信息資產造成破壞的事件（包括自然事件和人為事件）。

·弱點：弱點是指某個可以被用于對信息資產造成損害的薄弱之處。

我們需要一個多層次的網絡安全設計來防范或者減輕各種漏洞對系統造成的損害，才能在各種各樣的威脅下對電力網進行保護。有以下五個層次的安全防護手段可以對威脅的減輕與防護進行優化。

（1）預防性安全防護：旨在防止事故的發生和減少風險及弱點的類型與數量。其方法包括強密碼策略以及防止外部USB設備通過開放的端口進行訪問。

（2）網絡設計安全防護：減少弱點并將其隔離，則對其進行的攻擊不會影響到網絡的其他部分。“區域與管道”模型能幫助限制網絡區域間的連接數，降低整個網絡均受到攻擊影響的風險。

（3）主動安全防護：包括能夠阻止通信、阻止未允許或不符合預期操作的方法及設備。比如使用加密，針對協議的深度包檢測，三層防火墻及反病毒軟件。

（4）偵測安全防護：在某一事件發生的過程中對事件活動寄存器進行標注及記錄，包括日志文件分析以及入侵檢測系統監測。

（5）糾正安全防護：目的是限制破壞進一步擴大，比如配置參數備份策略以及防火墻與反病毒軟件的升級。

3　維護網絡安全的最佳方式

針對現在的風險類型以及能夠保護并降低威脅的安全與網絡解決方案的類型，管理者可以設計出性能遠超單點防御方案的安全策略。

縱深防御模型是對關鍵基礎設施的多重層疊保護，其綜合物理層、網絡層、計算機以及設備安全制定政策和執行程序，是防御外部與內部威脅的最好手段。

該模型基于三個概念來確保快速檢測、隔離與控制，限制錯誤或漏洞影響而不管其發生的原因及發生所在位置。

（1）多層防御：如果一層防御被繞過，則還有其他層提供防御保護。

（2）差異層防御：如果攻擊者找到了通過第一層防御的辦法，也無法通過后續的所有防御，因為其他防御層均與前者有所不同。

（3）特定威脅層防御：特定威脅層防御專為特定風險與弱點設計。這些解決方案針對多種可能威脅電力系統安全的威脅，如惡意軟件、憤怒的員工、拒絕服務（DoS）攻擊以及信息盜竊等。

通過建立多層安全協議，任何系統失效或漏洞都能夠得到遏制并限制其破壞

4　安全集成

作為多層次縱深防御模型的一部分，物理與網絡安全應互相結合才能對關鍵基礎設施進行更加強大的保護。物理防護系統包括重要資產上的讀卡器，如變壓器柜、控制室以及用于訪問監控安全攝像頭等設備。

系統的網絡安全措施應包括以下內容：

（1）企業主干網絡與變電站網絡之間的路由器與防火墻；

（2）狀態檢測及深度包檢測；

（3）控制網絡與通信網絡之間進行明晰的區域劃分。

當物理層安全與多層次的網絡安全相結合，電力網絡管理者就獲得了一個對物理及網絡資產進行監控的互相配合與協調的檢測系統。

電力網絡，包括變電站以及饋線，越來越成為對黑客具有吸引力的攻擊目標。任何由物理層或網絡層漏洞造成電力網損失的潛在可能性，無論是否惡意或是由意外引起，都是非常嚴重的，都為嚴格的綜合網絡安全戰略提出了最為迫切的任務。

5　提高警惕是關鍵

從歷史的角度來說，對電力網實施上述安全改造看起來似乎無比艱巨。但管理者可以通過遵循幾項原則循序漸進完成改造。首先，對確保關鍵系統的安全設施進行優先安排。其次，營造信息安全的工作氛圍。第三，持續對當前的安全狀況進行風險評估。最后，不要奢望某一項措施能夠解決所有的安全問題，所有的威脅、風險以及受保護目標都各不相同，所以針對其的解決方案也應各不相同。

網絡安全威脅會隨時間而演變，所以對網絡管理者來說，持續對防護系統進行評估的流程非常重要。下面列舉的這些問題能夠確保一旦當前的電力網系統境況發生改變，管理者能夠以最好的方式應對威脅。

（1）我們是否知道網絡的拓撲協議與通信類型？

（2）我們是否知道組件的位置以及連接方式，以允許我們在必要時建立有效的安全區？

（3）我們是否在任何新設備接入網絡時都對其進行驗證并且審查所有文件？

（4）我們多久更換一次網絡中的密碼？

（5）我們是否已采用最新的更新？

理想狀態下，網絡管理者應對系統提供百分之一百的防護，但現實卻是，百分之百的全面防護是不可能達成的。但無論惡意或意外導致的事故及漏洞是否會發生，受攻擊的保護目標都必須受到限制以隔離其對整個系統的影響。

通過建立多層次的安全協議，任何電網系統的故障或漏洞都能夠被掌控，并且系統操作也會更加有效，同時對破壞進行限制。最重要的是，電網變電站網絡安全的縱深防御保護模型能夠確保在任何破壞之下，電網系統的其余部分仍然是安全及高效的。

作者簡介

盧川（1985-），男，四川人，理學博士，2007年于北京理工大學獲工學學士學位；2015年于中國科學院大學獲理學博士學位。現就職于中國軟件評測中心，主要研究方向為工業控制系統安全及其測試技術。

摘自《工業控制系統信息安全專刊（第二輯）》