高級電表： 生態系統、安全威脅和計數器測量

　　智能電網電表的安全威脅

　　未來的智能電網或高級電表將在極大程度上依賴各種有線或無線通信技術。提高不同智能電網組件之間的自動化程度，則意味著要增加由計算機控制的電子設備和軟件，而這則可能會增加潛在的網絡攻擊。

　　網絡攻擊的一個獨特特點就是它可以從世界上任何一個遠程位置，通過公共網絡發起。華爾街日報報道過，網絡間諜曾侵入美國電網并安裝了可以破壞系統的軟件程序。成功的網絡攻擊帶來的潛在后果包括：發電機遭到破壞，停電甚至造成電網不穩定。這種嚴重的安全隱患已經引起了各國政府的關注。

　　通過一些研究，人們已經找到了幾種解決AMI網絡無線設備攻擊的方法。由于這些無線設備均位于供電公司的物理安全防線以外，因此它們受到破壞的機率非常大。Goodspeed所做的一項研究解釋了攻擊者如何從這些設備(包括用于網絡驗證的密匙)中獲得數據，以及如何修改設備的內存以插入惡意軟件。

　　AMI設備的其他漏洞包括不安全的數據總線，串行連接或遠程訪問調試端口。

　　除了以物理方式篡改儀表來改變其特性外，大多數已知的漏洞都與通信媒介和通信協議有關，因為與電網相連的互聯網本身就存在許多安全漏洞。對于一個經驗豐富的黑客來說，每一個通信路徑都是一個潛在的攻擊路徑。許多潛在的進入點實際上都沒有進行保護。無線網絡很容易被攻擊者監視，并且容易遭到中間人(Man-in-the-Middle)攻擊。

　　確保通信端口安全

　　下面提供一些建議實施的技術，以便為智能電網生態系統的通信通道提供保護。

　　(1) 使用安全的通信協議

　　電網的各個實體之間使用了大量數據交換協議。 其中一些協議，如傳輸控制協議(TCP)/互聯網協議(IP)、超文本傳輸協議(HTTP)和文件傳輸協議(FTP)被廣泛應用于全球信息技術領域。 這些協議都不是很安全，很容易受到攻擊，因為被傳輸的數據不受任何限制，可以很輕易地遭到黑客竊聽。

　　應當使用IPSec(互聯網協議安全)、SSL(安全套接字層)/TLS(傳輸層安全)和SSH(安全shell)替換這些不安全的協議。 IPsec使用加密技術，確保在專用網絡的參與節點之間傳輸的數據具有保密性、完整性和真實性。 TLS由IETF進行標準化，該協議的目的是使用數據加密，保護和驗證公共網絡之間的通信。這些協議旨在防止竊聽、消息偽造和干擾。

　　另一個協議是安全Shell(SSH)，它是一種程序，可以通過網絡登錄另一臺計算機并在遠程機器上執行命令。例如，SSH可用來遠程登錄電網切換設備，以監視其狀態或傳遞命令。它為處于不安全網絡的兩臺主機提供有效的驗證和安全的加密通信。它可以取代rlogin、rsh、rcp、rdist和telnet技術。SSH可以幫助網絡避開IP欺騙、IP源路由和DNS欺騙等攻擊。

　　(2) 加密的數據保護

　　幾乎所有安全協議(包括前面提到的協議)都需要使用某種密碼技術來對數據進行加密。一種常見的密碼算法是在對稱密匙加密中使用的AES(高級加密標準)算法。該算法在軟件和硬件中速度都很快，并且實施相對容易，不需要太多內存。 AES對保護分類信息非常有用。 要在用于保護國家安全系統的產品中實施AES，購買之前須經過NSA(國家安全局)的審查和認證。

　　AES支持三種密匙：128位，196位和256位。 密匙長度越長，提供的安全性越好。

　　(3) 提供更安全的控制和命令

　　對稱密匙加密適合用于保護大量數據，但是無法提供最高程度的安全性。非對稱密匙加密可以做到這一點，例如橢圓曲線數字簽名算法(ECDSA)可以用于加密任何控制/命令，如遠程斷開/建立連接、實時價格變化等。這為使用命令控制電網設備提供了更高級別的驗證。 基于橢圓曲線密碼學(ECC)的密匙交換可以提供更高程度的安全性。 ECC也可以用于Zigbee等無線網絡，提供數字證書來交換智能電網生態系統中的Zigbee節點/設備間信息。

　　(4) 密碼算法的密匙生成和保存

　　幾乎所有安全密碼和加密密匙都依賴于隨機播種。 使用偽隨機數字生成密匙會導致偽安全性。生成的隨機種子必須是真正隨機的，才能使破譯者無法進行模式分析。 美國國家標準與技術研究院(NIST)推薦使用兼容FIPS – 140-2標準的隨機數生成器來實現更高程度的安全性。來自通信端口的原始數據使用真正隨機的種子加密(如圖 3所示)。強烈推薦在硬件中實施隨機生成器，因為軟件生成的隨機數并不被認為是安全的，而且容易被破解。

　　(5) 安全的調試和客戶端-服務器認證

　　調試端口操作是黒客執行未授權程序代碼，以特權模式控制安全應用和運行代碼的常見方式之一。符合IEEE標準1149.1 (AKA JTAG) 的調試端口，讓黑客有機可乘，可以通過任意方式破壞系統的安全機制，并獲得對操作系統的控制。為了保證系統的安全，應當嚴格禁止在未授權的情況下使用調試端口。