電力系統(tǒng)二次網(wǎng)絡(luò)安全隔離裝置的設(shè)計(jì)研究摘要：為了解決電力系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題、提高電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性，設(shè)計(jì)了二次網(wǎng)絡(luò)安全隔離裝置。首先，分析了二次網(wǎng)絡(luò)安全隔離裝置的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括實(shí)時(shí)控制區(qū)、生產(chǎn)管理區(qū)、非控制生產(chǎn)區(qū)等；然后，設(shè)計(jì)安全隔離裝置硬件架構(gòu)，隔離內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)的物理信息。最后，以某220kv變電站為例，對(duì)所設(shè)計(jì)的安全隔離裝置開(kāi)展試點(diǎn)運(yùn)行。通過(guò)試點(diǎn)運(yùn)行結(jié)果表示，所設(shè)計(jì)的二次網(wǎng)絡(luò)安全隔離裝置能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行測(cè)試，提高了系統(tǒng)測(cè)試效果，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性。關(guān)鍵詞：二次網(wǎng)絡(luò)電力系統(tǒng)安全隔離裝置安裝隔離設(shè)計(jì)DesignandResearchofSecondaryNetworkSecurityIsolationDeviceforPowerSystemSHIPengchengShandongGuangdaEngineeringConsultingCo.，Ltd.，Jinan，ShandongProvince，250000ChinaAbstract：Inordertoaddressnetworksecurityprobleminthepowersystemandimproveoperationalsecurity，thesecondarynetworksecurityisolationdeviceisdesigned.Firstly，thebasictopologystructureofsecondarynetworksecurityisolationdeviceisanalyzed，includingreal-timecontrolarea，productionmanagementarea，non-controlproductionarea，etc.Then，itdesignsthehardwarearchitectureofsecurityisolationdevicetoisolatethephysicalinformationofinternalandexternalnetworkdatabase.Finally，takinga220kVsubstationasanexample，apilotoperationwascarriedoutonthedesignedthesafetyisolationdevice.Theresultsofthepilotoperationshowthatthedesignedsecondarynetworksecurityisolationdevicecantestthenetworkprotocol，improvethetesteffectofthesystem，andensuretheoperationsafetyofthepowersystem.KeyWords：Secondarynetwork;Powersystem;Securityisolationdevice;Installationandisolationdesign在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)不斷發(fā)展的過(guò)程中，發(fā)電廠也逐漸進(jìn)入數(shù)字化電力時(shí)代中。將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)運(yùn)行中，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的日常管理、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)與辦公，能夠保證電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的安全性。早期網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都是獨(dú)立局域網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換功能。在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)的背景下，不僅要避免外部攻擊，還要阻止內(nèi)部攻擊，病毒、黑客等因素對(duì)電力企業(yè)健康發(fā)展造成了嚴(yán)重威脅。我國(guó)在2000年開(kāi)始逐漸重視電力二次系統(tǒng)，主要是因?yàn)樗拇ǘ┧姀S監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)異常，從而導(dǎo)致川渝電網(wǎng)出現(xiàn)事故。究其原因是電力系統(tǒng)缺少網(wǎng)絡(luò)隔離措施，受到外部攻擊造成重大安全事故。所以，設(shè)計(jì)安全隔離裝置，保證電力系統(tǒng)二次網(wǎng)絡(luò)的安全性，能夠使電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行[wl5]"[1]。1二次網(wǎng)絡(luò)安全隔離裝置的設(shè)計(jì)根據(jù)電力系統(tǒng)二次網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，劃分為不同的區(qū)域，分別為實(shí)時(shí)控制區(qū)、管理信息區(qū)、非控制生產(chǎn)區(qū)等，[wl6]"區(qū)域中包括三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具體如圖1所示。1.1安全隔離裝置的硬件架構(gòu)利用安全數(shù)據(jù)的交換單元和內(nèi)外網(wǎng)創(chuàng)建信息安全隔離裝置，根據(jù)專(zhuān)用通信硬件對(duì)內(nèi)外網(wǎng)主機(jī)數(shù)據(jù)交換。通過(guò)有效隔離內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)交換可靠性得到提高。隔離系統(tǒng)中的操作比較復(fù)雜，要求用戶(hù)以自身業(yè)務(wù)的特點(diǎn)滿(mǎn)足安全性需求，提高內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)通信的安全性，并且方便客戶(hù)的應(yīng)用，圖2為隔離裝置的硬件架構(gòu)。隔離裝置硬件架構(gòu)的主要功能為不可旁路機(jī)制、敏感標(biāo)記識(shí)別、安全功能區(qū)域的分割和強(qiáng)制性訪問(wèn)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)信息內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)的物理隔離[2]。安全隔離裝置由以下3個(gè)部分構(gòu)成，[A7]"具體如下。（1）客戶(hù)端Java數(shù)據(jù)庫(kù)連接[wl8]"（JavaDatabaseConnectivity，[A9]"JDBC）驅(qū)動(dòng)程序。主要設(shè)置在應(yīng)用服務(wù)器端，通過(guò)JDBC實(shí)現(xiàn)用戶(hù)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)請(qǐng)求序列化的功能，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱矸?wù)器中。另外，還能夠通過(guò)反序列傳輸代理服務(wù)器，從而處理請(qǐng)求的數(shù)據(jù)結(jié)果。（2）配置管理客戶(hù)端。能夠配置代理服務(wù)器，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。（3）代理服務(wù)器。實(shí)現(xiàn)反序列客戶(hù)端的訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)請(qǐng)求，對(duì)SQ（StructuredQueryLanguage）請(qǐng)求的安全性進(jìn)行警察，在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得出結(jié)果[3]。1.2安全硬件設(shè)備1.2.1物理隔離設(shè)備物理隔離是指內(nèi)部網(wǎng)無(wú)法和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)連接，通過(guò)內(nèi)外網(wǎng)的物理隔離，能夠在物理傳到中對(duì)內(nèi)外部網(wǎng)隔離，保證外部網(wǎng)不能利用網(wǎng)絡(luò)連接入侵內(nèi)部網(wǎng)，并且避免數(shù)據(jù)泄露。通過(guò)物理存儲(chǔ)將內(nèi)外網(wǎng)隔離，針對(duì)處理器、內(nèi)存等斷電后遺失的信息，利用網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換清除，避免殘留的信息竄網(wǎng)，可以使用硬盤(pán)、磁帶機(jī)等進(jìn)行存儲(chǔ)[4]。1.2.2縱向加密設(shè)備將信息利用加密函數(shù)與鑰匙轉(zhuǎn)換為密文，接收方對(duì)密文還原為明文。通過(guò)密文的方式實(shí)現(xiàn)源點(diǎn)到終點(diǎn)的傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)端到端加密。提高消息傳輸?shù)陌踩裕幢闶枪?jié)點(diǎn)遭到破壞，也不會(huì)導(dǎo)致消息泄露。另外，此系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本較低，而且具有較高的鏈路與節(jié)點(diǎn)加密可靠性，方便系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)。通過(guò)端到端加密，降低了同步問(wèn)題的發(fā)生幾率。使用獨(dú)立加密報(bào)文，在某報(bào)文存在問(wèn)題時(shí)，不會(huì)影響其他報(bào)文的應(yīng)用。其次，在分析用戶(hù)安全需求時(shí)，端到端加密的效果良好。此方法在應(yīng)用過(guò)程中并不會(huì)影響其他用戶(hù)，只需要實(shí)現(xiàn)目的節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)的保密[5]。1.2.3防火墻設(shè)備在外部網(wǎng)絡(luò)和被保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置的防火墻屏障，避免不可預(yù)測(cè)的事物入侵。利用檢測(cè)改變防火墻數(shù)據(jù)流，屏蔽網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的運(yùn)行情況、結(jié)構(gòu)和信息，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全性。1.2.4虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為了使不同應(yīng)用系統(tǒng)的信息隔離需求滿(mǎn)足，將虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)（VirtualPrivateNetwork，VPN）技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)二次安全分區(qū)中。VPN使用訪問(wèn)控制、用戶(hù)認(rèn)證、信息加密等技術(shù)，利用IPSec、L2TP等協(xié)議進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)各個(gè)子網(wǎng)數(shù)據(jù)的加密封裝，利用虛擬網(wǎng)絡(luò)隧道傳輸，避免竊取敏感數(shù)據(jù)。另外，還能夠在同個(gè)設(shè)備中使用多虛擬路由器實(shí)現(xiàn)VPN[6]。1.3實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)針對(duì)不同區(qū)域中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，傳統(tǒng)方法是將III區(qū)網(wǎng)關(guān)機(jī)對(duì)I區(qū)或II區(qū)發(fā)送請(qǐng)求，通過(guò)I區(qū)或II區(qū)網(wǎng)關(guān)機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送到III區(qū)中。在不同區(qū)之間安裝隔離裝置，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)攻擊。所以，就要通過(guò)修改滿(mǎn)足二次網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)需求，如調(diào)整反向應(yīng)答字節(jié)數(shù)等。因?yàn)闄M向隔離裝置為單項(xiàng)傳輸，通過(guò)I區(qū)或II區(qū)對(duì)III區(qū)發(fā)送，所以就要改造應(yīng)用程序。發(fā)送端為I區(qū)程序，接收端為III區(qū)。專(zhuān)用橫向隔離裝置設(shè)置4個(gè)字節(jié)數(shù)，所以應(yīng)答報(bào)文不能夠超過(guò)4個(gè)字節(jié)。2試點(diǎn)與運(yùn)行以某220kV變電站為例，該變電站可以對(duì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)度，對(duì)II區(qū)綜合應(yīng)用服務(wù)器中的數(shù)據(jù)在其他數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)機(jī)中進(jìn)行發(fā)送。同時(shí)，透明化隔離裝置被設(shè)置在III區(qū)中，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。另外，定義單向TCP/IP協(xié)議，對(duì)文件內(nèi)容、名稱(chēng)和大小進(jìn)行考慮后傳輸文件，根據(jù)服務(wù)器的序列對(duì)文件是否成功傳輸進(jìn)行確認(rèn)。根據(jù)接入站測(cè)控裝置閉鎖或告警節(jié)點(diǎn)，以IRIG-B（inter-rangeinstrumentationgroup-B）模式開(kāi)展校對(duì)。本文所測(cè)試的結(jié)果通過(guò)表1說(shuō)明，利用測(cè)試數(shù)據(jù)表示用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（OpenSystemsInterconnection[A11]"，UDP）數(shù)據(jù)包的吞吐量一般為173.972Mbit/s，并且運(yùn)行穩(wěn)定，沒(méi)有丟包。使用DOS服務(wù)（DiskOperatingSystem，拒絕絕務(wù)）[A12]"攻擊，能夠有效測(cè)試網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使系統(tǒng)的測(cè)試效果得到提高。對(duì)比傳統(tǒng)正向隔離裝置，本文所設(shè)計(jì)的裝置傳輸可靠性與速率比較高，利用深度報(bào)文檢測(cè)技術(shù)能夠使數(shù)據(jù)傳輸安全性得到提高。另外，利用隔離裝置能夠提高人機(jī)用戶(hù)管理安全性。通過(guò)技術(shù)的應(yīng)用，本文安全隔離裝置能夠提高II區(qū)與III區(qū)的邊界防護(hù)[7]。目前，我國(guó)電力事業(yè)在不斷朝著智能化、信息化的方向發(fā)展。在現(xiàn)代化電力系統(tǒng)建設(shè)中，為了使電力通信更加的穩(wěn)定、安全，要在電力系統(tǒng)中設(shè)置網(wǎng)絡(luò)安全隔離裝置。安全防護(hù)為電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全管理的重點(diǎn)，從而提高電力企業(yè)的效益。本文所提出的二次網(wǎng)絡(luò)安全隔離裝置，能夠使內(nèi)外網(wǎng)隔離程度提高，使系統(tǒng)整體安全性增強(qiáng)，還能夠保證二次網(wǎng)絡(luò)安全性，從而為電力系統(tǒng)二次網(wǎng)絡(luò)防護(hù)提供可靠、安全的保障。[1]于芮技，白延博，張擁軍.i國(guó)網(wǎng)雙網(wǎng)隔離環(huán)境下內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].長(zhǎng)江信息通信，2024，37（10）：98-100.[2]張展耀，俞伊麗，接曉霞，等.110kV智能變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造方案設(shè)計(jì)與研究[J].山東電力高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2024，27（1）：8-13.[3]孫海文.電力監(jiān)控系統(tǒng)的二次安防策略分析[J].集成電路應(yīng)用，2022，39（5）：198-199.[4]唐兆軍，王穎，朱松濤，等.城市軌道交通走行軌回流系統(tǒng)鋼軌電位抑制技術(shù)綜述[J].城市軌道交通研究，2