新時代電力系統網絡安全體系的研究

徐 菁

（國網江西省電力有限公司上饒供電分公司，江西 上饒 334000）

1 新時代電力系統對網絡安全體系的要求

新時代電力系統要求建立強大的網絡安全防護體系，以預防黑客攻擊、數據篡改和信息泄露等風險。網絡安全防護體系應不斷完善網絡安全策略、安全設備和安全操作規范，確保電力系統的關鍵信息和系統功能不受損害。電力系統需要建立實時監測和響應機制，及時發現和應對網絡安全事件，利用先進的監測技術和安全分析工具，持續監測和分析電力系統，識別潛在的安全漏洞和威脅[1]。建立緊急響應機制和危機管理預案，快速應對和恢復網絡安全事件，最大限度地減少損失，并不斷加強網絡安全培訓，提升從業人員和用戶的網絡安全意識。

2 電力系統網絡安全存在的主要風險

2.1 物理安全面臨的風險

電力系統的關鍵設施和設備可能會受到惡意破壞或物理入侵的威脅。外來人員會試圖通過破壞變電站、發電廠或輸電線路造成供電中斷或系統故障。物理入侵行為可能導致未經授權的人員進入關鍵設施，從而獲得對電力系統的直接訪問和控制權。同時，內部威脅和員工失職會導致系統被入侵或數據被竊取、未正確鎖定設備、未及時發現異常行為等。地震、洪水、臺風等自然災害會給電力系統的設備和基礎設施造成嚴重破壞，導致供電中斷或系統崩潰。自然災害往往難以預測和控制，嚴重威脅著電力系統的物理安全。

2.2 系統安全面臨的風險

黑客和惡意組織可能利用網絡漏洞和弱點入侵電力系統，以獲取敏感信息、干擾系統運行或破壞關鍵設備，從而給國家的能源供應和社會穩定造成嚴重威脅。供應鏈攻擊也是一個潛在的風險。電力系統的建設和運行依賴于大量供應商和承包商，而其提供的硬件、軟件和服務可能受到潛在的惡意篡改或植入，導致系統運行異常或被攻擊者利用，從而降低整個電力網絡的安全性。不慎的操作、內部人員的疏忽或故意行為，都可能導致系統出現故障或遭受攻擊。硬件和軟件存在潛在的漏洞如果未及時修補或升級，也會被攻擊者利用。

2.3 應用安全面臨的風險

不正確的配置設置可能使得應用程序易受攻擊，如默認密碼、未及時更新的安全補丁或錯誤的訪問控制設置等，給黑客提供了利用漏洞的機會，危及電力系統的安全性[2]。如果應用程序使用弱密碼或沒有適當的身份驗證措施，黑客可能通過猜測密碼、使用暴力破解工具或進行釣魚攻擊等方式獲取對電力系統的非法訪問權限。應用程序沒有及時安裝最新的安全補丁或修復已知的漏洞，會造成外界危險因素通過這些漏洞入侵系統，從而危及電力系統的安全。

3 電力系統網絡安全體系的發展歷程

3.1 建立結構性安全防護機制

最初電力系統的網絡安全主要依賴于傳統的物理安全措施，通常會在主要設備間設置門禁、監控等裝置，防止未經授權的人員誤觸關鍵設施。然而，隨著信息技術的迅猛發展，電力系統的數字化轉型使網絡安全問題日益突出。針對電力系統網絡安全的個性化需求，各電力公司開始建立起結構性的安全防護機制，通過網絡邊界防火墻、入侵檢測與防御系統等技術手段，對外部網絡進行訪問控制和流量過濾，防止惡意攻擊和入侵行為。實施用戶身份驗證、權限管理等身份認證和訪問控制機制，確保只有合法用戶能夠訪問系統和進行相應操作。采用加密技術，加密傳輸和存儲關鍵數據，保護數據的機密性和完整性。

3.2 基于等級保護的業務安全防護體系

隨著電力系統的數字化和智能化發展，傳統的安全防護機制已不再適應復雜的網絡環境和多樣化的安全威脅，基于等級保護的業務安全防護體系應運而生。電力系統網絡安全體系根據業務的重要性和敏感性劃分為不同的等級，并為每個等級制定相應的安全保護措施。關鍵業務和關鍵設施采取物理安全、網絡隔離、加密通信等最高級別的安全措施；對于其他業務和設施，則根據其等級和風險評估結果，制定相應的訪問控制、安全審計、事件監測等防護措施。

3.3 基于可信計算的主動防護體系

基于可信計算的主動防護體系通過建立可信的硬件和軟件環境，確保系統的安全性和可靠性。引入硬件可信平臺模塊（Trusted Platform Module，TPM），用于存儲和管理系統的安全密鑰和證書，利用安全啟動技術驗證系統啟動過程中的完整性，防止惡意軟件植入。采用安全虛擬化技術，隔離關鍵的電力系統組件，并為每個組件分配獨立的安全執行環境。通過安全虛擬化，即使一個組件受到攻擊，其他組件仍然能夠繼續運行，確保系統的連續性和可用性。此外，主動防護體系包括實時監測和響應機制，通過監測系統的行為和流量，及時發現異常活動并采取相應的防御措施[3]。

4 電力系統網絡安全體系的構建措施

4.1 主要需求分析

4.1.1 物理環境需求

關鍵設施和設備應部署在物理安全性較高的區域，遠離潛在的威脅，并設置安全圍墻、控制門禁和監控攝像等措施保護這些設施。關鍵設備和服務器要安置在安全系數較高的機房或數據中心，盡量使用具備防火、防水、防雷等功能的安全設施，以減少物理災害對系統的影響。此外，應對供電設備進行冗余設計和備份，確保電力系統在斷電或電力故障時能夠繼續運行。

4.1.2 系統安全需求

系統應實施嚴密的身份認證和訪問控制機制，以防未經授權的人員訪問關鍵系統和數據，采用強大的加密技術保護數據的機密性和完整性，對電力數據傳輸和存儲過程中的信息采取嚴密的保護措施。系統需要建立實時的安全監測和威脅檢測系統，以及時發現和應對異常活動和潛在安全威脅。系統需進行定期的漏洞掃描和安全評估，及時修復已知漏洞，提升系統的安全性和健壯性，制定緊急響應機制和災難恢復計劃，以應對網絡安全事件和自然災害[4]。

4.1.3 應用安全需求

系統應建立強大的身份驗證和訪問控制機制，只讓授權人員訪問關鍵設備和系統。該需求可以采用多因素身份驗證、訪問令牌和嚴格的權限管理來實現。系統應支持加密技術，確保敏感數據在傳輸過程中不會被竊取或篡改。此外，系統應具備完整性保護機制，能夠檢測和防止數據被非法篡改或損壞。網絡安全體系要包括實時監測和入侵檢測系統，結合行為分析和異常檢測算法，及時發現異常活動和潛在的攻擊。系統要有安全可靠的備份和恢復機制，讓電力系統在遭受攻擊或系統故障時能夠快速恢復正常運行。定期的數據備份和災難恢復測試是保證系統可用性和連續性的重要步驟。安全培訓和意識提高也是不可忽視的一部分，員工應接受網絡安全培訓，了解常見威脅和防范措施，以減少人為因素對系統安全的影響。

4.2 防護體系構架

4.2.1 網絡結構

該網絡結構應具備多層次、多重防御的特點。外圍防護層是第一道防線，用于保護整個電力系統網絡免受外部網絡攻擊，包括使用防火墻、入侵檢測和防御系統等技術手段，過濾和監測來自外部的惡意流量，防止非法訪問和攻擊。內部網絡防護層是保護電力系統內部網絡的關鍵層。這一層應采用網絡分割和隔離的策略，將電力系統劃分為多個安全域，并在每個安全域內部部署網絡防護設備，限制網絡流量和訪問權限，防止橫向傳播和內部攻擊。系統應加強對內部人員的身份認證和訪問控制，確保只有合法人員才能訪問關鍵系統和數據。應用層防護是最后一道防線，用于保護電力系統的應用程序。系統需要使用加密技術保護數據，實施嚴格的應用程序安全審計和漏洞修補機制，加強用戶的安全意識和培訓，降低社交工程和針對性攻擊的風險。

4.2.2 防火墻技術

防火墻通過實施訪問控制策略，控制進出電力系統網絡的流量。根據設定的規則和策略，過濾和檢測流量，只允許經過授權的流量通過，攔截潛在的惡意流量。同時，防火墻使用網絡地址轉換（Network Address Translation，NAT）將內部網絡的真實網際互連協議（Internet Protocol，IP）地址轉換為公網IP 地址，隱藏內部網絡的拓撲結構和細節信息，增加外界危險因素實施惡意攻擊的難度。此外，防火墻支持虛擬專用網絡（Virtual Private Network，VPN）技術，通過加密和隧道技術，實現安全的遠程訪問和數據傳輸。防火墻具備入侵檢測和防御功能，能夠實時監測和檢測入侵行為，并采取相應的防御措施。現代防火墻具備應用層的檢測和過濾能力，可定期更新和升級防火墻的軟件和規則庫，及時修補已知的漏洞，保持其與最新威脅情報的同步[5]。

4.2.3 網絡安全評估

網絡安全評估是一個系統性過程，旨在評估電力系統網絡的安全性，發現潛在的漏洞和風險，并提出相應的改進措施。第一，網絡安全評估需要審查和分析電力系統的整體架構和拓撲，了解各個組件和系統之間的關系和依賴，通過評估網絡的復雜性和連接性，識別出可能存在的安全隱患和攻擊路徑。第二，網絡安全評估需要評估現有的安全策略、政策和流程。這包括審查訪問控制策略、身份認證機制、數據加密策略以及應急響應計劃等，確保其與合規要求相符。第三，網絡安全評估需要評估安全意識培訓和教育的有效性，以提升人員的安全意識。第四，網絡安全評估需要評估電力系統的關鍵設備和應用程序的安全性，通過對硬件和軟件的漏洞掃描、安全配置審計和代碼審計等手段，發現潛在的漏洞和安全弱點，并提供修補和改進建議。第五，網絡安全評估需要進行風險評估和威脅建模，通過分析可能的威脅情景和攻擊者的行為模式，確定潛在的風險和影響，從而制定相應的安全措施和應對策略。

4.2.4 入侵檢測系統

通過建立規則和策略，實時分析網絡流量，可以發現已知的攻擊模式和惡意行為。基于行為分析的檢測可以識別異常的用戶行為和系統操作，從而及時發現內部的非法活動。基于機器學習的檢測可以識別和分類未知的攻擊模式和變種攻擊，提高檢測的準確性和效率。入侵檢測系統應具備實時監測和響應能力，實時監控網絡流量和系統日志，及時發現和報警電力網絡中的異常活動。入侵檢測系統應與其他安全設備和響應系統集成，實現自動化的響應和處置。例如，與防火墻和入侵防御系統進行協同工作，實現快速的阻斷和隔離惡意流量。此外，入侵檢測系統應具備良好的可擴展性和適應性，能夠應對不斷變化的網絡威脅和攻擊手段，提供全面的日志記錄和審計功能，記錄和存儲所有的網絡活動和事件，以供后期的溯源和調查分析。

4.2.5 網絡隔離技術

網絡隔離技術通過劃分電力系統網絡為多個隔離的安全域，限制不同域之間的網絡通信和訪問權限，從而提升網絡的安全性和可靠性。網絡隔離技術通過使用物理設備（交換機、路由器、防火墻等），將電力系統網絡劃分為多個獨立的子網或虛擬局域網（Virtual Local Area Network，VLAN），實現物理層的隔離。這樣可以防止攻擊者跨越域界限，減少攻擊面和風險。邏輯隔離是網絡隔離的另一個重要手段，使用網絡隔離技術（VPN 和隧道技術），在邏輯上隔開不同的網絡，使其彼此之間無法直接通信，以防內部網絡受到外部攻擊的影響。此外，訪問控制是網絡隔離的關鍵要素。訪問控制通過在不同的安全域之間設置嚴格的訪問控制策略，限制網絡流量和用戶的訪問權限，以降低惡意流量的傳播和內部攻擊的風險。

5 結 論

隨著電力系統的數字化和智能化發展，電力系統的網絡安全體系將變得更加復雜。在物聯網、人工智能等新技術的廣泛應用下，電力系統將面臨更多新的安全挑戰和威脅，因此建立強大、靈活和創新的網絡安全體系勢在必行。通過不斷提升網絡安全技術和策略，加強國際合作與信息共享，同時培養專業人才，加強網絡安全意識教育，構建全社會共同參與的安全防護體系。