電力信息通信系統的網絡安全防護分析

高建軍

（新疆粵水電能源有限公司，新疆 烏魯木齊 830057）

0 引 言

電力信息通信系統作為電力系統的神經中樞，承擔著電力數據采集、傳輸、處理以及控制等多項重要任務，其安全性直接關系到電力系統的穩定與可靠運行。近年來，隨著網絡技術的快速發展和應用范圍的不斷擴大，電力信息通信系統面臨的網絡安全威脅問題日益嚴峻。網絡攻擊手段不斷更新，安全風險呈現多樣化、復雜化趨勢，給電力信息通信系統的安全管理和防護工作帶來了巨大挑戰。如何有效識別和防范網絡安全威脅，提高電力信息通信系統的安全防護能力，成為當前研究的重點和難點。

電力信息通信系統是現代電力系統中不可或缺的組成部分，它以先進的信息通信技術為基礎，能夠實現電力系統的數據采集、傳輸、處理以及控制等關鍵功能。該系統集成了多種通信手段，包括有線通信、無線通信等，確保了電力系統從發電、輸電、變電到配電各個環節的信息傳輸暢通無阻。隨著智能電網的發展，電力信息通信系統的作用更加顯著，它不僅負責傳統的數據通信任務，還涉及電網的監控、優化、管理以及與用戶的互動等多方面的功能。

1 網絡安全威脅分析

網絡安全威脅對于電力信息通信系統而言是一個持續且日益嚴峻的問題。隨著互聯網的普及，外部安全威脅成為首要挑戰。黑客攻擊、病毒入侵等行為不僅會導致電力信息系統的數據泄露，還可能引發系統的錯誤操作或癱瘓，嚴重時甚至會影響電力系統的穩定供電。除了外部威脅，內部安全威脅也不容忽視。內部人員的誤操作、惡意行為或系統內部的技術缺陷都可能成為安全威脅。內部威脅往往更加隱蔽，難以發現和預防，但其造成的損害更嚴重。此外，電力信息通信系統還面臨著物理安全威脅，如設備損壞、自然災害等，這些都可能影響系統的正常運行。

2 網絡安全防護技術

2.1 加密技術

2.1.1 對稱加密

對稱加密是一種有效的加密方式，依賴密鑰進行數據的加密和解密操作。在這種加密機制中，發送方和接收方必須共享同一個密鑰，且該密鑰必須保密，工作原理如圖1 所示。對稱加密算法的特點是加解密速度快，適用于大量數據的加密處理。常見的對稱加密算法包括高級加密標準（Advanced Encryption Standard，AES）、數據加密標準（Data Encryption Standard，DES）以及三重數據加密算法（Triple Data Encryption Algorithm，TDES）等。主要挑戰在于密鑰的管理和分發。由于加密和解密使用同一密鑰，如何安全地將密鑰傳遞給通信雙方成為一個關鍵問題[1]。如果密鑰在傳輸過程中被第三方截獲，那么加密的數據就可能被破解。對稱加密雖然在執行效率上具有優勢，但在密鑰管理上需要額外的安全措施，以提升密鑰的安全性和完整性。

圖1 對稱加密工作原理

2.1.2 非對稱加密

非對稱加密也稱為公開密鑰加密，應用一對密鑰，即公鑰和私鑰。公鑰用于加密數據，而私鑰用于解密。公鑰和私鑰是一對，公鑰可以公開，但私鑰必須保密，工作原理如圖2 所示。非對稱加密的典型應用是數字簽名和安全套接層/傳輸層安全性（Secure Sockets Layer/Transport Layer Security，SSL/TLS）等安全通信協議，常見的非對稱加密算法包括RSA、橢圓曲線加密算法（Elliptic Curves Cryptography，ECC）以及數字簽名算法（Digital Signature Algorithm，DSA）等。

圖2 非對稱加密的工作原理

非對稱加密的主要優勢在于解決了密鑰分發的問題。由于加密和解密使用不同的密鑰，即使公鑰被公開，只要私鑰保持安全，通信的安全性就得到保障。此外，非對稱加密還可以實現身份認證和數據完整性校驗等功能。然而，非對稱加密算法在計算上比對稱加密算法要復雜得多，導致其加解密過程較慢，不適合直接用于大量數據的加密。在實踐中，非對稱加密通常用于加密少量數據或加密對稱加密的密鑰，而數據本身使用對稱加密方式加密，這樣結合了兩者的優點，既保證了加密過程的安全性，又提高了加密的效率。

2.2 訪問控制技術

2.2.1 身份驗證

身份驗證是電力信息通信系統網絡安全的基礎，只有經過授權的用戶才能訪問系統資源。利用一系列的驗證機制，識別和確認用戶，防止未授權訪問和操作。身份驗證的常見方法包括用戶名和密碼、數字證書、生物識別技術以及多因素認證等。用戶名和密碼是最基本的身份驗證方法，要求用戶輸入預先設定的用戶名和密碼。盡管這種方法操作簡便，但由于密碼可能被猜測或泄露，安全性較低。更多的系統采用數字證書或生物識別技術提高安全性。數字證書利用非對稱加密技術，為用戶提供一個由可信第三方機構簽發的證書，利用證書證明用戶的身份[2]。生物識別技術如指紋、面部識別等，識別用戶的生物特征進行身份驗證，這些方法的唯一性和不可復制性增強了安全性。

多因素認證是一種綜合使用多種驗證方法的身份驗證策略，通常至少結合2 種以上的驗證因素，如知識因素（如密碼）、擁有因素（如手機或安全令牌）、生物因素等。多因素認證能顯著提升安全級別，即使其中一個因素被破解，其他因素仍然可以防止未授權的訪問。在電力信息通信系統中，采用多因素認證可以有效提高對關鍵設施和敏感數據的保護水平。

2.2.2 權限管理

定義不同的用戶角色并分配相應的權限，系統可以控制各類用戶對系統資源的訪問范圍。例如，普通用戶可能只能訪問系統的部分信息和功能，而管理員擁有更廣泛的訪問權限，包括系統配置和用戶管理等高級功能。權限的分配通常基于最小權限原則，即用戶僅被授權完成工作所必需的最少權限，減少錯誤操作或惡意行為對系統安全造成的威脅。

權限管理還涉及訪問控制策略，包括強制訪問控制（Mandatory Access Control，MAC）、自主訪問控制（Discretionary Access Control，DAC）以及基于角色的訪問控制（Role-Based Access Control，RBAC）等。MAC 是一種嚴格的訪問控制模式，系統管理員定義策略，用戶和程序只能按照這些策略訪問資源；DAC 允許資源的擁有者控制對資源的訪問；RBAC 是一種更靈活的訪問控制模式，分配角色管理用戶的權限，簡化了權限管理和訪問控制的過程。

2.3 入侵檢測系統

2.3.1 網絡入侵檢測

網絡入侵檢測系統（Network Intrusion Detection System，NIDS）是一種旨在監測和分析網絡流量，識別潛在未授權訪問、攻擊和異常行為的安全技術。實時分析進出網絡的數據包，與已知攻擊模式（簽名）進行比對，利用異常檢測機制識別不正常的網絡行為，從而及時發現并報告可能的安全威脅。網絡入侵檢測系統能夠廣泛的網絡覆蓋范圍，為電力信息通信系統提供全局的安全監視。

部署在網絡關鍵節點的NIDS 能夠監控所有通過這些節點的數據流，包括入侵嘗試、惡意軟件傳播以及其他可能危害網絡安全的行為[3]。這些系統通常使用2 種技術檢測威脅：基于簽名的檢測和基于行為的檢測。基于簽名的檢測依賴更新的威脅數據庫，能夠有效識別已知的攻擊模式；而基于行為的檢測通過分析網絡活動的異常模式發現新型或未知的攻擊，提高了檢測未知威脅的能力。

2.3.2 系統入侵檢測

主機入侵檢測系統（Host-based Intrusion Detection System，HIDS）專注于檢測和分析特定主機或設備上的活動，識別潛在的未授權訪問、攻擊和異常行為。與NIDS 不同，HIDS 是在主機級別運作，能夠檢查系統日志文件、關鍵系統文件的完整性、系統調用、應用程序活動等，從而識別對特定系統的直接攻擊和潛在威脅。

HIDS 的主要優勢在于其對系統內部活動的深入監控能力。實時監控系統操作和用戶活動，HIDS 能夠檢測權限提升、系統文件篡改、惡意軟件安裝等行為，即使這些行為未通過網絡傳輸，也能被檢測到。此外，HIDS 還能通過分析系統日志識別異常行為，為安全分析人員提供詳細的攻擊證據和分析線索。為進一步說明HIDS 的效果，表1 展示了最近5 次HIDS 事件的相關信息，以便更直觀地理解HIDS 在實際應用中的效能。

表1 HIDS 的事件統計

3 電力信息通信系統網絡的安全防護策略

3.1 安全管理策略

3.1.1 完善安全政策和制度

安全政策和制度為電力信息通信系統的安全管理提供了明確的規范和指導，使得得所有的安全措施都有據可依，所有的操作都有規可循。先對現有的安全政策進行全面評審，識別出存在的漏洞和不足，然后根據電力信息通信系統的實際情況和最新的安全威脅，制定或更新安全政策和制度，包括數據保護、訪問控制、物理安全、員工行為準則等多個方面。

制定安全政策時，應當充分考慮實施的可行性和有效性，確保政策既嚴格又靈活，能夠適應不斷變化的安全威脅和技術環境。此外，安全政策的制定和更新不只是信息技術部門的責任，還需要跨部門合作，包括法律、人力資源、運營等相關部門，保證政策全面且符合整體業務目標。

3.1.2 提升安全培訓與意識

定期舉辦安全培訓課程，可以讓員工掌握如何防范網絡攻擊、如何安全處理敏感數據、如何識別和響應安全事件等關鍵技能。除了定期的安全培訓，還要重視安全工作。組織內部安全通信、安全宣傳日、安全知識競賽等，增強員工的安全意識，促進員工之間的交流和分享，形成一個積極的安全文化。在提升安全培訓和意識的過程中，應將安全意識融入員工的日常工作和生活，使其成為一種習慣和自覺行為。

3.2 技術防護措施

3.2.1 數據備份與恢復

定期備份系統和用戶數據，可以在發生硬件故障、軟件故障、人為錯誤或惡意攻擊等情況時，最小化數據丟失的風險，并確保業務連續性和數據完整性。實施數據備份時，遵循備份原則，至少保留3 份數據副本，使用2 種不同的存儲媒介，并將其中1 份副本存放在物理位置獨立的遠程位置。

數據備份計劃需要包含以下關鍵元素：首先，確定哪些數據需要備份，包括操作系統、應用程序文件、配置設置和關鍵業務數據等；其次，選擇合適的備份周期，對于不同類型的數據可能需要不同頻率的備份，如重要數據可能需要每日備份，而其他數據可能每周或每月備份一次；再次，選擇合適的備份媒介和技術，如磁帶、硬盤、云存儲等，每種媒介都有其優缺點，需要根據實際需要和成本做出選擇；最后，定期測試恢復過程，確保在需要時能夠有效恢復相關數據[4]。此外，數據恢復策略同樣重要，能夠在數據丟失后快速恢復業務操作。制定詳細的恢復流程，指定責任人員，準備必要的恢復工具和環境。在緊急情況下，能夠迅速準確執行恢復操作，減少損失并恢復正常運營。

3.2.2 系統更新與維護

定期更新系統和應用程序能夠修復已知的安全漏洞，提高系統的安全性和可靠性。首先，制定一個系統更新計劃，包括監控軟件供應商的安全公告，定期檢查和應用系統更新與補丁。這一過程應設置自動化程序，減少人為遺漏的風險，同時確保更新過程不會干擾正常的業務活動。對于關鍵系統，可以在非生產環境中先進行更新測試，確保更新不會引入新的問題。此外，定期進行性能監控和分析，識別和解決可能導致性能下降的問題，如磁盤碎片整理、無用文件清理、錯誤日志檢查等。

3.3 應急響應機制

3.3.1 制定應急預案

一個完整的應急預案應包含風險評估、應急團隊的組織結構、通信協議、應急流程、資源清單以及恢復步驟等多個方面。首先，進行風險評估，識別和評估可能對系統造成威脅的各種風險，包括自然災害、技術故障、人為錯誤和惡意攻擊等。基于風險評估的結果，確定需要特別保護的關鍵資產和業務流程。其次，建立應急響應團隊，并明確各成員的角色和責任，在發生緊急事件時，每個成員都清楚自己的任務和行動指南。再次，制定詳細的通信協議，包括在不同類型的緊急事件下，如何快速有效地傳達信息給所有相關方。應急流程和操作步驟應具體、清晰，涵蓋從初步響應、事件評估、決策制定到恢復正常運營的全過程。最后，應急預案還應包括所需資源的清單，如備用系統、通信設備、技術支持等，定期組織演練計劃，確保預案的有效性和團隊的應急能力。

3.3.2 應急響應與恢復

應急響應與恢復是在電力信息通信系統發生安全事件或其他緊急情況時，根據預先制定的應急預案進行一系列快速行動，旨在控制和緩解事件帶來的影響，盡快恢復系統的正常運行。首先，立即啟動應急預案，快速組織應急響應團隊，進行初步的事件評估，明確事件的性質、影響范圍以及緊迫性[5]。根據評估結果，應急響應團隊迅速決定采取的應對措施，如隔離受影響的系統、關閉入侵通道、通知相關方等。其次，恢復關鍵業務和系統的正常運營，包括數據恢復、系統修復、功能測試等步驟，確保所有系統和服務都已恢復到事故發生前的正常狀態。在恢復過程中，應持續監控系統性能，確保無新的安全威脅出現。最后，完成應急響應和恢復工作后，應急響應團隊還要進行事件復盤，分析事件發生的原因，評估應急響應的效果，并從中吸取經驗教訓。詳細記錄事件的經過、響應措施的有效性、恢復過程中遇到的問題以及最終的恢復結果。基于內容復盤，修訂和完善應急預案，提高未來應對類似事件的能力和效率。

4 結 論

電力信息通信系統的網絡安全是一項系統工程，需要從技術、管理和法規等多個維度入手，形成全方位、多層次的安全防護體系。在未來的發展中，應繼續探索和實踐更為高效、智能的網絡安全防護技術與方法，加強跨行業、跨領域的合作，共同提升電力信息通信系統的網絡安全防護水平，為社會經濟的持續健康發展提供堅實的支撐。