امنیت اطلاعات در سیستم‌های نظارت بر توان: فناوری‌ها و کاربردها

Системы мониторинга энергии берут на себя основные задачи по реальному времени мониторингу сетей, диагностике неисправностей и оптимизации работы. Их безопасность напрямую влияет на стабильность и надежность энергетических систем. С углубленным применением технологий, таких как облачные вычисления, Интернет вещей (IoT) и большие данные в энергетической отрасли, информационные риски для систем мониторинга энергии постепенно увеличиваются.

Эти системы сталкиваются с множеством вызовов, включая продвинутые устойчивые угрозы (APT), атаки типа "отказ в обслуживании" (DoS) и заражение вредоносными программами. Традиционные архитектуры безопасности полагаются на однослойные стратегии защиты, которые трудно эффективно противостоять сложным методам атак. Необходимо принять архитектуру глубокой обороны и усилить способности системы к сопротивлению атакам через многослойные механизмы безопасности.

1. Состав и функции систем мониторинга энергии

Система мониторинга энергии - это комплексная платформа автоматического управления энергией,主要用于实时监控、控制和优化电力系统的运行状态。系统通常由监控中心、数据采集与传输设备、智能终端、通信网络和应用软件组成。作为核心枢纽，监控中心负责处理大量电力数据，分析运行状态并执行控制命令。 请允许我继续翻译剩余部分。若需要达里语（波斯语的一种方言）的翻译，请告知，我将进行调整。 看起来这里可能存在一些误解，您要求的是达里语翻译，而上述内容是以中文输出的。以下是根据您的要求翻译成达里语的内容：

نظامهای نظارت بر توان کارهای اصلی نظارت زنده بر شبکه، تشخیص خطا و بهینه‌سازی عملیات را انجام می‌دهند. امنیت آنها مستقیماً بر پایداری و قابلیت اطمینان سیستم‌های برق تأثیر می‌گذارد. با عمق‌دادن به کاربرد فناوری‌هایی مانند محاسبات ابری، اینترنت اشیاء (IoT) و داده‌های بزرگ در صنعت برق، ریسک‌های امنیت اطلاعاتی برای سیستم‌های نظارت بر توان تدریجاً افزایش می‌یابد.

این سیستم‌ها با چالش‌های متعددی مواجه هستند، از جمله تهدیدهای پیشرفته و پایدار (APT)، حملات انکار سرویس (DoS) و آلودگی با بدافزار. معماری‌های امنیتی سنتی روی استراتژی‌های دفاعی تک‌لایه تکیه می‌کنند که برای مقابله موثر با روش‌های حمله پیچیده دشوار است. لازم است از یک معماری دفاع عمیق و با افزایش توانایی‌های ضدحمله سیستم از طریق مکانیزم‌های امنیتی چندلایه استفاده شود.

1. ترکیب و عملکرد سیستم‌های نظارت بر توان

سیستم نظارت بر توان یک پلتفرم مدیریت خودکار برق جامع است که عمدتاً برای نظارت زنده، کنترل و بهینه‌سازی وضعیت عملیاتی سیستم‌های برق استفاده می‌شود. سیستم معمولاً شامل مرکز نظارت، دستگاه‌های جمع‌آوری و انتقال داده، ترمینال‌های هوشمند، شبکه‌های ارتباطی و نرم‌افزارهای کاربردی است. مرکز نظارت به عنوان هاب اصلی مسئول پردازش مقدار زیادی داده برق، تحلیل وضعیت عملیاتی و اجرای دستورات کنترلی است.

دستگاه‌های جمع‌آوری داده مانند واحد‌های ترمینال دور (RTU) و دستگاه‌های الکترونیکی هوشمند (IEDs) از طریق حسگرها و رابط‌های ارتباطی پارامترهای کلیدی مانند جریان، ولتاژ و فرکانس را به دست می‌آورند و داده‌ها را به سیستم کنترل اصلی منتقل می‌کنند. شبکه‌های ارتباطی معمولاً از پروتکل‌هایی مانند IEC 61850، DNP3 و Modbus برای تضمین کارایی و قابلیت اطمینان انتقال داده استفاده می‌کنند.

نرم‌افزارهای کاربردی شامل عملکردهایی مانند مدیریت تنظیم، پیش‌بینی بار، تخمین وضعیت و تشخیص خطا هستند که به بهینه‌سازی عملیات شبکه و هشدار دادن به وضعیت‌های غیرطبیعی پشتیبانی می‌کنند. سیستم‌های نظارت بر توان مدرن به طور گسترده از فناوری‌های محاسبات ابری، محاسبات لبه‌ای و هوش مصنوعی (AI) برای بهبود توانایی‌های پردازش داده و کارایی تصمیم‌گیری استفاده می‌کنند. سیستم شامل تنظیم برق، کنترل تجهیزات و تحلیل داده است و امنیت آن مستقیماً به پایداری شبکه و امنیت انرژی ملی مرتبط است.

2. سیستم حفاظت امنیت اطلاعاتی سیستم‌های نظارت بر توان

2.1 استراتژی حفاظت امنیت شبکه

استراتژی حفاظت امنیت شبکه برای سیستم‌های نظارت بر توان باید یک سیستم دفاع عمیق را از سطوح مختلفی مانند جداسازی فیزیکی، امنیت پروتکل، نظارت بر ترافیک و دفاع فعال بسازد تا به طور موثر ریسک‌های حملات خلافکارانه و دزدی داده را حل کند. ابتدا، در مورد معماری شبکه سیستم‌های نظارت بر توان، باید از استراتژی تقسیم‌بندی شبکه برای جداسازی فیزیکی یا منطقی شبکه کنترل، شبکه مدیریت و شبکه دفتری استفاده شود تا سطح حمله کاهش یابد و از تکنولوژی جریان داده تک‌سویه برای تضمین عدم تغییر سیگنال‌های کنترلی اصلی استفاده شود.

ثانیاً، برای امنیت پروتکل ارتباطی، باید از تکنولوژی‌های تونل رمزگذاری شده (مانند TLS 1.3) برای حفاظت از امنیت انتقال داده پروتکل‌های مهم مانند IEC 61850 و DNP3 استفاده شود و MACsec (IEEE 802.1AE) معرفی شود تا رمزگذاری لایه پیوند فراهم شود، جلوگیری از حملات مرکزی و دزدی داده. در مورد نظارت بر ترافیک، باید یک سیستم تشخیص ترافیک غیرعادی مبتنی بر AI (AI-IDS) نصب شود که با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری عمیق مشخصات بسته‌ها را تحلیل کرده و رفتارهای غیرعادی را تشخیص دهد، دقت تشخیص را به بیش از 99٪ افزایش دهد.

همچنین، با ترکیب سیستم حفاظت DDoS، از طریق محدود کردن نرخ و مکانیسم‌های شکست خودکار، تأثیر حملات ترافیکی بر مراکز تنظیم برق کاهش یابد. در نهایت، در مورد دفاع فعال، می‌توان از معماری Zero Trust (ZTA) استفاده کرد تا به طور مداوم همه ترافیک‌ها را معتبر کرده و دسترسی آنها را کنترل کند، انتشار تهدیدات داخلی را جلوگیری کند و بنابراین امنیت شبکه سیستم‌های نظارت بر توان را افزایش دهد.

2.2 احراز هویت و کنترل دسترسی

سیستم احراز هویت و کنترل دسترسی سیستم‌های نظارت بر توان باید مشروعیت کاربران، دستگاه‌ها و برنامه‌های کاربردی را تضمین کند و دسترسی غیرمجاز و سوءاستفاده از مجوزها را جلوگیری کند. از یک طرف، در مورد احراز هویت، باید از مکانیزم احراز هویت مبتنی بر سریع‌نامه دیجیتال (PKI) استفاده شود و شناسه‌های هویتی منحصر به فرد به کارکنان عملیات و نگهداری، مولفه‌های سیستم SCADA و دستگاه‌های ترمینال هوشمند اختصاص داده شود.

با استفاده از احراز هویت دو عاملی (2FA)، رمز یکبار مصرف (OTP) و تکنولوژی‌های شناسایی بیومتریک (مانند شناسایی اثر انگشت یا قرنیه چشم)، امنیت تأیید هویت افزایش می‌یابد. در سناریوهای دسترسی دور، می‌توان از پروتکل FIDO2 برای پشتیبانی از احراز هویت بدون رمزعبور استفاده کرد تا خطر دزدی مجوزها کاهش یابد. از طرف دیگر، در مورد کنترل دسترسی، باید از مکانیزم ترکیبی کنترل دسترسی مبتنی بر نقش (RBAC) و کنترل دسترسی مبتنی بر ویژگی (ABAC) استفاده شود تا مطمئن شود که مجوزهای کاربران دقیقاً با مسئولیت‌های آنها همخوانی داشته باشد و دسترسی غیرمجاز را جلوگیری کند.

به عنوان مثال، کارکنان عملیات و نگهداری زیرстанیون فقط می‌توانند به تجهیزات خاص دسترسی داشته باشند، در حالی که تنظیم‌کنندگان به محدودیت‌های نظارت بر داده و ارسال دستورات محدود می‌شوند. برای تکمیل بیشتر استراتژی‌های دسترسی، می‌توان از مکانیزم‌های تعدیل مجوزهای پویا استفاده کرد که مجوزهای دسترسی را به طور زنده بر اساس الگوهای رفتاری کاربر و متغیرهای محیطی (مانند موقعیت جغرافیایی، نوع دستگاه و غیره) تعدیل می‌کنند. باید از سیستم گزارش‌گیری و ادغام دسترسی (SIEM) برای ثبت تمام درخواست‌های دسترسی و ترکیب تکنیک‌های یادگیری ماشین برای تحلیل رفتارهای دسترسی غیرعادی استفاده شود، تا توانایی تشخیص تهدیدات امنیتی داخلی افزایش یابد و عملکرد امن و پایدار سیستم‌های نظارت بر توان تضمین شود.

2.3 امنیت داده و تکنولوژی‌های رمزگذاری

امنیت داده سیستم‌های نظارت بر توان شامل مراحلی مانند ذخیره‌سازی داده، انتقال، پردازش و پشتیبان‌گیری است. باید از الگوریتم‌های رمزگذاری با قدرت بالا و مکانیزم‌های کنترل دسترسی استفاده شود تا محرمانگی، تمامیت و دسترس‌پذیری داده‌ها تضمین شود.

ابتدا، در مرحله ذخیره‌سازی داده، باید از AES-256 برای رمزگذاری داده‌های حساس در حالت ساکن استفاده شود و با ترکیب SSS (تقسیم‌بندی اشتراکی راز شامیر) کلیدها را تقسیم و ذخیره کرد تا جلوگیری از نشتی تک‌نقطه‌ای شود. ثانیاً، در فرآیند انتقال داده، باید از پروتکل TLS 1.3 برای رمزگذاری انتقال داده بین سیستم‌های SCADA و ترمینال‌های هوشمند استفاده شود و از ECC (رمزگذاری منحنی بیضوی) برای بهبود کارایی رمزگذاری و کاهش مصرف منابع محاسباتی استفاده شود.

در نهایت، برای تضمین تمامیت داده، باید از تابع هش SHA-512 برای تولید مقادیر هش استفاده شود و با ترکیب HMAC برای تأیید داده‌ها، جلوگیری از حملات تغییر دادن اطلاعات شود. برای امنیت ذخیره‌سازی داده، می‌توان از تکنولوژی ذخیره‌سازی لاگ‌های غیرقابل تغییر مبتنی بر بلاکچین استفاده کرد و با استفاده از قراردادهای هوشمند (Smart Contracts) کنترل دسترسی را به طور خودکار اجرا کرد و اعتبار داده‌ها را افزایش داد. در مورد پشتیبان‌گیری داده، باید از استراتژی 3-2-1 استفاده شود: ذخیره حداقل سه نسخه از داده‌ها، روی دو نوع رسانه مختلف، با یک نسخه در مرکز بازیابی بلایای طبیعی خارج از محل، تا توانایی بازیابی داده‌ها افزایش یابد و تضمین شود که سیستم برق بتواند پس از مورد حمله قرار گرفتن به سرعت به وضعیت عادی بازگردد.

2.4 نظارت امنیتی و تشخیص نفوذ

نظارت امنیتی و تشخیص نفوذ جزء مؤلفه‌های کلیدی سیستم دفاعی سیستم‌های نظارت بر توان هستند که با تحلیل ترافیک شبکه و لاگ‌های سیستم به طور زنده، رفتارهای حمله خلافکارانه را شناسایی و امنیت شبکه را افزایش می‌دهند.

ابتدا، در سطح شبکه، باید یک سیستم تشخیص نفوذ (IDS) مبتنی بر تحلیل عمیق بسته (DPI) نصب شود و با مدل‌های تحلیل ترافیک غیرعادی (مانند خوشه‌بندی K-Means یا شبکه‌های عصبی LSTM) ترکیب شود تا حملات مانند DDoS و مسمومیت داده را تشخیص دهد و نرخ خطای مثبت زیر 5٪ کنترل شود.

ثانیاً، در سطح نظارت امنیتی میزبان، باید از یک سیستم تشخیص و پاسخ انتهایی (EDR) مبتنی بر تحلیل رفتار استفاده شود و با استفاده از تحلیل رفتار کاربر و موجودیت (UEBA) الگوهای رفتاری کاربر و دستگاه را تحلیل کند و ورود غیرقانونی، سوءاستفاده از مجوزها و نصب بدافزارها را تشخیص دهد.

در نهایت، برای سیستم‌های SCADA، می‌توان از تکنولوژی تشخیص ناهماهنگی پروتکل صنعتی استفاده کرد و با استفاده از ماشین‌های حالت محدود (FSM) قانونی بودن دستورات پروتکل‌های مانند Modbus و IEC 104 را تحلیل کند و جلوگیری از حملات سوءاستفاده از پروتکل کند. در مورد گزارش‌گیری و تحلیل همبستگی لاگ، باید از یک سیستم مدیریت اطلاعات و رویدادهای امنیتی (SIEM) استفاده شود تا داده‌های لاگ را جمع‌آوری و با استفاده از معماری ELK به طور زنده تحلیل کند و توانایی بصری سازی امنیتی را افزایش دهد.

2.5 پاسخ‌گیری اضطراری و مدیریت حوادث امنیتی

پاسخ‌گیری اضطراری و مدیریت حوادث امنیتی سیستم‌های نظارت بر توان باید شامل شناسایی تهدید، رسیدگی به حوادث، تحلیل قابلیت ردیابی و مکانیزم‌های بازیابی باشد تا تأثیر حوادث امنیتی بر عملیات سیستم برق کاهش یابد. ابتدا، در مرحله شناسایی تهدید، بر اساس یک پلتفرم SOAR، باید رویدادهای هشدار به طور خودکار تحلیل شود و انواع حمله با ترکیب اطلاعات تهدید ارزیابی شود تا دقت طبقه‌بندی رویدادها افزایش یابد.

ثانیاً، در مرحله رسیدگی به حوادث، باید از یک مکانیزم پاسخ‌گیری لایه‌ای استفاده شود، حوادث امنیتی را به سطوح I تا IV تقسیم کند و بر اساس سطح حادثه، اقدامات مربوطه مانند جدا کردن ترمینال‌های آلوده، مسدود کردن آدرس‌های IP خلافکار یا تغییر به مرکز کنترل پشتیبان انجام شود. برای تهدیدهای پیشرفته و پایدار (APT)، می‌توان از یک استراتژی دفاع فعال مبتنی بر شکار تهدید استفاده کرد و با استفاده از قوانین YARA، دیوارهای پشتیبانی پنهان را تشخیص داد و نرخ تشخیص حملات را افزایش داد. در نهایت، در مرحله تحلیل قابلیت ردیابی، با بازگشت به رویداد و تحلیل پس‌ازوقت، با ترکیب نمودار حمله Cyber Kill Chain، مسیر حمله را بازسازی کرده و تاکتیک‌ها، تکنیک‌ها و روش‌های (TTPs) مهاجم را شناسایی کند و پایه‌ای برای تقویت امنیت بعدی فراهم کند.

3. کاربرد فناوری‌های کلیدی امنیت اطلاعاتی

3.1 راه‌حل ردیابی داده‌های برق مبتنی بر بلاکچین

تکنولوژی بلاکچین با ویژگی‌های غیرمرکزی، غیرقابل تغییر و قابلیت ردیابی، یک راه‌حل ردیابی داده‌های بسیار معتبر برای سیستم‌های نظارت بر توان فراهم می‌کند. در مدیریت داده‌های برق، تمامیت و اعتبار داده‌ها مسائل کلیدی هستند. پایگاه‌های داده مرکزی سنتی خطرات تک‌نقطه‌ای شکست و تغییر داده را دارند. بلاکچین از تکنولوژی کتاب‌خانه پراکنده برای تضمین امنیت ذخیره‌سازی داده استفاده می‌کند.

ابتدا، در لایه ذخیره‌سازی داده، از زنجیره‌های هش برای رمزگذاری و ذخیره داده‌های نظارت بر توان استفاده می‌شود و هر داده یک مقدار هش منحصر به فرد تولید می‌کند که به بلوک قبلی پیوند دارد و تمامیت زمانی و غیرقابل تغییر بودن داده را تضمین می‌کند. ثانیاً، در لایه به اشتراک‌گذاری داده، از معماری زنجیره ائتلافی استفاده می‌شود و مراکز تنظیم شبکه، زیرستانیون‌ها و سازمان‌های نظارتی به عنوان گره‌های ائتلافی تعیین می‌شوند و با استفاده از مکانیزم‌های توافقی تحمل خطا بیزانتین (BFT) اعتبار داده‌ها را تأیید می‌کنند و تضمین می‌شود که داده‌ها فقط توسط گره‌های مجاز تغییر کنند و امنیت داده را افزایش می‌دهند.

در نهایت، در مورد کنترل دسترسی داده، با ترکیب مکانیزم مدیریت مجوز مبتنی بر قراردادهای هوشمند، قوانین دسترسی تعریف می‌شود تا مطمئن شود که مجوزهای دسترسی کاربران توسط سیاست‌ها محدود شده و دسترسی‌های غیرمجاز جلوگیری شود. به عنوان مثال، با نصب قراردادهای هوشمند از طریق چارچوب Hyperledger Fabric، کارکنان عملیات و نگهداری محدود به کوئری وضعیت عملیاتی تجهیزات هستند، در حالی که سازمان‌های نظارتی می‌توانند به داده‌های تاریخی کامل دسترسی داشته باشند و اطمینان از حریم خصوصی و رعایت مقررات فراهم شود.

3.2 حفاظت امنیت اطلاعاتی سیستم‌های برق در محیط‌های 5G و محاسبات لبه‌ای

کاربرد یکپارچه 5G و محاسبات لبه‌ای در سیستم‌های نظارت بر توان کارایی پردازش داده و توانایی پاسخ زنده را افزایش می‌دهد اما چالش‌های امنیت اطلاعاتی جدیدی را نیز معرفی می‌کند. ابتدا، در مورد امنیت ارتباطات، از آنجا که شبکه‌های 5G از معماری برش شبکه استفاده می‌کنند، باید سیاست‌های امنیتی مستقل برای ترافیک خدمات مختلف پیکربندی شود تا جلوگیری از حملات میان برش‌ها شود.

باید از تکنولوژی رمزگذاری از طرف به طرف (E2EE) استفاده شود و با الگوریتم امضای دیجیتال منحنی بیضوی (ECDSA) ترکیب شود تا تضمین شود که داده‌های تنظیم برق در حین انتقال تغییر یا دزدیده نشود. ثانیاً، در مورد امنیت محاسبات لبه‌ای، باید از محیط اجرای معتبر (TEE) مانند Intel SGX یا ARM TrustZone استفاده شود تا گره‌های لبه‌ای را به طور امن جداسازی کرده و جلوگیری از ورود کد خلافکار به منطق کنترلی مهم کند.

باید از مکانیزم احراز هویت متمرکز نشده (DID) استفاده ش