数字电网通信信息网络安全技术分析

引言

在能源革命和数字革命的双重驱动下，传统电网正加速向数字电网转型。数字电网通过集成物联网、大数据、云计算、人工智能等先进技术，实现了电网的智能化、自动化和互动化。通信信息网络作为数字电网的“神经中枢”，承担着数据采集、传输、处理和存储等关键任务。然而，随着网络攻击手段的不断升级，数字电网通信信息网络面临着前所未有的安全挑战。因此，加强数字电网通信信息网络安全技术研究，构建多层次、全方位的安全防护体系，已成为保障电网安全稳定运行的迫切需求。

1 数字电网通信信息网络的特点

1.1 高度互联性

数字电网通信信息网络实现了发电、输电、变电、配电、用电等各环节的互联互通，形成了庞大的网络体系。这种高度互联性使得网络中的任何一个节点都可能成为攻击的入口，增加了安全防护的难度。

1.2 数据海量性

数字电网运行过程中会产生大量的数据，包括设备状态数据、用户用电数据、环境数据等。这些数据不仅数量庞大，而且类型多样，对数据的存储、处理和传输提出了更高的要求。同时，海量数据也成为了攻击者觊觎的目标，数据泄露、篡改等安全事件时有发生。

1.3 实时性要求高

数字电网通信信息网络需要实时采集和传输电网运行数据，以实现对电网的实时监控和调度。一旦网络出现故障或遭受攻击，导致数据传输延迟或中断，将直接影响电网的稳定运行，甚至引发大面积停电事故。

2 数字电网通信信息网络面临的主要安全威胁

2.1 外部网络攻击

外部网络攻击呈现高度定向化特征，高级持续性威胁（APT）组织专门研究电网工控协议漏洞，开发针对电力系统的定制化恶意代码。勒索软件攻击从传统加密数据扩展到威胁关键电力控制指令，远程终端单元（RTU）成为新型攻击跳板。网络空间测绘技术暴露了遗留系统的互联网可达性问题，未授权访问接口为攻击者提供了初始渗透路径。

2.2 内部人员违规操作

内部人员违规操作的风险在于权限滥用与权限蔓延问题，运维人员的过度集权可能绕过安全审计机制。社会工程攻击针对具有特权访问权限的工程人员，钓鱼攻击获取的凭据可横向渗透至生产控制区。离职员工未及时撤销的远程维护权限形成隐形威胁，运维审计日志的覆盖周期不足导致异常行为追溯困难。

2.3 供应链安全风险

供应链安全风险集中于预装固件中的隐蔽通信通道，第三方组件存在的零日漏洞形成级联效应。开源软件库的依赖关系引入潜在恶意代码，设备出厂配置的默认凭证未强制修改。跨供应商系统的接口协议缺乏统一安全标准，硬件芯片级后门可能绕过常规安全检测机制。

2.4 自然灾害和物理破坏

自然灾害和物理破坏的连锁效应需特别关注，电力通信光缆与输电线路同走廊敷设增大了共模故障风险。极端气候导致的区域性供电中断可能触发通信网络雪崩效应，无人值守变电站的物理防护薄弱点可能被系统性利用。关键网络节点的单点故障设计缺乏地理分散冗余，电磁脉冲事件可能造成大规模通信设备损毁。

3 数字电网通信信息网络安全防护技术

3.1 访问控制技术

访问控制技术在数字电网中的核心价值体现在细粒度的权限管理，通过基于角色的访问控制模型实现不同层级人员对系统的差异化操作权限。动态权限调整机制可根据电网运行状态实时更新访问策略，智能终端设备的生物特征识别能力与后台权限控制系统形成闭环验证链条。零信任架构下的持续身份验证机制消除了传统边界防护的信任假设，每次资源访问都需重新评估主体可信度。

3.2 加密技术

加密技术在数字电网中实现纵深防御需构建多层次加密体系，应用层采用轻量级加密算法保障终端设备资源效率，网络层部署 IPSec 隧道加密确保广域网传输安全。基于属性的加密机制实现细粒度的数据访问控制，动态密钥衍生算法应对密钥泄露风险。后量子密码学算法提前布局应对量子计算威胁，可信执行环境为密钥处理提供硬件级保护。密码模块安全认证体系确保加密设备符合电力行业安全标准，密钥分割存储技术通过门限签名实现多人协同管理。加密策略引擎支持根据电网实时运行状态动态调整加密强度，故障安全机制确保加密异常时自动切换备用通道。

3.3 防火墙技术

下一代防火墙深度集成应用层协议分析与 AI 威胁检测引擎，可精确识别电网专用规约中的异常指令。微隔离技术将 SCADA 系统划分为多个逻辑安全域，每个功能单元实施独立的访问策略。虚拟化防火墙实例为不同业务系统提供定制化的防护规则集，动态策略引擎根据网络拓扑变化自动调整防护边界。

3.4 入侵检测与防御系统（IDS/IPS）

入侵检测与防御系统在数字电网中需实现协议深度解析能力，精确识别 Modbus、IEC61850 等电力专用协议的异常指令特征。基于知识图谱的威胁关联引擎构建跨设备、跨系统的攻击行为图谱，机器学习模型持续优化误报率与检出率的平衡。微分段检测技术实现控制网内部东西向流量的细粒度监控，无监督异常检测算法发现零日攻击模式。威胁情报驱动的动态规则库实现分钟级攻击特征更新，沙箱环境验证可疑控制指令的执行影响。防御策略编排器协调边界防护与终端响应，形成协同联动的主动防御体系。

3.5 安全审计与日志管理

安全审计与日志管理是数字电网通信信息网络安全防护的重要环节。通过对系统和网络的操作日志进行记录和分析，可以及时发现安全事件和异常行为，为安全事件的调查和处置提供依据。同时，定期对安全审计日志进行备份和归档，确保日志的完整性和可追溯性。

3.6 物理安全防护

物理安全防护向智能化方向发展，三维电子围栏系统通过毫米波雷达实现设备区的无死角监控。振动光纤传感网络可精准定位变电站围墙的非法入侵点。设备指纹技术为每台电力终端生成唯一硬件标识，防止物理替换攻击。环境感知系统集成了温湿度、烟雾、水浸等多维传感器网络。

结束语

数字电网通信信息网络安全是保障电网安全稳定运行的关键。面对日益复杂的安全威胁，必须采取多层次、全方位的安全防护措施，构建涵盖技术、管理和人员等方面的安全防护体系。通过加强访问控制、加密技术、防火墙技术、入侵检测与防御系统、安全审计与日志管理以及物理安全防护等技术的应用，可以有效提高数字电网通信信息网络的安全性，为数字电网的可持续发展提供有力保障。

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