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智能电网安全漏洞及应对措施

黯影冰风
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随着世界各国竞相部署智能化的输电系统,如何保障这些系统的安全成为重要课题。尽管专门针对智能电网安全保护的标准寥寥无几,但电力公司已经开始在系统部署初期大做文章——配备IT系统进行数据收集和分析,采用先进的通信技术传输数据,利用端点(如智能电表)和电网健康状况监测系统生成原始数据。虽然安全问题在最近几年已经成为广泛关注的问题,但仍然存在许多工作有待完成,尤其是“端点”保护,例如:电表和电网传感器的安全保护。本文概要介绍这些端点所面临的威胁,以及应对这些威胁的安全技术。

安全威胁  

毫无疑问,智能电网面临的安全隐患有很多种,但大致可分为两大类。第一类为个体攻击,指攻击者的目标是智能电网数据,以获得自身利益——例如:窃取电费,或隐瞒违禁药物的生产等。个体攻击的目的并非扰乱电网管理,仅仅是为了获得某一个体或团体的利益。

第二类攻击指的是对社会构成威胁的活动,包括试图破坏电网运行的活动。这可能是对电网本身的攻击(大区域误报能耗,造成整个电网的资金链紧张);也可能是对社会的攻击(例如:恐怖分子袭击),造成电网瘫痪,用户断电。发生断电时,生产和金融损失将无可估量,特别是在极热、极冷气候下,还会对人类的生命安全构成威胁。

薄弱环节  
  攻击者通常会纵观整个电网,并设法确定实施攻击的最佳位置,以便以最少投资和最低风险达到预期结果。我们可以简单考察一个“电力中心—端点”的模型,考虑两种情况下的攻击者如何达到目的。

个体威胁:以希望减免电费的黑客为例,攻击者可能混进电力公司控制室,更改其电表记录,从而达到目的;他也可能拦截数据,截取发送给电力公司的能耗信息;或者直接篡改电表固件,使其降低耗电量的记录。

社会威胁:以希望破坏绝大多数用户供电链的恐怖分子为例,攻击者可能混进电力控制室,远程断开大量电表,或关闭某个变电站的供电。攻击者也可能向通信总线注入指令执行类似动作;或者控制电表,使其直接从远端断开继电器;也可能控制传感器向电力公司反馈错误数据,造成电力控制中心的误判和错误操作。

从简单模型可以看出所存在攻击通路,整个电网的绝大部分环节(电力公司控制室、通信网络、端点)都可实施上述攻击行为。提高系统的整体安全性会对三个环节提供安全防护,但实际操作时要求我们识别并定位最薄弱的环节。这也正是攻击者所采取的措施——找到最容易的入侵点(智能电网的薄弱环节)实施攻击。

试想攻击者可能如何看待当前的三个主要环节。成功入侵电力公司控制室能够最大程度地控制电网,但所承受的风险也最高。控制室必定防护严密,具有良好的访问权限控制,同时还具有安全认证流程。此外,入侵者在控制室也很难藏身——即使保安人员没有抓住闯入者,监控摄像头也会记录下来。当然,内部人员能够最有效地从电力控制中心攻击整个电网,但由于电力部门规程严格限制了个人权限,任何个人都不可能运行威胁电网运转的操作,此类操作通常需要多人同时到场实施,从而简单了内部人员作案的风险。

这样,攻击者的第二个选择必然是通信链路,迄今为止,关于智能电网安全性的多数话题都集中在通信链路,大多数系统部署也都采用了严格的加密技术,以保护智能电网端点与电力中心之间数据和命令传输。为了成功攻击通信通道,必须获取安全密匙或认证密匙。而可靠的通信协议都不会共用密匙,意味着攻击者只能(1) 从电力公司或端点获取密匙;或者(2)对通道的加密/认证机制实施暴力攻击。注意,选项1实际上并非攻击通道本身,而是攻击电网的其它部件。暴力攻击(选项2)也不大可能得到结果。常见的加密算法,例如AES-128,以暴力方式攻击,计算方面是不可行的,这意味着超高速计算机需要运行若干年,甚至几十年的时间才能获取密钥,远远长于数据本身有效期限。

于是攻击者将转向智能电网端点本身:诸如智能电表或电网健康状况监测传感器等装置。此类装置的吸引力更大,因为端点保护措施相对薄弱,大范围分散在室外,或者安装在远距离传输线上。我们可将诸如数据集中器之类的装置考虑在内,因为此类设备往往也没有保护措施。这些薄弱点为攻击者分析和尝试不同的攻击方法提供了可乘之机。的确,这些端点带电,难以触及(例如在高耸的传输线上),具有潜在危险。但攻击者完全可以利用一些防护措施,避免人员伤害。表面上看,像电表这样的端点最容易使攻击者得逞。但对手如何实施攻击呢?

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