王竹婷

（國網(wǎng)陜西銅川供電公司，陜西 銅川 727000）

0 引 言

隨著電力系統(tǒng)復(fù)雜化和自動化水平的不斷提高，傳統(tǒng)的物理防護手段已無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)對信息安全的需求，尤其是在智能電網(wǎng)的背景下，電力自動化通信技術(shù)成為確保電力系統(tǒng)可靠、高效運行的關(guān)鍵。該技術(shù)涉及有線與無線通信手段，如光纖通信、無線射頻識別、衛(wèi)星通信等，為電力系統(tǒng)的監(jiān)控、控制與數(shù)據(jù)傳輸提供多樣化的選擇。然而，通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用也為非法入侵、數(shù)據(jù)篡改等安全威脅提供可乘之機，給電力自動化系統(tǒng)的安全防護帶來極大的挑戰(zhàn)。

電力自動化通信技術(shù)作為智能電網(wǎng)和電力系統(tǒng)自動化的關(guān)鍵支撐，主要承擔著電力設(shè)施的監(jiān)控、控制以及數(shù)據(jù)交換功能。在電力自動化領(lǐng)域，通信技術(shù)主要包括有線通信和無線通信2 類[1]。有線通信技術(shù)以其傳輸穩(wěn)定、抗干擾能力強的特點，主要采用光纖通信、電力線載波通信等形式，確保電力控制指令和狀態(tài)信息的準確傳遞；而無線通信技術(shù)則利用無線射頻、衛(wèi)星通信等手段，提高了電力自動化系統(tǒng)的靈活性，并擴大覆蓋范圍，特別適用于偏遠地區(qū)或移動環(huán)境下的電力監(jiān)控和管理。這2 種通信技術(shù)的綜合應(yīng)用，構(gòu)建多層次、廣覆蓋的電力自動化通信網(wǎng)絡(luò)，具有從發(fā)電、輸電、變電到配電各個環(huán)節(jié)的實時數(shù)據(jù)收集、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷以及控制指令下發(fā)等功能，極大地提升電力系統(tǒng)的運行效率和管理水平。

1 分析電力自動化通信技術(shù)的特點

考慮到電力系統(tǒng)的關(guān)鍵性和復(fù)雜性，通信技術(shù)應(yīng)保證在各種環(huán)境條件下都能穩(wěn)定運行，包括極端氣候、電磁干擾等情況，如圖1 所示。這就要求通信設(shè)備具備高度的抗干擾能力和故障自恢復(fù)能力，確保通信鏈路的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。為此，采用多種有線和無線技術(shù)，如光纖通信、電力線載波通信、無線射頻通信等，滿足不同場景下的通信需求[2]。電力系統(tǒng)的監(jiān)控和控制要求通信延遲極低，以支持快速的數(shù)據(jù)更新和實時的控制響應(yīng)，這不僅涉及數(shù)據(jù)傳輸速度的提升，還包括整個系統(tǒng)從數(shù)據(jù)采集和處理到響應(yīng)的全過程優(yōu)化，以確保能夠及時且準確地對系統(tǒng)狀態(tài)變化做出反應(yīng)，從而避免或減輕事故的發(fā)生。

圖1 電力系統(tǒng)的通信需求

2 電力自動化通信技術(shù)中的信息安全分析

2.1 認證與授權(quán)機制的建立和應(yīng)用

在電力自動化通信技術(shù)領(lǐng)域，認證與授權(quán)機制的建立和應(yīng)用是確保信息安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這一過程涉及一系列復(fù)雜的技術(shù)和策略，旨在驗證通信參與者的身份，并對其訪問權(quán)限的控制，確保只有合法的用戶和設(shè)備能夠訪問系統(tǒng)資源和數(shù)據(jù)。認證機制先通過一系列標準化的認證協(xié)議和算法，如公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（Public Key Infrastructure，PKI）、動態(tài)口令認證、數(shù)字證書等，驗證個體的身份信息。這一過程通常涉及用戶名和密碼、數(shù)字簽名、智能卡以及生物特征等多因素認證技術(shù)，以提高認證的安全性和可靠性。認證成功后，授權(quán)機制隨即介入，根據(jù)事先設(shè)定的安全策略和權(quán)限模型，如基于角色的訪問控制（Role-Based Access Control，RBAC）、強制訪問控制（Mandatory Access Control，MAC）或自主訪問控制（Discretionary Access Control，DAC），為認證通過的用戶或設(shè)備分配具體的訪問權(quán)限。權(quán)限精確定義用戶執(zhí)行的操作和訪問的資源范圍[3]。

2.2 加密技術(shù)在電力自動化通信中分析

在電力自動化通信技術(shù)中，加密技術(shù)的應(yīng)用是保障信息安全的重要手段，其核心目的在于確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的機密性和完整性，防止數(shù)據(jù)被未授權(quán)訪問或篡改。為深入分析加密技術(shù)在電力自動化通信中的應(yīng)用，文章引入高級加密標準（Advanced Encryption Standard，AES）算法，并通過數(shù)學(xué)公式來闡述其在實時監(jiān)控數(shù)據(jù)加密中的應(yīng)用。AES 算法是一種廣泛應(yīng)用的對稱加密算法，它將明文數(shù)據(jù)和加密密鑰輸入進行多輪變換后輸出密文，具體過程用公式表示為

式中：C表示加密后的密文；E表示AES 加密函數(shù)；k表示加密密鑰；P表示明文數(shù)據(jù)。AES 算法的加密過程包括多個輪次的重復(fù)操作，每一輪操作都包括字節(jié)替換、行位移、列混淆以及輪密鑰加等步驟，其中關(guān)鍵步驟列混淆可以表示為

在電力自動化通信中，AES 算法應(yīng)用于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的加密。假設(shè)電力自動化系統(tǒng)需要傳輸實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)包P，則應(yīng)先使用AES 算法對數(shù)據(jù)包進行加密，生成密文C。加密后的數(shù)據(jù)包在傳輸過程中，即使被截獲，未授權(quán)的第三方也無法解密數(shù)據(jù)包的內(nèi)容，從而確保數(shù)據(jù)的機密性。

一旦加密數(shù)據(jù)到達目的地，接收方將使用相同的密鑰k和AES 解密算法D來恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，用公式可以表示為

式中：Dk(C) 表示使用密鑰k對密文C進行解密操作。只有授權(quán)的接收方才能訪問和解析傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，保障信息傳輸?shù)陌踩院蛿?shù)據(jù)的完整性。為進一步增強安全性，電力自動化通信系統(tǒng)中的AES 加密還結(jié)合密鑰管理策略，定期更換加密密鑰，以防止密鑰被長時間使用后存在被破解的風(fēng)險。通過這種方式，即使攻擊者在某個時間點竊取到加密密鑰，由于密鑰已經(jīng)在系統(tǒng)中更新，竊取到的密鑰也無法解密新的數(shù)據(jù)傳輸，從而增強電力自動化通信技術(shù)中信息安全的保護能力[4]。

2.3 網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(tǒng)（Network Intrusion Detection System，NIDS）的實現(xiàn)在電力自動化通信技術(shù)中是確保信息安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這一系統(tǒng)通過實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)流量和分析用戶行為來識別潛在的惡意活動或違規(guī)操作。為有效執(zhí)行這一任務(wù)，一種常見的方法是采用基于異常檢測的算法，如支持向量機（Support Vector Machine，SVM）。該算法通過分析網(wǎng)絡(luò)行為模式，將正?；顒优c異?；顒訁^(qū)分開來。

定義網(wǎng)絡(luò)流量的特征向量為xi，其中i表示第i個觀察樣本。特征向量包括諸如數(shù)據(jù)包大小、傳輸頻率等多個維度。對于每個樣本，SVM 算法嘗試找到超平面w·xi+b=0，使得正常活動和異?；顒釉谠摮矫鎯蓚?cè)分開，其中w為超平面的法向量，b為偏移量。

為最大化正常和異?；顒又g的間隔，引入拉格朗日乘子αi，優(yōu)化目標函數(shù)為

在NIDS 中，一旦獲得最優(yōu)超平面，對于新的觀察樣本x’，通過計算w·x'+b的符號來判斷該樣本是正常還是異常。如果結(jié)果大于0，則認為是正?；顒樱蝗绻∮诨虻扔?，則判定為異?；顒?。

該算法的應(yīng)用在于其能夠自動地從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)和識別出異常模式，而無須預(yù)先定義具體的入侵行為，這對于電力自動化系統(tǒng)這樣的高度復(fù)雜和動態(tài)變化的環(huán)境尤為重要。通過實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量，NIDS能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全威脅，如分布式拒絕服務(wù)（Distribution Denial of Service，DDoS）攻擊、惡意軟件傳播等，從而采取相應(yīng)的預(yù)防或應(yīng)對措施，保證電力自動化通信的安全性和穩(wěn)定性。

4 技術(shù)測試

在本研究中，選取綜合的數(shù)據(jù)集來測試NIDS 的性能。該數(shù)據(jù)集通過實際測量電力自動化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)流量得到，包含正常操作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及模擬的異?；顒訑?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)集的選擇旨在反映現(xiàn)實世界中電力自動化系統(tǒng)遭遇的各類網(wǎng)絡(luò)安全威脅，確保測試結(jié)果的實用性和可靠性。

設(shè)置一個模擬的測試環(huán)境，包括實際的電力網(wǎng)絡(luò)模擬器或特定的軟件模擬工具。在測試環(huán)境中部署NIDS 系統(tǒng)，并確保其配置能夠反映生產(chǎn)環(huán)境的設(shè)置。測試方法包括以下幾種：一是基線測試，對系統(tǒng)在沒有攻擊發(fā)生時的表現(xiàn)進行測試，建立性能基線；二是模擬攻擊，通過引入各種已知攻擊和威脅模型來測試NIDS 的檢測能力；三是壓力測試，在高流量條件下測試NIDS，以確保它能夠在網(wǎng)絡(luò)負載大時仍然有效；四是異常行為測試，模擬網(wǎng)絡(luò)中的異常行為，以檢驗NIDS 對未知威脅的反應(yīng)。測試指標包括檢測準確性、系統(tǒng)延遲、流量吞吐量、誤報率以及資源利用率，結(jié)果如表1 所示。

表1 測試結(jié)果

根據(jù)表1 中的結(jié)果能夠看出，實際檢測準確性略低于預(yù)期的99%，表明有一定的改進空間。然而，它仍在可接受的范圍內(nèi)，意味著系統(tǒng)在可靠識別入侵方面表現(xiàn)良好。系統(tǒng)延遲在預(yù)期范圍內(nèi)，表明NIDS對檢測到的威脅作出迅速反應(yīng)。實際吞吐量略低于預(yù)期值，提示系統(tǒng)需要優(yōu)化，以便在不損失性能的情況下處理更大量的流量。資源使用情況在預(yù)期參數(shù)范圍內(nèi)，表明系統(tǒng)資源的使用效率高[5]。

5 結(jié) 論

探究電力自動化通信技術(shù)中的信息安全問題，研發(fā)相應(yīng)的安全防護措施，不僅能夠有效提升電力系統(tǒng)的抗干擾能力和數(shù)據(jù)保護能力，還能夠促進電力行業(yè)信息技術(shù)的健康發(fā)展，進一步推動智能電網(wǎng)和電力自動化技術(shù)的進步。對電力自動化通信技術(shù)中的信息安全進行深入分析，識別安全漏洞，提出有效的安全對策，不僅具有重要的理論價值，而且具備顯著的應(yīng)用價值。