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智能网格网络安全中不断变化的威胁景观
电网数字化转型创造了一个复杂的攻击面,威胁参与者 — — 从孤立的黑客到国家赞助的团体 — — 正在积极探险。 成功的突破可以从单一的易受损设备升级到广泛的断电、设备破坏甚至生命损失。 最近的袭击,如2015年和2016年乌克兰电网事件和2021年殖民管道勒索软件事件(尽管这本身不是电网攻击,但凸显了基础设施的脆弱性 ) , 凸显了强有力的网络安全措施的紧迫性。
民族国家及先进威胁
国家赞助的对手拥有深入电网网络的资源和耐心。 他们的目标往往包括间谍、绘制未来破坏的关键系统图或制造持续的后门。 管理发电、传输和分配的工业控制系统 最初的设计并没有提到网络安全,使其成为主要目标。 比如,TRITON恶意软件框架针对施耐德电气公司的安全控制器,表明攻击者可以直接操纵安全系统。
瞄准能源公用事业
朗索姆软件操作者越来越将能源公用视为高值目标,因为停机时间成本是天文的。 与传统数据加密不同,一些赎金器械目前针对的是ICS特定协议,有可能将操作者锁在控制系统之外。 公用事业必须准备一些情景,因为需要实时操作连续性,所以无法从备份中恢复。 DarkSide 赎金器械袭击殖民地管道,扰乱了整个美国东海岸的燃料供应,这表明即使是管道控制系统也非常脆弱。
供应链和第三方风险
现代智能电网依赖于数百家销售商的数千个组件:智能仪表、中继器、RTU、PLC和网络设备。 单个固件更新或受损模块中引入的弱点可以在整个电网中传播。 Solar Winds [和 Kaseya[供应链攻击表明信任软件销售商如何导致广泛的妥协。 对于智能电网来说,这种风险被放大,因为设备往往寿命长,可能得不到固定的安全补丁。
智能网格中处于风险的关键部件
智能电网的每个层,从一代到消费者的智能电表,都呈现出需要保护的攻击表面。 了解这些组件有助于确定安全投资的优先次序。
SCADA 系统与控制中心
监控和数据获取系统(SCADA)是电网的大脑,它们从场面设备中收集数据并发送控制命令. 遗留SCADA系统经常运行在过时的操作系统上,并使用未加密的协议(例如Modbus, DNP3没有安全扩展). 破坏控制中心的攻击者可能会打开断路器,使变压器失效,或者改变加载的密闭方案. 应用CISA网络安全最佳做法 用于ICS并使用非军事区(DMZs)隔离控制网络至关重要.
高级计量基础设施(AMI)
智能仪表常常部署在外地,其物理曝光和计算力有限。 虽然它们个别是低优先目标,但如波多黎各“开膛手”方案所示,对数千米的协同攻击可以用来破坏计费系统或切断大面积的电源。 确保固件完整性、使用强大的加密通信手段以及实施篡改检测对AMI安全至关重要。
通信网络(广域网、局域网和无线)
智能网格依赖于有线和无线网络的组合,连接子站,分布式能源资源(DER),以及控制中心. 用于子站自动化的IEC 61850和用于同步的IEEEC 37.118等协议越来越多地在标准的IP网络上使用,没有适当的分区和加密,攻击者可以拦截或注入恶意包. Wi-Fi网络如果存在,如果不配置WPA3或其他强大的安全措施,那么在子站中的Wi-Fi网络就可以成为切入点.
智能网格网络安全核心战略
与典型的信息技术系统不同,提供性是最重要的:重启变压器或补补保护性中继器可能需要定期停电。 因此,战略必须平衡安全与操作复原力。
定期进行风险评估
公用事业应该按照诸如 NIST网络安全框架或IEC 62443]等框架定期进行网络安全风险评估。 这些评估确定高价值资产、潜在威胁和现有弱点。 例如,风险评估可能显示远程进入分站会使用默认的资质,或者备份控制中心缺乏网络分割。 基于风险的缓解优先化比试图平等地保护一切更为有效。
执行防御深度和分区
网络分割是网格安全的基石. ICS安全使用的Purdue模型[(Level 0-5)将企业IT(Level 4-5)与控制系统(Level 2-3)和场装置(Level 0-1)分离. 使用防火墙,单向二极管(数据二极管),工业非军事区(IDMZ),阻止了区间的直接通信. 例如,公司电子邮件妥协不应让攻击者在子站中访问保护中继器. 微分进一步限制区内的横向移动.
采用网格零信任架构( ZTA)
零信任假设任何用户或设备默认都无法信赖,即使在网络内部也是如此. 对于智能网格,这意味着验证每个控制系统的访问请求,应用最不优惠的政策,并持续监测异常. 在OT环境中实施ZTA需要仔细规划,因为遗留设备可能不支持现代认证. 然而,像网络访问控制(NAC)对于OT和多要素认证(MFA)对于人类运营商来说是可行的. CISA零信任成熟模型提供了适用于基础设施部门的指导.
制定事件应对和恢复计划
即使是最好的防御也有可能被突破。 公用事业必须拥有不仅涵盖信息技术系统,而且涵盖OT和实体安全的事件应对计划。 模拟断网的台式计算机演习可以揭示工程、安全和法律团队之间的通信差距。 如果无法使用SCADA,回收计划应包括子站的人工操作程序。 拥有关键配置文件和固件图像的空载备份至关重要。
监管框架和标准
遵守行业标准有助于确保安全水平的基线水平. 在美国,北美电力可靠性公司(NERC)对散装电系统实施[]关键基础设施保护标准[,这些标准涵盖安全管理,人员培训,电子周边,事故报告和回收,但许多较小的公用事业和配电商不受NERC CIP的直接管制,造成潜在的漏洞. 在国际上,IEC 62351标准为电力系统通信提供安全,包括IEC 61850和DNP3等协议的加密和认证. 采用这些标准即使没有授权,也能够自愿改善安全.
人工智能和机器学习的作用
AI和ML越来越多地用于检测可能显示网络攻击的网格操作中的异常. 例如,智能仪或异常控制指令序列的网络流量突然激增可以触发警报. ML模型可以学习电压,频率,和保护继电器操作的正常行为模式,然后是旗子偏差. 然而,这些系统必须接受代表性数据的培训,并经过仔细验证以避免出现可能使操作者失去敏化的假阳性. AI基于安全性还可以帮助在事件发生后进行自动化的威胁捕捉和法证分析.
建设安全文化
技术本身是不够的;人们往往是最薄弱的环节。 雇员、承包商和供应商需要不断接受关于钓鱼、社会工程和安全远程访问做法的培训。 许多违规行为始于针对公用事业员工的标枪邮件获取的受损证书。 创建“见某物,说某物”文化,并将网络安全KPI纳入绩效评价,可以提高警惕。 此外,公用事业部门应当参与信息共享小组,如 电子信息共享和分析中心(E-ISAC),以便及时获得威胁情报。
智能网格安全的未来方向
随着电网集成更分散的能源(太阳能、风能、电池存储)并采用5G、IOT、边缘计算等先进技术,攻击面将扩大。 网络安全标准需要逐步发展,以覆盖这些新部件。 量子安全加密对于长寿命电网资产可能是必要的。 此外,国际合作 — — 如国际能源机构的努力 — — 对协调跨界安全做法至关重要。 公用事业现在应该开始规划未来,因为电网安全不仅仅是信息技术的附加,而且是基本设计要求。
保护智能电网免受网络攻击并不是一个一次性项目,而是需要领导、持续投资以及全行业合作的持续进程。 通过实施分层防御,遵循公认的标准,培养安全意识文化,利益攸关方可以大幅降低网络对手造成的灾难性电网故障风险。 预防成本远远低于大面积停电的成本。