随着物联网(IOT)的继续扩张,电网的安全性比以往任何时候都更加重要。 IOT设备的互联性质既提供了优势,也提供了弱点,使得网络安全成为公用事业供应商、监管者和系统运营商的首要任务。 在单一受损传感器可能连成大范围干扰的环境中,一个有分寸的多层次防御并不是可选的 — — 这一点至关重要。

了解电网中的IOT

现代电网正在演变成严重依赖IOT设备的“智能电网 ” , 其中包括先进的传感器、智能仪表、远程终端装置、可编程逻辑控制器(PLC)和智能电子设备(IED )。 每个组件都生成实时监测、自动化和需求响应的数据,使公用事业能够更有效地运行并快速隔离断层。

网格操作中的 IOT 设备类型

  • Smart Meters: 交流能量使用数据并允许远程断开或重联.
  • 帕索测量单位:提供高速时标电压和电流测量,以了解广域情况。
  • 传送终端单元:[] 与现场设备和中继数据接口到控制中心.
  • 可编程逻辑控制器(PLCs):[]自动调制子站交换机和变压器操作.
  • 分配能源资源控制器:[ 管理太阳能电池板、风力涡轮机和电池储存系统。

效益和风险扩大

互联网技术设备可以降低运行成本,改善断电检测,并实现可再生能源的集成。 但是,每个设备都扩大了攻击表面。 许多互联网技术端点缺乏内置安全,使用默认的合格证明,或者运行在过时的固件上。 攻击者可以利用这些弱点注入虚假数据,破坏通信,甚至进入核心控制网络。 2015年乌克兰电网攻击表明,尖端对手如何利用互联网技术的弱点引发断电 — — 现在全球都对此感到关切。

关键网络安全战略

保护覆盖数千平方英里、包含数百万个终点的网格需要防御深入的方法。 以下战略涉及最关键的安全层。

强力认证和访问控制

第一防线是验证只有授权的人员和设备才能与网格系统交互. 多要素认证(MFA) 对所有远程访问控制系统来说应该是强制性的,此外,基于证书的设备认证确保只有事先批准的IoT端点才能将数据发送到网络. 私密访问管理(PAM)进一步将行政账户限制在最低限度的必要功能上. 例如,一个外地技术员可能只需要只重新访问传感器数据,而不是修改控制逻辑的能力.

常规软件更新和补丁管理

过时的固件是攻击者最常见的入口之一. 公用事业必须执行自动补丁管理系统,测试并部署所有IOT设备和控制服务器的更新。 因为有些网格设备运行在遗留的操作系统上,虚拟补丁和入侵预防规则可以减轻弱点,直到永久更新可用为止。 CISA StopRansomware指南[ 强调将软件保持当前状态作为关键基础设施的基础实践。

网络分割和零信任架构

将关键电网组件——例如监督控制和数据获取系统——从公司网络和不安全的IOT区段隔离起来至关重要。 零信任架构[ZTA] 进一步假定没有用户、设备或网络本身是可信的。所有流量都经过检查,并且通过连续核查,允许每次访问。例如,智能电表网络应通过防火墙与发电控制网络分离,并进行深包检查。这种封闭防止了在电网上横向扩散的妥协。

不断监测和威胁的发现

在所有IOT通信中的可见度是不可谈判的. 部署 侵入探测系统和安全信息和事件管理[SIEM]平台,使公用事业能够检测异常的交通模式,例如单个IP或意外固件更新请求的数据请求突然激增. 通过机器学习而获得动力的行为分析可以识别零天的利用,使基于签名的系统失之失之. 许多运营商现在运行专门的安全业务中心,24/7监测操作技术和IT环境. NIST网络安全框架提供了一种持续监测和事件反应的结构化方法.

雇员培训和安全意识

人为错误仍然是造成违规行为的主要原因。 培训方案必须超越年度合规模块,包括模拟的钓鱼攻击、发现被篡改装置的操作实验室以及报告可疑活动的明确程序。 针对公用事业人员的社会工程策略 — — 如要求远程准入的假供应商电话 — — 越来越普遍。 外勤业务、工程和行政部门的员工都需要针对特定角色的网络安全意识以保护IOT资产。

数据加密和安全通信

数据在IOT设备、网关和控制中心之间的旅行必须在休息和中转时加密。 TLS 1.3、IPsec和MACsec等协议应该取代较旧、不安全的替代方案。 对于资源紧张的传感器,轻量级加密标准(如NIST的Ascon)提供高效的加密,而不会消耗电池的生命。 安全的启动和硬件信任根确保只有签名的固件才能运行在连接网格的设备上,防止恶意代码注射。

新兴技术

网络安全创新正在以同步的速度与日益复杂的威胁相匹配。 几种技术正在重新塑造公用事业如何捍卫其网络。

人工智能和机器学习

AI/ML模型在分析IOT设备产生的大量数据流方面表现突出,它们能够发现显示正在发生攻击的微妙异常现象,例如,在协调攻击之前,对测量数据进行缓慢的过滤或不规则的电压读数,预测模型通过评估利用每一种脆弱性的可能性,帮助确定补丁的优先次序,但是AI系统本身可以通过对抗性输入来攻击;确保培训管道和模型完整性是积极研究的领域。

安全交易区块链

区块链技术为分散式电网的设备身份管理和能源交易提供了防篡改分类账. 每个IOT设备都可以有一个独特的,不可变的数码身份,在命令执行之前都会经过验证. 这种方法在跨活跃的能源市场特别有用,数百万智能设备在其中谈判能源交易. 区块链引入了耐久性和计算性高的顶端,但共识算法的持续改进使得它能够用于网格规模的部署. IEEE 发布了几个在智能电网中探索区块链的标准.

边际计算和分配情报

处理离IOT设备更近的安全决定会减少对中央服务器的依赖,并尽量减少空闲。边缘网关可以执行本地防火墙规则,进行流量过滤,并实时检测异常,即使与云的连接中断。这种分布式模式也会限制攻击的爆炸半径——在一个区域,一个受损的传感器不会暴露整个网络。许多公用事业正在边缘部署软件定义的网络(SDN),以动态隔离受感染的设备。

监管和遵约考虑

电网的网络安全不仅仅是一个技术挑战,而且日益成为一个监管挑战。 在美国,北美电力可靠性公司关键基础设施保护标准[CIP]规定了对大宗电力系统的具体保护。 这些标准包括电子安全周边、事件报告和脆弱性评估的要求。 欧盟的NIS2指令和最新的网络安全网络守则扩大了各成员国电网运营商的义务。合规提供了一个基线,但导致公用事业超过这些最低标准,以超越不断变化的威胁。 与 CISA关键基础设施工具等框架的接触有助于基准安全态势。

展望未来:网络安全的未来

随着电动车辆、智能建筑和分布式能源的激增,IOT的采用速度只会加快。 网络安全必须从被动的学科发展成为电网结构中主动的、内在的组成部分。 我们可能会看到更广泛地采用耐量子密码来保护长期机密,更深入地整合公用事业之间的威胁情报共享,以及利用数字双胞胎进行网络动力测试。 事件反应的自动化和协同化 — — 有时被称为“自我修复电网 ” — — 将减少复苏的刻板时间。

私人工业、政府机构和国际机构之间的合作至关重要。 没有任何单一的公用事业机构能够单独抵御国家赞助的行为者。 电力信息共享和分析中心(E-ISAC)等信息共享平台能够帮助成员快速传播威胁指标。 通过对当今的人力、流程和技术的投资,公用事业提供者可以建立一个不仅聪明而且能够抵御明天网络威胁的电网。