蔣亞坤，韓校，蔣淵

（云南電力調(diào)度控制中心，云南 昆明 650011）

0 引言

隨著社會生產(chǎn)生活節(jié)奏的加快，用電量也在逐年增加，對于電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量提出了更高的要求。在智能電網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)程中，對于先進(jìn)技術(shù)手段的依賴程度相對較高，能夠促進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行效率的提升，加強(qiáng)對系統(tǒng)的有效管理，防止各類故障問題的出現(xiàn)。然而，由于網(wǎng)絡(luò)具有開放性的特點(diǎn)，因此在電力系統(tǒng)中也會存在諸多威脅，給系統(tǒng)運(yùn)行埋下了較多的安全隱患。采用多種形式的安全隔離措施，是當(dāng)前電力系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行的關(guān)鍵，能夠提升系統(tǒng)的可控性。尤其是在電力行業(yè)競爭逐漸加劇的趨勢下，做好安全隔離才能防止企業(yè)遭受嚴(yán)重?fù)p失，促進(jìn)其長遠(yuǎn)發(fā)展。不同網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)在原理、特點(diǎn)和適用性等方面有所差異，在網(wǎng)絡(luò)隔離系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該根據(jù)具體需求，改善電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行環(huán)境。

1 電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)隔離概述

網(wǎng)絡(luò)隔離可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)的有效分隔，從而避免網(wǎng)絡(luò)病毒和網(wǎng)絡(luò)攻擊對特定網(wǎng)絡(luò)的威脅，保障運(yùn)行的安全性。但是，不同網(wǎng)絡(luò)之間需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這對于網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)提出了更高的要求，網(wǎng)絡(luò)隔離不能對正常的數(shù)據(jù)交換產(chǎn)生負(fù)面影響。比如在最早期的人工拷盤中，就實(shí)現(xiàn)了不同計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間的有效隔離，近年來隨著技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)隔離形式也變得更加豐富，包括了VPN隔離、物理隔離和協(xié)議隔離等。網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)是在非安全區(qū)和網(wǎng)絡(luò)之間建立了“橋梁”，能夠?qū)崿F(xiàn)對危險(xiǎn)因素的有效控制，在數(shù)據(jù)交換中起到良好的防護(hù)作用。修橋策略是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)隔離中經(jīng)常采用的策略，能夠保障數(shù)據(jù)交換的速度，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)重組的情況，但是其安全性相對不高。防火墻技術(shù)和多重安全網(wǎng)關(guān)技術(shù)都采用了修橋策略，前者針對網(wǎng)絡(luò)層實(shí)施防護(hù)，后者則強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)層到應(yīng)用層的全面防護(hù)。相較于修橋策略而言，渡船策略的應(yīng)用則不允許業(yè)務(wù)協(xié)議直接通過，需要重組數(shù)據(jù)，因此能夠提升防護(hù)安全。網(wǎng)閘隔離方式就是采用了渡船策略，交換緩沖區(qū)的構(gòu)建增強(qiáng)了整體監(jiān)控效果。此外，人工策略由于不進(jìn)行物理連接，因此也可以提高系統(tǒng)安全性，但是在大量數(shù)據(jù)交換中呈現(xiàn)出一定的局限性。

非法人員和黑客等不法分子會借助于網(wǎng)絡(luò)攻擊對電力系統(tǒng)進(jìn)行入侵，導(dǎo)致電力系統(tǒng)面臨的威脅增大。網(wǎng)絡(luò)攻擊主要是對電力系統(tǒng)的功能進(jìn)行破壞，跟蹤控制系統(tǒng)與通信系統(tǒng)的一系列行為，系統(tǒng)或者資源等會由于網(wǎng)絡(luò)漏洞的存在而遭受嚴(yán)重威脅。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中受到的威脅越來越多，除了直接威脅網(wǎng)絡(luò)設(shè)備外，還會對數(shù)據(jù)信息產(chǎn)生影響。強(qiáng)化對電力系統(tǒng)安全的有效防護(hù)，成為了當(dāng)前電力企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營中的主要工作內(nèi)容，應(yīng)該以數(shù)據(jù)安全防護(hù)為重點(diǎn)，確保在數(shù)據(jù)傳輸、存儲和處理等環(huán)節(jié)都保持良好的安全性。網(wǎng)絡(luò)安全涉及的內(nèi)容較多，需要建立一個(gè)完整的防護(hù)體系，從管理層面和技術(shù)層面入手實(shí)施控制。特別是網(wǎng)絡(luò)威脅呈現(xiàn)出動態(tài)化的特點(diǎn)，因此在安全管理中也應(yīng)該保持動態(tài)化，了解網(wǎng)絡(luò)威脅的基本特點(diǎn)，明確應(yīng)用安全、管理安全、網(wǎng)絡(luò)安全和系統(tǒng)安全的不同需求，從而制定針對性的防護(hù)策略。

2 電力系統(tǒng)常用網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)比較

2.1 防火墻

防火墻技術(shù)在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)隔離中較為常見，其核心技術(shù)是訪問控制列表技術(shù)，借助于網(wǎng)絡(luò)路由控制實(shí)現(xiàn)隔離的目的。以路由為依托，各類數(shù)據(jù)包可以快速傳輸，加強(qiáng)對路由的安全管控，能夠改善通訊線路的運(yùn)行狀況，數(shù)據(jù)包流向也更加科學(xué)合理。在互聯(lián)網(wǎng)興起的初始階段，防火墻技術(shù)就已經(jīng)得到逐漸應(yīng)用，該技術(shù)具有較強(qiáng)的成熟度。一般情況下，針對網(wǎng)絡(luò)4層以下的控制，防火墻能夠起到有效的防護(hù)效果，然而在蠕蟲防護(hù)和病毒防護(hù)中呈現(xiàn)出一定的局限性，因此通常應(yīng)用于電力系統(tǒng)的初級隔離當(dāng)中，在深層隔離時(shí)還需要融合其他技術(shù)手段。在應(yīng)用NAT技術(shù)時(shí)，地址翻譯能夠?qū)?nèi)網(wǎng)IP地址實(shí)施隱藏處理，屬于代理服務(wù)器技術(shù)范疇，然而該技術(shù)也無法實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的全面防護(hù)。隨著網(wǎng)絡(luò)攻擊類型的增多，防火墻對于應(yīng)用層的控制力度不足，容易被病毒侵入，內(nèi)網(wǎng)地址因此被泄露，難以發(fā)揮NAT技術(shù)的安全隔離作用。在網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用過濾防火墻，有效過濾信息數(shù)據(jù)，防止病毒傳輸對信息造成破壞。在對網(wǎng)絡(luò)攻擊和病毒數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新時(shí)，則可以借助于雙穴防火墻，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的全面搜集。

2.2 多重安全網(wǎng)關(guān)

針對當(dāng)前防火墻技術(shù)的劣勢，提出了多重安全網(wǎng)關(guān)技術(shù)，相較于防火墻而言，可以設(shè)置多個(gè)屏障實(shí)現(xiàn)全面檢查。多重安全網(wǎng)關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層到應(yīng)用層的深入檢測，真正改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，可以根據(jù)處理能力的差異采用多個(gè)設(shè)備或者一個(gè)設(shè)備實(shí)施防護(hù)。在多重網(wǎng)點(diǎn)檢查中，主要涉及防火墻FW、防入侵IPS、防攻擊、內(nèi)容過濾和流量整形等。隨著技術(shù)水平的不斷提高，多重安全網(wǎng)關(guān)技術(shù)在架橋策略中得到廣泛應(yīng)用，對于設(shè)備安全檢查功能的要求較高，能夠提高運(yùn)行速度[1]。

2.3 網(wǎng)閘

網(wǎng)閘技術(shù)屬于“代理+擺渡”模式，相較于架橋模式而言，由于采用了“擺渡”策略，因此能夠增強(qiáng)整體安全性。除了能夠滿足協(xié)議代理的需求外，還應(yīng)該更加快速地“拆卸”數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)還原，因此在網(wǎng)絡(luò)威脅識別中更具優(yōu)勢。在應(yīng)用網(wǎng)閘技術(shù)時(shí)，主要是通過隔離與交換控制單元、外網(wǎng)處理單元和內(nèi)網(wǎng)處理單元之間的協(xié)同配合來達(dá)到網(wǎng)絡(luò)安全隔離的目的。通訊協(xié)議的連接可以被專用協(xié)議所阻斷，上層業(yè)務(wù)采用代理的方式。網(wǎng)閘隔離技術(shù)在非涉密網(wǎng)絡(luò)與涉密網(wǎng)絡(luò)互連中的應(yīng)用效果較好，尤其是雙向網(wǎng)閘隔離技術(shù)大大提高了電力系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性[2]。

2.4 交換網(wǎng)絡(luò)

交換網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)可以最大限度地提升數(shù)據(jù)完整性，真正在系統(tǒng)運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)了“雙人審計(jì)”，同時(shí)也滿足了業(yè)務(wù)代理的要求。無論是數(shù)據(jù)的雙向交換還是單向交換，都可以在交換網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中進(jìn)行，真正保障隔離網(wǎng)絡(luò)的安全性，在兩端設(shè)置網(wǎng)閘或者多重網(wǎng)關(guān)，增強(qiáng)系統(tǒng)的隔離效果。交換網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)平臺和接入平臺的有效優(yōu)化，為互聯(lián)網(wǎng)客戶和專線客戶提供更加可靠的安全保障，避免對企業(yè)的生產(chǎn)專用網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生較大的安全威脅，充分發(fā)揮了審計(jì)安全技術(shù)和監(jiān)控安全技術(shù)的優(yōu)勢。業(yè)務(wù)代理是交換網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的關(guān)鍵，有效規(guī)范申請代理和業(yè)務(wù)代理兩個(gè)基本流程，確保接入緩沖區(qū)和業(yè)務(wù)緩沖區(qū)的安全性，為客戶業(yè)務(wù)向生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的接入提供了保障[3]。渡船策略是交換網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的主要策略，安全保護(hù)措施更加全面和可靠。

2.5 技術(shù)比較

由于網(wǎng)絡(luò)安全需求存在一定差異，因此在采用網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)時(shí)也應(yīng)該更具針對性，應(yīng)該明確系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性功能需求，分析數(shù)據(jù)交換量，從而選擇更加切實(shí)有效的技術(shù)手段。如果數(shù)據(jù)量不大，則可以采用物理隔離的方式即人工方式，能夠改善系統(tǒng)可靠性。如果系統(tǒng)對于實(shí)時(shí)性功能要求較高，則可以采用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)，而且適應(yīng)了大數(shù)據(jù)服務(wù)的要求，在多業(yè)務(wù)平臺建設(shè)中也可以獲取可靠的技術(shù)支持。針對網(wǎng)絡(luò)攻擊，可以采用網(wǎng)閘隔離技術(shù)，在定期批量數(shù)據(jù)交換中可以發(fā)揮其自身的優(yōu)勢。要想有效隔離互聯(lián)網(wǎng)和辦公網(wǎng)絡(luò)，則采用多重安全網(wǎng)關(guān)隔離技術(shù)，也可以滿足不同涉密網(wǎng)絡(luò)之間的通信，但是無法達(dá)到非涉密網(wǎng)絡(luò)和涉密網(wǎng)絡(luò)的防護(hù)要求。如果網(wǎng)絡(luò)隔離的安全級別一致，則可以采取防火墻隔離技術(shù)[4]。

3 電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)隔離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用策略

3.1 安全區(qū)劃分

3.1.1 實(shí)時(shí)控制區(qū)

在電力系統(tǒng)發(fā)電和供電工作當(dāng)中，應(yīng)該充分發(fā)揮實(shí)時(shí)控制區(qū)的作用，改善業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，滿足操作員和調(diào)度員的使用需求。在實(shí)時(shí)控制區(qū)的作用下，能夠滿足數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞的要求，在保障數(shù)據(jù)安全的前提下，可以提高數(shù)據(jù)共享的效率，符合新時(shí)期電力系統(tǒng)建設(shè)的要求。在電力系統(tǒng)二次設(shè)計(jì)與開發(fā)中，應(yīng)該對實(shí)時(shí)控制區(qū)提高重視，這是保障網(wǎng)絡(luò)安全的關(guān)鍵前提，安全等級相對較高。該業(yè)務(wù)系統(tǒng)屬于電力生產(chǎn)范疇，對于電力調(diào)度和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的依賴性較強(qiáng)，需要確保在線運(yùn)行的可靠性，滿足大量數(shù)據(jù)交換的要求[5]。防火墻在實(shí)時(shí)控制區(qū)的安全隔離中應(yīng)用較多，應(yīng)該經(jīng)過相關(guān)部門的審核后才能設(shè)置防火墻，以達(dá)到規(guī)范化管理和控制的目的。

3.1.2 非控制生產(chǎn)區(qū)

非控制生產(chǎn)區(qū)也是安全區(qū)中的重要組成部分，不具備很強(qiáng)的控制能力，無法實(shí)現(xiàn)批發(fā)交易，在非控制生產(chǎn)區(qū)的作用下，能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)中無需控制的部分提供可靠保障。通信監(jiān)控系統(tǒng)和電能計(jì)量系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，會受到非控制生產(chǎn)區(qū)功能的影響，需要結(jié)合交易人員和運(yùn)維人員的使用需求實(shí)施設(shè)計(jì)。對于非控制生產(chǎn)區(qū)和實(shí)時(shí)控制區(qū)的隔離防護(hù)，可以采用防火墻實(shí)現(xiàn)[6]。

3.1.3 生產(chǎn)管理區(qū)

在電力生產(chǎn)當(dāng)中，需要通過生產(chǎn)控制區(qū)來實(shí)施有效防護(hù)，這也是提高企業(yè)管理水平，保障良好經(jīng)營成效的關(guān)鍵。其中，調(diào)度生產(chǎn)管理系統(tǒng)和統(tǒng)計(jì)報(bào)表系統(tǒng)在電力系統(tǒng)運(yùn)行中的應(yīng)用較多，需要以安全性為前提，通過提供WEB服務(wù)滿足系統(tǒng)的功能需求。

3.1.4 管理信息區(qū)

管理信息區(qū)不參與到生產(chǎn)經(jīng)營當(dāng)中，也不涉及采購過程，其中MIS系統(tǒng)和OAS系統(tǒng)的應(yīng)用較為常見。管理信息區(qū)和生產(chǎn)管理區(qū)之間的數(shù)據(jù)交換較多，需要建立可靠的網(wǎng)絡(luò)隔離防護(hù)體系，這是增強(qiáng)數(shù)據(jù)安全的關(guān)鍵途徑。電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行中，需要明確邏輯隔離的具體要求，運(yùn)用特定的邏輯隔離設(shè)備實(shí)現(xiàn)全面防護(hù)。非控制生產(chǎn)區(qū)和實(shí)時(shí)控制區(qū)在業(yè)務(wù)系統(tǒng)上具有一定的相似性，無法與管理信息區(qū)實(shí)現(xiàn)直接連接，采用單向傳遞的方式。數(shù)據(jù)過濾和簽名認(rèn)證的方式在反向安全隔離裝置中的應(yīng)用效果較好，實(shí)現(xiàn)對純文本數(shù)據(jù)安全性的控制，避免網(wǎng)絡(luò)病毒對系統(tǒng)安全形成威脅。

3.2 技術(shù)要求

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中要考慮到安全區(qū)的非網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，防止對彼此之間的數(shù)據(jù)交換產(chǎn)生影響，外部處理系統(tǒng)和內(nèi)部處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同時(shí)連接。系統(tǒng)應(yīng)該滿足單向傳輸?shù)囊?，為?yīng)用實(shí)體和表示層的數(shù)據(jù)傳輸提供支持。為了有效隱藏MAC地址，同時(shí)虛擬化處理IP地址，在系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)該采用透明化形式。要綜合分析報(bào)文情況，滿足控制訪問和過濾需求。如果TCP穿透性較強(qiáng)，則在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不能實(shí)施連接，采用虛擬連接的方式對內(nèi)部網(wǎng)卡和內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用網(wǎng)關(guān)進(jìn)行處理，同時(shí)要滿足外部網(wǎng)卡傳輸協(xié)議和外部網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用網(wǎng)關(guān)的連接需求。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中除了要保障良好的安全性外，還應(yīng)該遵循便捷性原則，滿足后期維護(hù)管理的要求。非INTEL指令系統(tǒng)的微處理器在安全隔離裝置中的應(yīng)用較多，系統(tǒng)設(shè)計(jì)不能出現(xiàn)嚴(yán)重的安全漏洞，同時(shí)有效隔離現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)攻擊。

3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

配置管理程序和隔離系統(tǒng)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)隔離裝置的基本組成，其中隔離系統(tǒng)包含了外網(wǎng)關(guān)程序、內(nèi)網(wǎng)關(guān)程序、檢測與控制單元等。證書認(rèn)證模塊等共同組成配置管理程序。

3.4 工作流程

外網(wǎng)處理模塊、內(nèi)網(wǎng)處理模塊和管理模塊等，共同組成隔離系統(tǒng)的軟件部分，在工作過程中需要借助于規(guī)則表、連接信息表和CAM表等，滿足數(shù)據(jù)包捕獲、規(guī)則檢查、地址轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)包重組和內(nèi)網(wǎng)MAC地址記錄等功能需求。處理地址解析協(xié)議的請求和回應(yīng)時(shí)依賴于內(nèi)網(wǎng)處理模塊，內(nèi)網(wǎng)發(fā)動A印請求包，需要返回相應(yīng)的A印回應(yīng)包。對于網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)信息，也可以通過內(nèi)網(wǎng)處理模塊進(jìn)行獲取，采取綜合報(bào)文過濾的方式滿足傳輸端口、MAC、傳輸協(xié)議和IP的要求。在內(nèi)網(wǎng)處理模塊的支持下，能夠全面檢查NAT規(guī)則，在連接信息表當(dāng)中實(shí)現(xiàn)記錄。外部網(wǎng)絡(luò)在獲取校驗(yàn)碼時(shí)，依賴于隔離卡，如果接受了外部網(wǎng)絡(luò)傳輸控制協(xié)議的應(yīng)答信號，實(shí)施地址還原，重新計(jì)算校驗(yàn)碼，發(fā)送到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。針對網(wǎng)卡獲得的數(shù)據(jù)信息，可以通過外網(wǎng)處理模塊加以分析，外網(wǎng)關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，需要對照CAM表。外網(wǎng)處理模塊能夠全面接收內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，地址信息記錄在CAM表當(dāng)中。協(xié)議數(shù)據(jù)可以通過檢測和控制硬件實(shí)施全面分析，如果內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)沒有獲取信息，則可以進(jìn)行丟棄或者向內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)處理模塊傳輸。串口數(shù)據(jù)在通訊過程中依賴于串口通訊接口，同時(shí)能夠?qū)芾矶嗣顚?shí)施接收，全面控制配置信息。在維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)則時(shí)，則依賴于規(guī)則管理模塊。

4 結(jié)語

網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)的應(yīng)用，可以最大限度保障電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全性，降低外界風(fēng)險(xiǎn)因素的威脅，為人們創(chuàng)造可靠的用電環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)類型較多，包括了防火墻、多重安全網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)閘和交換網(wǎng)絡(luò)等，其技術(shù)特點(diǎn)存在一定差異性，而且適用場景也有所不同，應(yīng)該在實(shí)踐中了解電力系統(tǒng)的運(yùn)行需求，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)。在安全隔離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)該做好安全區(qū)劃分，同時(shí)明確系統(tǒng)的技術(shù)要求，為后續(xù)設(shè)計(jì)工作奠定基礎(chǔ)，逐步優(yōu)化系統(tǒng)工作流程，實(shí)現(xiàn)對各類網(wǎng)絡(luò)威脅的有效隔離，消除電力系統(tǒng)中的安全隱患。