3.2電力CPS網(wǎng)絡攻擊分類

　　對電力CPS網(wǎng)絡攻擊的分類可以從通信網(wǎng)絡覆蓋范圍和網(wǎng)絡攻擊目的兩方面來闡述。

　　電力系統(tǒng)主要包括發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度六個環(huán)節(jié)。按照通信網(wǎng)絡覆蓋范圍，將網(wǎng)絡攻擊分為廣域網(wǎng)絡(WAN)攻擊、鄰域網(wǎng)絡(NAN)攻擊和家庭網(wǎng)絡(HAN)攻擊。各種攻擊類型特點如表2所示。

表2 按覆蓋范圍的網(wǎng)絡攻擊分類

       以破壞所述的網(wǎng)絡“CIA”安全目標為攻擊目的，將攻擊行為分為以破壞可用性為目的、破壞完整性為目的、破壞保密性為目的的網(wǎng)絡攻擊，其特點總結如表3所示。

表3 按攻擊目標的網(wǎng)絡攻擊分類

　　4、電力CPS網(wǎng)絡攻擊場景

　　電力CPS系統(tǒng)中涉及網(wǎng)絡安全的典型應用場合包括輸電操作、配電自動化、高級量測體系、需求響應、用戶交互等。本節(jié)將結合以上應用場合，按照電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配、用戶側(cè)幾個環(huán)節(jié)展開，對可能存在網(wǎng)絡攻擊的具體場景進行總結歸納，如表4所示。

表4 電力CPS攻擊場景

　    5、中國電力CPS系統(tǒng)網(wǎng)絡攻擊應對研究

　　在中國，國家電網(wǎng)公司作為全球最大的公用事業(yè)企業(yè)，每個月都可能遭受來自世界各地、各方勢力的網(wǎng)絡攻擊嘗試。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)建設上升到國家戰(zhàn)略層面，作為重要一環(huán)的電力CPS系統(tǒng)的推行使得傳統(tǒng)電網(wǎng)面臨更多潛在的網(wǎng)絡攻擊威脅。

　　為加強中國電力通信系統(tǒng)信息安全管理，防范黑客及惡意代碼等對電力監(jiān)控系統(tǒng)的攻擊和侵害，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，2014年8月1日中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會頒布第14號令《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護規(guī)定》，這也意味著電力信息系統(tǒng)的安全已經(jīng)被提高到國家安全層面。

　　從網(wǎng)絡架構來看，相比歐美發(fā)達國家，中國電力信息系統(tǒng)更為堅強。然而這一切需要建立在物理設備可信的基礎上。當物理設備本身遭受人為蓄意的破壞、攻擊和干擾時，其可靠性的降低將嚴重影響整個電力信息系統(tǒng)的安全。

　　隨著中國CPS系統(tǒng)的大力推進, 電力信息化進程逐步提速。中央網(wǎng)絡安全和信息化領導小組會議指出：“沒有網(wǎng)絡安全就沒有國家安全，沒有信息化就沒有現(xiàn)代化；網(wǎng)絡安全和信息化是一體之兩翼、驅(qū)動之雙輪，必須統(tǒng)一謀劃、統(tǒng)一部署、統(tǒng)一推進、統(tǒng)一實施。”當前電網(wǎng)已經(jīng)不再只根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部信息進行調(diào)整和控制，越來越多的外部信息通過各種業(yè)務途徑直接或間接影響著電力系統(tǒng)控制決策。此外，中國倡導的全球能源互聯(lián)網(wǎng)的建設，也需要進一步考慮不同國家電網(wǎng)中電力和通信設備、網(wǎng)架結構的差異性。

　　結合本國電力信息網(wǎng)絡實際，中國學者已在網(wǎng)絡攻擊領域展開以下研究：

　　1) 國網(wǎng)電力科學研究院薛禹勝院士團隊開展的“考慮通信信息系統(tǒng)風險的電網(wǎng)安全穩(wěn)定防御關鍵技術研究”，首次從信息物理融合角度，對通信系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡、一二次設備和電力系統(tǒng)同時進行監(jiān)控和關聯(lián)分析，檢測各種異常和故障行為，探索通信系統(tǒng)與電力系統(tǒng)交互影響機理，形成通信與電力協(xié)調(diào)優(yōu)化的綜合防御體系。

　　2) 國內(nèi)各高校和科研單位已經(jīng)陸續(xù)開展信息安全對電力CPS系統(tǒng)影響研究。清華大學研究團隊展開了信息網(wǎng)絡失效對電力二次系統(tǒng)影響的研究；東南大學研究團隊開展了電力系統(tǒng)和信息系統(tǒng)交互影響機理研究；福建電科院牽頭，浙江大學、山東理工大學等多家單位參與的863計劃“配電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)關鍵技術研究及示范”針對配電網(wǎng)CPS系統(tǒng)開放式通信體系和網(wǎng)絡安全技術等展開研究；國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院、中國電力科學研究院等國家電網(wǎng)公司直屬科研單位依托國家電網(wǎng)公司信息安全重點實驗室開展了深入的技術研究與技術支撐工作。

　　3) 電力CPS系統(tǒng)是一個電力系統(tǒng)與信息通信系統(tǒng)深度融合的時空多維異構系統(tǒng)，針對其網(wǎng)絡安全特性的分析已不再能夠通過單一電力或通信仿真工具進行分析和仿真。因此，亟需提出全新的電力信息安全分析聯(lián)合仿真平臺。該平臺需要能夠?qū)﹄娏π畔⒕W(wǎng)相關安全事件(如網(wǎng)絡攻擊、信息中斷)進行準確的仿真，并能夠通過多平臺交互對此類事件在電力物理系統(tǒng)產(chǎn)生的后果進行精確模擬。南瑞集團牽頭，東南大學參與的研究團隊已經(jīng)對此展開初步研究，搭建了基于FASTEST和OPNET（SSFNET）的聯(lián)合仿真平臺，并且針對信息安全對電力系統(tǒng)狀態(tài)評估系統(tǒng)、自動發(fā)電控制系統(tǒng)等的影響進行了分析。

　　6、展望

　　中國現(xiàn)有關于電力CPS網(wǎng)絡攻擊的研究還處于起步階段，但隨著能源互聯(lián)網(wǎng)建設上升到國家戰(zhàn)略層面，電力CPS的進一步推行也將使電網(wǎng)面臨更多潛在的威脅，未來關于電力CPS網(wǎng)絡攻擊這個課題的重點研究方向有以下幾點：

　　1) 主動響應配電網(wǎng)環(huán)境下的電力CPS網(wǎng)絡攻擊研究。智能家居、電動汽車等接入使配網(wǎng)有主動響應功能，實現(xiàn)通信的方式包括ZigBee、Wi-Fi等，需要研究如何在主動響應配電網(wǎng)環(huán)境下有效識別并抵御網(wǎng)絡攻擊，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

　　2) 考慮網(wǎng)絡攻擊的電力CPS可靠性評估方法。網(wǎng)絡攻擊造成的時延、誤碼和中斷等通信故障將有可能導致電力系統(tǒng)非正常運行甚至引發(fā)連鎖故障，提出合理的電力CPS可靠性評估方法, 能夠識別系統(tǒng)關鍵節(jié)點，指導CPS網(wǎng)絡防御體系建設。

　　3) 網(wǎng)絡攻擊環(huán)境下的電力CPS混合仿真方法?，F(xiàn)有的電力CPS混合仿真平臺還只能處理簡單的信息通信問題，尚未在建模中考慮網(wǎng)絡攻擊方法、模式等問題。考慮網(wǎng)絡攻擊場景下，提出高效可靠的電力CPS混合仿真方法，將是該領域未來研究的重點方向。