Il ruolo dei Phasors nel migliorare la resilienza del sistema di potere contro gli attacchi informatici

La società moderna dipende da una fornitura continua e affidabile di energia elettrica. Le reti elettriche che forniscono questa energia sono diventate sempre più complesse, incorporando generazione distribuita, fonti rinnovabili e sistemi di controllo digitale. Questa complessità, consentendo l'efficienza e la flessibilità, espande anche la superficie di attacco per gli attori dannosi.

Comprendere i Phasors e la loro funzionalità

Un phasor, nel contesto dei sistemi di alimentazione, è una rappresentazione di una forma d'onda elettrica sinusoidale, sia di tensione che di corrente, come un numero complesso che cattura sia di magnitudo che di angolo di fase. Le unità di misura del Phasor sono i dispositivi che producono questi valori di phasor ad alte velocità di campionamento, in genere 30 a 60 misurazioni al secondo.

Ogni volta che PMU mette a punto le sue misure con precisione di microsecondo, permettendo ai dati provenienti da diverse sottostazioni di essere allineati e confrontati. Questa sincronizzazione è formalizzata nello standard IEEE C37.118, che definisce il protocollo di comunicazione e il formato di dati per i sincrofasori.

Le misurazioni dei Phasor catturano non solo le condizioni di stato stabile ma anche eventi dinamici come oscillazioni di potenza, oscillazioni di tensione e propagazione dei guasti.Questo ricco set di dati è prezioso per convalidare i modelli di sistema, migliorare la stima dello stato e rilevare le instabilità emergenti.Per scopi di sicurezza informatica, l'alta risoluzione temporale e la copertura spaziale delle reti PMU li rendono unici per identificare le irregolarità che possono indicare un attacco informatico in corso.

Il Cyber Threat Paesaggio per i sistemi di potenza

I sistemi di alimentazione devono affrontare uno spettro di minacce informatiche, dal ransomware opportunistico agli attacchi mirati sponsorizzati dallo stato. Capire queste minacce è essenziale per apprezzare come i phasors contribuiscono alla resilienza.

  • Iniezione dati di fiala (FDI)[: I dati di misurazione corrotti degli aggressori inviati ai centri di controllo, ingannando gli operatori nel prendere decisioni errate che possono destabilizzare la griglia.
  • Denial of Service (DoS)[]: collegamenti di comunicazione travolgente o sistemi di controllo con traffico, ritardando o impedendo la trasmissione dei dati legittima e la risposta dell'operatore.
  • Control Comando Hijacking[[]]: Ottenere l'accesso non autorizzato alle unità terminali relè o relè per emettere comandi di commutazione dannosi, potenzialmente causando danni fisici o blackout.
  • Ingegneria sociale e minacce Insider[[]: Sfruttare le debolezze umane per ottenere le credenziali o installare il malware sui sistemi critici.

Gli attacchi informatici 2015 e 2016 sulla rete elettrica dell'Ucraina, attribuiti agli attori dello stato russo, hanno dimostrato come le operazioni informatiche coordinate potrebbero causare un blackout diffuso compromettendo i sistemi SCADA e bloccando gli sforzi di recupero remoto.

Come i Phasors migliorano la sicurezza informatica

Le unità di misura del Phasor, quando sono state impiegate come parte di un sistema di monitoraggio di vasta gamma (WAMS), offrono diversi vantaggi per la sicurezza informatica.

Rilevazione dell'anomalia in tempo reale

I dati continui e ad alta velocità da PMU consentono di rilevare anomalie che sarebbero invisibili a rallentare i sistemi SCADA. Ad esempio, gli attacchi falsi di iniezione di dati che manipolano le letture di tensione o di frequenza possono essere identificati tramite misurazioni di phasor incrociate da molteplici PMU. Se un PMU segnala un valore che devia significativamente dai suoi vicini mentre altri sensori di corroborazione (ad esempio, temperatura, flusso di potenza) possono suggerire condizioni normali di trigger, un'analisi di allarme

Verifica dell’integrità dati

Le reti di controllo dei dati possono incorporare controlli di integrità dei dati a più livelli. Il timestamp agisce come una verifica: se il segnale GPS di un PMU è spoofed o bloccato, i timestamp cadranno di sincronizzazione con le unità vicine, immediatamente segnalando un potenziale attacco. Inoltre, i dati di phasor possono essere criptati per garantire che non sia stato alterato nelle misurazioni.

Consapevolezza e isolamento di attacco

I sistemi di calcolo possono essere utilizzati per la trasmissione di dati di tipo applicativo, come ad esempio quelli di controllo, o quelli di controllo, che consentono agli operatori di effettuare operazioni di controllo, di controllare la trasmissione di dati in modo da evitare che i dati di emergenza siano stati modificati o modificati.

Integrazione con i sistemi di sicurezza Information and Event Management (SIEM)

I dati Phasor possono essere integrati in piattaforme di sicurezza informatica più ampie come i sistemi SIEM. Correlando gli eventi della rete elettrica con i log di rete (ad esempio, avvisi firewall, guasti di autenticazione), gli analisti di sicurezza possono ottenere un quadro più completo di una catena di attacco. Ad esempio, un'insolita immersione di tensione osservata da PMUs potrebbe essere collegata ad un login remoto sospetto da un indirizzo IP non autorizzato, che richiede una risposta più rapida.

Sfide nella distribuzione di reti di Phasor

Nonostante i loro vantaggi, l'adozione diffusa della sicurezza informatica basata su phasor affronta diversi ostacoli.

Requisiti di costo e infrastrutture

Ogni installazione PMU richiede ricevitori GPS, moduli di comunicazione e concentratori di dati. Il costo per unità, mentre in diminuzione, può ancora essere significativo per le utilità a circuito chiuso, soprattutto quando si risistemano le sostazioni esistenti. Inoltre, gli alti volumi di dati generati da PMUs - le misure multiple al secondo per dispositivo - richiedono robuste reti di comunicazione, spesso tra fili ottiche o reti cellulari dedicate, insieme a potenti piattaforme di storage e analisi dei capitali.

Sicurezza informatica dei Phasors Themselves

I PMU e i loro sistemi di supporto sono obiettivi potenziali. Un attaccante che compromette un PMU potrebbe alimentare i dati falsi nella griglia, potenzialmente causando più danno di un tradizionale attacco FDI perché i dati PMU sono utilizzati per le decisioni di controllo in tempo reale.

Volume e complessità di analisi dati

Il volume di dati di una grande rete PMU può travolgere strumenti di analisi tradizionali. Una tipica utilità con centinaia di PMU può generare terabyte di dati al mese. Estrarre l'intelligenza di sicurezza informatica attuabile da questa inondazione richiede il riconoscimento avanzato del modello, modelli di apprendimento automatico e la correlazione degli eventi automatizzata. Molte utilità non hanno la competenza interna per sviluppare e mantenere tali sistemi, portando a rivivere su fornitori o consulenti specializzati.

Standardizzazione e interoperabilità

Mentre IEEE C37.118 fornisce un formato comune per i sincrofasori, le variazioni nelle implementazioni dei fornitori, le configurazioni dei concentratori di dati e i protocolli di comunicazione possono creare sfide di integrazione.

Le direzioni future

Il ruolo dei phasors nella sicurezza informatica del sistema di potere si evolverà come progressi tecnologici e le minacce diventano più sofisticate.

Intelligenza artificiale e apprendimento automatico

Gli algoritmi AI e ML sono sempre più applicati ai dati del phasor per il rilevamento di anomalia, l'impronta digitale dei modelli di attacco e la predizione delle vulnerabilità del sistema. I modelli di apprendimento approfondito possono essere formati su dati storici PMU per riconoscere i precursori sottili agli attacchi, come l'insorgenza di cambiamenti di fase di iniezione o di coordinamento. Questi modelli possono operare al bordo (entro le sottostazioni) per ridurre la latenza, o nel cloud per una correlazione più ampia.

Crittografia quantistica-safe per le comunicazioni PMU

Come progressi di calcolo quantistico, i metodi di crittografia attuali (ad esempio, RSA, ECC) possono diventare breakable, esponendo i dati PMU alla futura decrittazione. Gli sforzi sono in corso per sviluppare algoritmi crittografici resistenti ai quanti, che possono essere incorporati in PMU hardware e concentratori di dati.

Analisi centralizzata e calcolo dei bordi

L'analisi dei container con sede a PMU, a sottostazioni o concentratori di dati, riduce la quantità di dati grezzi che devono essere trasmessi ai centri di controllo centrali, alleviando pressioni di larghezza di banda e consentendo risposte locali più veloci.

Blockchain per la protezione dei dati e l'integrità

La tecnologia blockchain offre un metodo promettente per garantire l'integrità e la provenienza dei dati del phasor. Con la registrazione di ogni misura PMU come transazione su un registro distribuito, blockchain crea un percorso di audit immutabile. Qualsiasi tentativo di alterare i dati storici sarebbe immediatamente evidente perché i blocchi successivi non sarebbero abbinati. Diversi progetti pilota hanno dimostrato la fattibilità di un blocco basato su PMU data logging, anche se le sfide rimangono in termini di consenso efficiente e di default.

Integrazione con Microgrids e Risorse Energetiche Distribuite (DERs)

La proliferazione di solare, vento, memoria della batteria e altri DER introduce nuovi punti di vulnerabilità. I Phasors possono monitorare le connessioni DER alla griglia, rilevando flussi di energia anomali che potrebbero indicare un sistema di inverter o controllo compromesso.

Conclusioni

Le unità di misura Phasor si sono evolute da strumenti di ricerca accademici in componenti essenziali della difesa moderna del sistema di potenza contro gli attacchi informatici. Con la fornitura in tempo reale, sincronizzato, le misurazioni ad alta fedeltà delle condizioni di rete, PMUs consentono agli operatori di rilevare anomalie, verificare l'integrità dei dati e isolare i segmenti compromessi più velocemente dei sistemi SCADA tradizionali possono.

L'integrazione della tecnologia phasor con più ampi framework di sicurezza informatica, il monitoraggio della rete, la risposta agli incidenti e la conformità alle normative, saranno critici in quanto gli operatori di rete affrontano un panorama di minacce in evoluzione.

Per ulteriori informazioni, vedere il NIST Cybersecurity Framework per l'infrastruttura critica, IEEE C37.118 Standard per i Synchrophasors, l'analisi degli attacchi Ukraine power grid, e le risorse dal