Datu drošība enerģijas monitorēšanas sistēmās: Tehnoloģijas un lietojums

Elektroenerģijas uzraudzības sistēmas veic galvenās uzdevumus, piemēram, tīkla reāllaika monitoringu, kļūdu diagnosticēšanu un darbības optimizāciju. Tās drošība tieši ietekmē elektrotīklu stabilitāti un uzticamību. Ar māko tehnoloģiju, interneta lietu (IoT) un lielu datu daudzumu pievienošanos enerģētikas nozarē, informācijas drošības riski elektroenerģijas uzraudzības sistēmām ātri palielinās.

Šīm sistēmām jāsaskaras ar vairākiem izaicinājumiem, tostarp sarežģītu ilggadējo draudus (APT), neaizliegto pakalpojumu (DoS) uzbrukumus un kaitīgo programmatūru infekcijas. Tradicionālās drošības arhitektūras balstās uz vienas slāņa aizsardzības stratēģijām, kas ir grūti efektīvi pretstatīties sarežģītām uzbrukuma metožu. Ir nepieciešams izmantot dziļāku aizsardzības arhitektūru un pastiprināt sistēmas uzbrukumu novēršanas spējas, izmantojot daudzslāņu drošības mehānismus.

1. Elektroenerģijas uzraudzības sistēmu sastāvs un funkcijas

Elektroenerģijas uzraudzības sistēma ir visaptveroša elektroenerģijas automatizācijas pārvaldības platforma, kas galvenokārt tiek izmantota elektrotīklu reāllaika monitoringe, kontrolei un darbības optimizācijai. Sistēma parasti sastāv no monitoringu centra, datu iegūšanas un pārraides ierīčiem, intelektuālajām terminālēm, komunikācijas tīkliem un lietojumprogrammām. Monitoringu centrs, kā centrālais nodals, ir atbildīgs par masveida elektroenerģijas datu apstrādi, operatīvā stāvokļa analīzi un kontrolkomandu izpildi.

Datu iegūšanas ierīces, piemēram, attālinātie termināli (RTU) un intelektuālas elektroniskās ierīces (IED-Business), iegūst galvenos parametrus, piemēram, strāvu, spriegumu un frekvenci, izmantojot sensorus un komunikācijas saskarus, un pārraida datus galvenajā kontrolējošajā sistēmā. Komunikācijas tīkli parasti izmanto protokolus, piemēram, IEC 61850, DNP3 un Modbus, lai nodrošinātu datu pārraides efektivitāti un uzticamību.

Lietojumprogrammas ietver funkcijas, piemēram, dispeču pārvaldību, slodzes prognozēšanu, stāvokļa novērtēšanu un kļūdu diagnosticēšanu, atbalstot tīkla darbības optimizāciju un neregulāru stāvokļu agrīnu brīdinājumu. Modernās elektroenerģijas uzraudzības sistēmas plaši ir pieņēmušas māko tehnoloģijas, malas aprēķinus un mākslīgo intelektu (AI), lai uzlabotu datu apstrādes spējas un lēmumu pieņemšanas efektivitāti. Sistēma ietver elektroenerģijas dispeču, ierīču kontrolēšanu un datu analīzi, un tās drošība tieši saistīta ar tīkla stabilitāti un valsts enerģijas drošību.

2. Elektroenerģijas uzraudzības sistēmu informācijas drošības aizsardzības sistēma

2.1 Tīkla drošības aizsardzības stratēģija

Elektroenerģijas uzraudzības sistēmu tīkla drošības aizsardzības stratēģijai jāveido dziļāka aizsardzības sistēma no vairākiem līmeņiem, ieskaitot fiziisko atdalīšanu, protokolu drošību, trafika monitoringu un aktīvo aizsardzību, lai efektīvi risinātu slikto gribu uzbrukumu un datu zādzības riskus. Pirmkārt, attiecībā uz elektroenerģijas uzraudzības sistēmu tīkla arhitektūru, jāpieņem tīkla zonēšanas stratēģija, lai fiziiski vai loģiski atdalītu kontrolējošo tīklu, pārvaldības tīklu un biroja tīklu, lai samazinātu uzbrukuma virsmu, un jāizmanto vienvirziena datu plūsmas tehnoloģija, lai nodrošinātu, ka galvenās kontrolkomandas nevar mainīt.

Otrkārt, attiecībā uz komunikācijas protokolu drošību, jāizmanto šifrētas tunelēšanas tehnoloģijas (piemēram, TLS 1.3), lai aizsargātu kritisku protokolu, piemēram, IEC 61850 un DNP3, datu pārraides drošību, un jāievieš MACsec (IEEE 802.1AE), lai sniegtu saites slāņa šifrēšanu, novēršot starplaucēju uzbrukumus un datu apgabalošanu. Trafika monitorings, jāievada AI pamatīts anomalās trafika detektora sistēma (AI-IDS), izmantojot dziļās mācīšanās algoritmus, lai analizētu paketes raksturlielus un noteiktu anomalās rīcības, uzlabojot noteikšanas precizitāti līdz 99% pāri.

Papildus, kombinējot ar DDoS aizsardzības sistēmu, caur tempa ierobežošanu un automātisku failover mehānismiem, var samazināt trafika uzbrukumu ietekmi uz elektroenerģijas dispeču centriem. Visbeidzot, attiecībā uz aktīvo aizsardzību, var pieņemt Null Trust Arhitektūru (ZTA), lai nepārtraukti autentificētu un kontrolētu pieeju visiem plūsmām, novēršot iekšējo draudu izplatīšanos, tādējādi palielinot elektroenerģijas uzraudzības sistēmu tīkla drošību.

2.2 Identitātes autentifikācija un pieejas kontrole

Elektroenerģijas uzraudzības sistēmu identitātes autentifikācijas un pieejas kontroles sistēmai jānodrošina lietotāju, ierīču un lietojumprogrammu likumība, novēršot neatļautu pieeju un privilēģiju izmantošanu. No vienas puses, attiecībā uz identitātes autentifikāciju, jāpieņem digitālo sertifikātu autentifikācijas mehānisma Public Key Infrastructure (PKI) pamata, piešķirot unikālus identitātes identifikatorus operāciju un uzturēšanas personālam, SCADA sistēmas komponentiem un intelektuālajām terminālēm.

Divfaktoru autentifikācijas (2FA), vienreizējos paroles (OTP) un biomētrisko identifikācijas tehnoloģiju (piemēram, aploda vai akas atpazīšana) izmantošanā, var palielināt identitātes verifikācijas drošību. Attālinātās piekļuves situācijās, FIDO2 protokolu var pieņemt, lai atbalstītu bezparoles autentifikāciju, samazinot akreditāciju zādzības risku. No otras puses, attiecībā uz pieejas kontroli, jāievieš Rolē balstītā pieejas kontrole (RBAC) un Attribūtu balstītā pieejas kontrole (ABAC) kombinētais mehānisms, lai nodrošinātu, ka lietotāju tiesības stingri atbilst to pienākumiem, novēršot neatļautu pieeju.

Piemēram, substaču operāciju un uzturēšanas personāls var piekļūt tikai konkrētām ierīcēm, savukārt dispeči ir ierobežoti tikai datu monitoringu un komandu izsniegšanu. Lai vēl precīzāk pielāgotu pieejas stratēģijas, var pieņemt dinamisku atļauju pielāgošanas mehānismus, pielāgojot pieejas atļaujas reāllaikā, balstoties uz lietotāja rīcības modeļiem un vides mainīgajiem (piemēram, ģeogrāfiskā atrašanās vieta, ierīces tips utt.). Pieejas žurnāla audita sistēmu (SIEM) jāizmanto, lai reģistrētu visas piekļuves pieprasījumus un kombinētu mašīnmācīšanās tehnikas, lai analizētu anomalās piekļuves rīcības, uzlabojot iekšējo drošības draudu noteikšanas spēju, nodrošinot elektroenerģijas uzraudzības sistēmu drošu un stabīgu darbību.

2.3 Datas drošība un šifrēšanas tehnoloģijas

Elektroenerģijas uzraudzības sistēmu datu drošība ietver datu glabāšanu, pārraidi, apstrādi un dubultkopību. Jāpieņem augstspējīgas šifrēšanas algoritmi un pieejas kontroles mehānismi, lai nodrošinātu datu konfidencialitāti, integritāti un pieejamību.

Pirmkārt, datu glabāšanas posmā, jāizmanto AES-256, lai šifrētu jūtīgos datus klusēšanas stāvoklī, un jākombinē Shamir's Secret Sharing (SSS), lai sadalītu un glabātu atslēgas, novēršot vienkāršu nokrišanu. Otrkārt, datu pārraidīšanas procesā, jāizmanto TLS 1.3 protokolu, lai veiktu galapunktu-galapunkta šifrēšanu SCADA sistēmu un intelektuālo terminālu komunikācijai, un jāpieņem Eliptiskās līknes kriptogrāfija (ECC), lai uzlabotu šifrēšanas efektivitāti un samazinātu aprēķināšanas resursu patēriņu.

Visbeidzot, lai nodrošinātu datu integritāti, jāizmanto hāša funkcija SHA-512, lai ģenerētu hāša vērtības, un jākombinē HMAC, lai veiktu datu verifikāciju, novēršot manipulācijas uzbrukumus. Datas glabāšanas drošībai, var pieņemt nemainīgu žurnālu glabāšanas tehnoloģiju, balstoties uz blokķēdes, izmantojot smart kontraktus, lai automātiski ieviestu pieejas kontroli un uzlabotu datu uzticamību. Datas dubultkopības, jāpieņem 3-2-1 stratēģija: glabot vismaz trīs datu kopijas, divos dažādos nosaukumos, ar vienu kopiju glabātu ārpus vietējā katastrofu atjaunošanas centra, lai uzlabotu datu atjaunošanas spējas un nodrošinātu, ka elektrotīkls var ātri atgriezties normālā darbībā pēc uzbrukuma.

2.4 Drošības monitoring un iebrukumu detektors

Drošības monitoring un iebrukumu detektors ir galvenie elektroenerģijas uzraudzības sistēmas aizsardzības sistēmas komponenti, noteikot slikto gribu uzbrukumu rīcību, analizējot tīkla trafiku un sistēmas žurnālus reāllaikā, uzlabojot tīkla drošību.

Pirmkārt, tīkla līmenī, jāievada iebrukumu detektora sistēma (IDS), balstoties uz Deep Packet Inspection (DPI), kombinējot ar trafika anomaliju analīzes modeļiem (piemēram, K-Means clustering vai LSTM rekurentiešu neironu tīkli), lai noteiktu uzbrukumus, piemēram, DDoS un datu vergošanu, kontrolējot nepareizo pozitīvo rādītāju zem 5%.

Otrkārt, hosta drošības monitoring līmenī, jāpieņem Endpoint Detection and Response (EDR) sistēma, balstoties uz rīcības analīzi, izmantojot User and Entity Behavior Analytics (UEBA), lai analizētu lietotāju un ierīču rīcības modelus, noteiktu anomalās pieslēgšanās, privilēģiju izmantošanu un kaitīgo programmatūras iestatīšanu. 

Visbeidzot, SCADA sistēmām, var ieviest rūpnieciskā protokola anomaliju detektora tehnoloģiju, izmantojot Finite State Machines (FSM), lai analizētu protokolu, piemēram, Modbus un IEC 104, komandu likumību, novēršot protokolu izmantošanas uzbrukumus. Žurnāla audita un korrelācijas analīzei, jāpieņem Security Information and Event Management (SIEM) sistēma, lai agregētu žurnāla datus un veiktu reāllaika analīzi, izmantojot ELK arhitektūru, uzlabojot drošības vizualizācijas spējas.

2.5 Neskaidrību reaģēšana un drošības incidentu pārvaldība

Neskaidrību reaģēšana un drošības incidentu pārvaldība elektroenerģijas uzraudzības sistēmām jāaptver draudu noteikšanu, incidentu apstrādi, izsekojamības analīzi un atjaunošanas mehānismus, lai samazinātu drošības incidentu ietekmi uz elektrotīkla darbību. Pirmkārt, draudu noteikšanas posmā, balstoties uz SOAR platformu, jāanalizē automātiski brīdinājumu notikumi, un jānovērtē uzbrukumu tipus, kombinējot drauda inteliģenci, uzlabojot notikumu klasifikācijas precizitāti.

Otrkārt, incidentu apstrādes posmā, jāpieņem līmeņu reaģēšanas mehānisms, sadalot drošības incidentus līmeņos I līdz IV, un atbilstošas rīcības, piemēram, inficēto terminālu izolācija, slikto IP adresu bloķēšana vai pārslēgšanās uz rezervēto kontrolcentru. Attiecībā uz sarežģītiem ilggadējiem draudiem (APT), var pieņemt aktīvo aizsardzības stratēģiju, balstoties uz drauda meklēšanu, izmantojot YARA noteikumus, lai noteiktu paslēptās aizdeves un uzlabotu uzbrukumu noteikšanas rādītājus. Visbeidzot, izsekojamības analīzes posmā, caur notikumu retrospektīvu un forensisko analīzi, kombinējot ar Cyber Kill Chain uzbrukuma diagrammu, jāatkārto uzbrukuma ceļš, noteikot uzbrukuma taktikas, tehnikas un procedūras (TTP), nodrošinot pamatu turpmākai drošības stiprināšanai.

3. Galveno informācijas drošības tehnoloģiju pielietojums

3.1 Blokķēde balstīta elektroenerģijas datu izsekojamības risinājums

Blokķēdes tehnoloģija, ar tās decentralizācijas, nemainības un izsekojamības raksturojumiem, nodrošina augstu uzticamības datu izsekojamības risinājumu elektroenerģijas uzraudzības sistēmām. Elektroenerģijas datu pārvaldībā, dati integritāte un uzticamība ir galvenie jautājumi. Parastie centralizētie datubāzes ir viena punkta kļūdas un manipulācijas riski. Blokķēde izmanto sadalīto grāmatvedības tehnoloģiju, lai nodrošinātu datu glabāšanas drošību.

Pirmkārt, datu glabāšanas slānī, jāizmanto hāša virknes, lai šifrētu un glabātu elektroenerģijas uzraudzības datus, katrs datu gabals ģenerē unikālu hāša vērtību, kas saistīts ar iepriekšējo bloku, nodrošinot datu laika sakarību un nemainību. Otrkārt, datu dalīšanas slānī, jāpieņem konsorcija virknes arhitektūra, iestatot tīkla dispeču centrus, substaču un regulējošās institūcijas kā konsorcija mezgli, verificējot datus autenticitāti, izmantojot Byzantine Fault Tolerance konsensa mehānismus, nodrošinot, ka datus var mainīt tikai autorizēti mezgli, uzlabojot datu drošību.

Visbeidzot, datu piekļuves kontroles, jākombinē atļauju pārvaldības mehānisms, balstoties uz smart kontraktiem, definējot piekļuves noteikumus, lai nodrošinātu, ka lietotāju piekļuves atļaujas ir ierobežotas politikām, izvairot neatļautu datu izsaukšanu. Piemēram, izmantojot Hyperledger Fabric framework, lai izvietotu smart kontraktus, operāciju un uzturēšanas personālam ir ierobežota iespēja izmeklēt ierīču darbības stāvokli, savukārt regulējošām institūcijām ir piekļuve pilnai vēsturiskai datu bāzei, nodrošinot datu privātumu un saskanību.

3.2 Informācijas drošības aizsardzība 5G un malas aprēķināšanas vides elektrotīklos

5G un malas aprēķināšanas integrēta pieeja elektroenerģijas uzraudzības sistēmās, uzlabo datu apstrādes efektivitāti un reāllaika atbildes spējas, taču arī ievieš jaunas informācijas drošības izaicinājumus. Pirmkārt, attiecībā uz komunikācijas drošību, jo 5G tīkli izmanto tīkla segmentēšanas arhitektūru, dažādam servisa satiksmēm jākonfigurē neatkarīgas drošības politikas, lai novērstu segmentēšanas uzbrukumus.

Jāpieņem end-to-end šifrēšanas (E2EE) tehnoloģija, kombinējot ar Eliptiskās līknes digitālo parakstu algoritmu (ECDSA), lai nodrošinātu, ka elektroenerģijas dispeču dati nav manipulēti vai zādzīti pārraidē. Otrkārt, attiecībā uz malas aprēķināšanas drošību, jāievada Uzticības Izpildes Vides (TEE), piemēram, Intel SGX vai ARM TrustZone, lai droši atdalītu malas mezglus un novērstu slikto kodu ieplūšanu galvenajā kontroles loģikā.

Jāpieņem decentralizēta identitātes autentifikācijas (DID) mehānisms, pārvaldot malas ierīču piekļuves atļaujas, izmantojot decentralizētus identifikatorus (Decentralized Identifier), lai samazinātu akreditāciju zādzības risku. Visbeidzot, attiecībā uz malas aprēķināšanas mezglu, kas ir nestabils pret fiziskiem uzbrukumiem, jāpieņem Hardware Root of Trust (RoT) tehnoloģija, lai veiktu attālinātu integritātes pārbaudi ierīču firmvāres, nodrošinot, ka ierīces nav tikt manipulētas.

4. Secinājumi

Informācijas drošības tehnoloģijas elektroenerģijas uzraudzības sistēmās spēlē svarīgu lomu, nodrošinot stabila tīkla darbību un novēršot ciberaugumu. Veidojot daudzslāņu drošības aizsardzības sistēmu un pieņemot galvenās tehnoloģijas, piemēram, blokķēdes, 5G, malas aprēķināšanu un šifrēšanas algoritmus, var efektīvi uzlabot datu drošību, tīkla aizsardzības spējas un pieejas kontroles precizitāti.

Kombinējot ar intelektuālo monitoringu un neapzinātu reaģēšanas mehānismiem, var sasniegt reāllaika draudu noteikšanu un ātru apstrādi, samazinot drošības riskus. Ar tīkla digitalizācijas un intelektualizācijas attīstību, informācijas drošības tehnoloģijas turpinās evolucionēt, lai risinātu arvien sarežģītākus ciberaugumu metodes, nodrošinot, ka elektroenerģijas uzraudzības sistēmas droši, stabīgi un efektīvi darbojas ilgtermiņā.