Sigurnost informacija u sustavima nadzora snage Tehnologije i primjene

Sustavi za nadzor snage obavljaju ključne zadatke u stvarnom vremenu, dijagnostiku grešaka i optimizaciju operacija. Njihova sigurnost izravno utječe na stabilnost i pouzdanost sustava snage. S dubljenjem primjene tehnologija poput cloud computinga, interneta stvari (IoT) i big data u elektroenergetskom sektoru, informacijski sigurnosni rizici za sustave nadzora snage postepeno porastu.

Ti sustavi suočeni su s mnogozičnim izazovima, uključujući napredne trajne prijetnje (APT), napade odbijanja usluge (DoS) i infekcije zlonamjernim softverom. Tradicionalne sigurnosne arhitekture oslanjaju se na jednoslojne strategije obrane, koje su teško efikasno suprotstavljaju složenim metodama napada. Potrebno je usvojiti arhitekturu dubinske obrane i jačati sposobnosti sustava za odbranu protiv napada kroz višeslojne sigurnosne mehanizme.

1. Sastav i funkcije sustava za nadzor snage

Sustav za nadzor snage je kompleksna platforma za automatiziranu upravljanje snage, glavno namijenjena za stvarnovidni nadzor, kontrolu i optimizaciju radnog stanja sustava snage. Sustav obično sastoji se od centra nadzora, uređaja za prikupljanje i prijenos podataka, pametnih terminala, komunikacijskih mreža i aplikacijskog softvera. Centar nadzora, kao centralni hub, odgovoran je za obradu ogromnih količina podataka o snazi, analizu radnog stanja i izvršavanje naredbi za kontrolu.

Uređaji za prikupljanje podataka, poput udaljenih terminalnih jedinica (RTU) i pametnih elektroničkih uređaja (IED-Business), dobivaju ključne parametre poput struje, napona i frekvencije putem senzora i komunikacijskih sučelja, i prenose podatke na glavni kontrolni sustav. Komunikacijske mreže obično koriste protokole poput IEC 61850, DNP3 i Modbus kako bi osigurali učinkovitost i pouzdanost prijenosa podataka.

Aplikacijski softver uključuje funkcije poput upravljanja rasporedom, prognoze opterećenja, procjene stanja i dijagnostike grešaka, podržavaju optimizaciju operacija mreže i rano upozorenje o nepravilnim stanjima. Moderni sustavi za nadzor snage široko su usvojili tehnologije cloud computinga, edge computinga i umjetne inteligencije (AI) kako bi unaprijedili sposobnosti obrade podataka i učinkovitost donošenja odluka. Sustav uključuje raspoređivanje snage, kontrolu opreme i analizu podataka, a njegova sigurnost izravno se odnosi na stabilnost mreže i nacionalnu energetska sigurnost.

2. Sigurnosni sustav zaštite informacija sustava za nadzor snage

2.1 Strategija zaštite mrežne sigurnosti

Strategija zaštite mrežne sigurnosti za sustave nadzora snage treba izgraditi sustav dubinske obrane na više razina, uključujući fizičku izolaciju, sigurnost protokola, nadzor prometa i aktivnu obranu, kako bi se efikasno suzbijali rizici od zlonamjernih napada i krađe podataka. Prvo, u pogledu mrežne arhitekture sustava nadzora snage, trebala bi se usvojiti strategija zoniranja mreže kako bi se fizički ili logički izolirale kontrolna mreža, upravna mreža i poslovna mreža kako bi se smanjila površina napada, a trebala bi se koristiti tehnologija jednosmjernog toka podataka kako bi se osiguralo da se ključne kontrolne signale ne mogu mijenjati.

Drugo, u pogledu sigurnosti komunikacijskih protokola, trebala bi se koristiti tehnologija šifriranih tunela (poput TLS 1.3) kako bi se zaštitila sigurnost prijenosa podataka ključnih protokola poput IEC 61850 i DNP3, a trebalo bi se uvesti MACsec (IEEE 802.1AE) kako bi se pružilo šifriranje na sloju veza, spriječavajući napade čovjek u sredini i krađu podataka. U pogledu nadzora prometa, trebao bi se implementirati sustav detekcije nepravilnog prometa temeljen na AI (AI-IDS), koristeći algoritme dubinskog učenja za analizu karakteristika paketa i detekciju nepravilnog ponašanja, poboljšavajući točnost detekcije na više od 99%.

U isto vrijeme, kombinirano s DDoS zaštitnim sustavom, kroz ograničavanje brzine i mehanizme automatskog prebacivanja, može se smanjiti utjecaj napada prometom na centrale raspoređivanja snage. Konačno, u pogledu aktivne obrane, može se usvojiti Arhitektura bez povjerenja (ZTA) kako bi se kontinuirano autentificirao i kontrolirao pristup svakom prometu, spriječavajući širenje unutarnjih prijetnji, time jačajući mrežnu sigurnost sustava nadzora snage.

2.2 Autentifikacija identiteta i kontrola pristupa

Sustav autentifikacije identiteta i kontrole pristupa za sustave nadzora snage mora osigurati legitimnost korisnika, uređaja i aplikacija, spriječavajući neovlašteni pristup i zloupotrebu ovlasti. S jedne strane, u pogledu autentifikacije identiteta, trebala bi se usvojiti mehanizam autentifikacije digitalnim certifikatom temeljen na javnoj ključnoj infrastrukturi (PKI), dodjeljujući jedinstvene identifikatore identiteta osoblju za održavanje, komponentama SCADA sustava i pametnim terminal uređajima.

Kroz dvofaktorsku autentifikaciju (2FA), jednokratne lozinke (OTP) i tehnologije biometrijske identifikacije (poput prepoznavanja otiska prsta ili zgode), može se unaprijediti sigurnost provjere identiteta. U scenarijima udaljenog pristupa, može se usvojiti FIDO2 protokol kako bi se podržala autentifikacija bez lozinke, smanjujući rizik od krađe akreditiva. S druge strane, u pogledu kontrole pristupa, trebala bi se implementirati kombinirana mehanizma Role-Based Access Control (RBAC) i Attribute-Based Access Control (ABAC) kako bi se osiguralo da korisnička dozvole strogo odgovaraju njihovim odgovornostima, spriječavajući neovlašteni pristup.

Na primjer, osoblje za održavanje podstanice može pristupiti samo određenim uređajima, dok su raspoređivači ograničeni na nadzor podataka i emitiranje naredbi. Za daljnju finoću strategija pristupa, mogu se usvojiti mehanizmi dinamičke prilagodbe dozvola, prilagođavajući dozvole pristupa u stvarnom vremenu na temelju uzoraka ponašanja korisnika i varijabli okruženja (poput geografske lokacije, tipa uređaja itd.). Trebao bi se koristiti sustav revizije zapisnika pristupa (SIEM) kako bi se bilježile sve zahtjeve za pristup i kombinirale tehničke mašinskog učenja kako bi se analiziralo nepravilno ponašanje pristupa, poboljšavajući sposobnost detekcije unutarnjih sigurnosnih prijetnji, osiguravajući sigurno i stabilno funkcioniranje sustava nadzora snage.

2.3 Sigurnost podataka i tehnologije šifriranja

Sigurnost podataka u sustavima nadzora snage uključuje faze pohrane, prijenosa, obrade i sigurnosne kopije. Moraju se usvojiti visoko-jake algoritme šifriranja i mehanizmi kontrole pristupa kako bi se osigurala tajnost, integritet i dostupnost podataka.

Prvo, u fazi pohrane podataka, trebala bi se koristiti AES-256 za šifriranje osjetljivih podataka u mirovanju, a kombinirati sa Shamir's Secret Sharing (SSS) za dijeljenje i pohranu ključeva, spriječavajući jednotočkovni propust. Drugo, u procesu prijenosa podataka, trebao bi se koristiti protokol TLS 1.3 za end-to-end šifriranje komunikacije između SCADA sustava i pametnih terminala, a trebala bi se usvojiti Eliptička krivulja kriptografija (ECC) kako bi se poboljšala učinkovitost šifriranja i smanjila potrošnja računalnih resursa.

Konačno, kako bi se osigurala integritet podataka, trebala bi se koristiti hash funkcija SHA-512 za generiranje hash vrijednosti, a kombinirati sa HMAC za provjeru podataka kako bi se spriječili napadi preuređivanja. Za sigurnost pohrane podataka, može se primijeniti tehnologija nemutabilne pohrane dnevnika temeljena na blockchainu, koristeći pametne ugovore za automatsko provedbu kontrole pristupa i poboljšanje pouzdanosti podataka. U pogledu sigurnosne kopije, trebala bi se usvojiti 3-2-1 strategija: pohranjivanje najmanje tri kopije podataka, na dva različita medija, s jednom kopijom pohranjenom u vanjskom centru za oporavak, kako bi se poboljšale sposobnosti oporavka podataka i osiguralo da se sustav snage može brzo vratiti u normalno funkcioniranje nakon što je izazvan napadom.

2.4 Nadzor sigurnosti i detekcija napada

Nadzor sigurnosti i detekcija napada su ključne komponente sustava obrane sustava nadzora snage, prepoznajući zlonamjerne ponašanje napada analizirajući promet mreže i zapisnike sustava u stvarnom vremenu, poboljšavajući sigurnost mreže.

Prvo, na mrežnom nivou, trebao bi se implementirati sustav detekcije napada (IDS) temeljen na dubinskoj inspekciji paketa (DPI), kombinirano s modelima analize anomalija prometa (poput K-Means klasteriranja ili LSTM rekurentnih neuronskih mreža), kako bi se detektirali napadi poput DDoS i otravljivanja podataka, kontrolirajući stopu lažno pozitivnih ispod 5%.

Drugo, na nivou nadzora sigurnosti hosta, trebao bi se usvojiti sustav detekcije i reakcije na krajnjim točkama (EDR) temeljen na analizi ponašanja, koristeći User and Entity Behavior Analytics (UEBA) za analizu uzoraka ponašanja korisnika i uređaja, detektirajući nepravilne prijave, zloupotrebu ovlasti i implantiranje zlonamjernog softvera. 

Konačno, za SCADA sustave, može se uvesti tehnologija detekcije anomalija industrijskih protokola, koristeći konačne automate (FSM) za analizu legitimnosti naredbi iz protokola poput Modbusa i IEC 104, spriječavajući napade zloupotrebe protokola. U pogledu revizije zapisnika i korelacijske analize, trebao bi se usvojiti sustav upravljanja sigurnosnim informacijama i događajima (SIEM) kako bi se agregirali podaci zapisnika i vršila stvarnovidna analiza putem ELK arhitekture, poboljšavajući sposobnosti vizualizacije sigurnosti.

2.5 Hitna intervencija i upravljanje sigurnosnim incidentima

Hitna intervencija i upravljanje sigurnosnim incidentima za sustave nadzora snage trebaju pokrivati prepoznavanje prijetnji, obrađivanje incidenta, analizu tragivičnosti i mehanizme oporavka kako bi se smanjio utjecaj sigurnosnih incidenata na operacije sustava snage. Prvo, u fazi prepoznavanja prijetnji, na temelju SOAR platforme, trebali bi se automatski analizirati alarmni događaji, a vrste napada ocijeniti kombinirajući intelektualne informacije o prijetnjama, poboljšavajući točnost klasifikacije događaja.

Drugo, u fazi obrađivanja incidenta, trebala bi se usvojiti mehanizam hijerarhijske reakcije, klasificirajući sigurnosne incidente u nivo I do IV, i poduzimajući odgovarajuće mjere prema nivou incidenta, poput izolacije zarazačkih terminala, blokiranja zlonamjernih IP adresa ili prebacivanja na rezervni kontrolni centar. Za naprede trajne prijetnje (APT), može se usvojiti strategija aktivne obrane temeljena na lovima za prijetnjama, koristeći YARA pravila za detekciju skrivenih backdoor-a i poboljšanje stopa detekcije napada. Konačno, u fazi analize tragivičnosti, kroz retrospektivu događaja i forenzičku analizu, kombinirano s grafom napada Cyber Kill Chain, trebala bi se rekonstruirati putanja napada, identificirajući taktike, tehnike i procedure (TTP) napadača, pružajući temelj za kasniju pojačanu sigurnost.

3. Primjena ključnih tehnologija informacijske sigurnosti

3.1 Rješenje praćenja podataka snage temeljeno na blockchainu

Tehnologija blockchaina, s svojim karakteristikama decentralizacije, nemutabilnosti i praćenja, pruža visoko pouzdano rješenje praćenja podataka za sustave nadzora snage. U upravljanju podacima snage, integritet i pouzdanost podataka su ključni problemi. Tradicionalni centralizirani baze podataka imaju rizike pojedinačnih točk propusta i preuređivanja. Blockchain koristi distribuiranu knjigu dnevnika kako bi osigurao sigurnost pohrane podataka.

Prvo, na sloju pohrane podataka, koriste se hash lančani za šifriranje i pohranu podataka nadzora snage, gdje svaki podatak generira jedinstvenu hash vrijednost vezanu na prethodni blok, osiguravajući vremensku konzistentnost i nemutabilnost podataka. Drugo, na sloju dijeljenja podataka, koristi se arhitektura kooperativnog lanca, postavljajući centrale raspoređivanja, podstanice i nadležne institucije kao čvorove kooperativnog lanca, verificirajući autentičnost podataka kroz mehanizme konsenzusa tolerancije byzantskih grešaka, osiguravajući da se podaci mogu mijenjati samo od strane autoriziranih čvorova, poboljšavajući sigurnost podataka.

Konačno, u pogledu kontrole pristupa podacima, kombinira se mehanizam upravljanja dozvolama temeljen na pametnim ugovorima, definirajući pravila pristupa kako bi se osiguralo da su korisničke dozvole pristupa ograničene politikama, izbjegavajući neovlašteni poziv podataka. Na primjer, implementiranjem pametnih ugovora putem Hyperledger Fabric okvira, osoblje za održavanje ograničeno je na upit o statusu rada opreme, dok nadležne institucije mogu pristupiti cijelim povijesnim podacima, osiguravajući privatnost i usklađenost podataka.

3.2 Informacijska zaštita sustava snage u okruženjima 5G i edge computinga

Integrirana primjena 5G i edge computinga u sustavima nadzora snage poboljšava učinkovitost obrade podataka i stvarnovremenske sposobnosti odgovora, ali također uvodi nove izazove informacijske sigurnosti. Prvo, u pogledu sigurnosti komunikacije, budući da 5G mreže koriste arhitekturu rezanja mreže, potrebno je konfigurirati nezavisne sigurnosne politike za različite servisne promet kako bi se spriječili napadi preko rezova.

Treba se usvojiti tehnologija end-to-end šifriranja (E2EE), kombinirana s eliptičkim krivuljnim digitalnim potpisnim algoritmom (ECDSA), kako bi se osiguralo da podaci o raspoređivanju snage ne mogu biti preuređeni ili ukrađeni tijekom prijenosa. Drugo, u pogledu sigurnosti edge computinga, trebalo bi se implementirati Okruženje pouzdanog izvođenja (TEE), poput Intel SGX ili ARM TrustZone, kako bi se sigurno izolirale rubne čvorove i spriječili ulazak zlonamjernog koda u ključnu kontrolnu logiku.

Treba se usvojiti decentralizirani mehanizam autentifikacije identiteta (DID), upravljajući dozvole pristupa rubnim uređajima putem decentraliziranih identifikatora (Decentralized Identifier) kako bi se smanjio rizik od krađe akreditiva. Konačno, za problem rubnih čvorova koji su ranjivi na fizičke napade, trebalo bi se usvojiti tehnologija hardverskog korijena povjerenja (RoT) za izvršavanje udaljenih provjera integriteta firmvera uređaja, osiguravajući da uređaji nisu bili zlonamjerno preuređeni.

4. Zaključak

Tehnologije informacijske sigurnosti u sustavima nadzora snage igraju važnu ulogu u osiguravanju stabilnog funkcioniranja mreže i sprečavanju kibernetičkih napada. Izgradnjom višeslojnog sustava zaštite i usvajanjem ključnih tehnologija poput blockchaina, 5G, edge computinga i algoritama šifriranja, može se efikasno poboljšati sigurnost podataka, sposobnosti obrane mreže i točnost kontrole pristupa.

Kombinirano s inteligentnim nadzorom i mehanizmima hitne intervencije, može se postići stvarnovremeno detektiranje prijetnji i brzo obrađivanje, smanjujući sigurnosne rizike. S razvojem digitalizacije i inteligencije mreže, tehnologije informacijske sigurnosti će se nastaviti evoluirati kako bi se suočile s sve složenijim metodama kibernetičkih napada, osiguravajući da sustavi nadzora snage duže vrijeme funkcioniraju sigurno, stabilno i učinkovito.