电力通信网络中的安全问题及其解决方案研究

胡人卓?黄立勤

摘要：电力通信网络作为电力系统的重要组成部分，在实现电力智能化和信息化方面发挥着关键作用。然而，随着电力通信网络的发展，它也面临着日益严峻的安全威胁。对电力通信网络进行了一定论述，在此基础上，分别从物理、网络以及安全问题的影响等方面进一步探讨了电力通信网络安全问题，并结合电力通信网络的特点，提出了具有一定针对性的解决方案，进而为电力通信网络的安全运行提供可靠保障。

关键词：电力通信网络；安全；解决

一、前言

随着信息技术的不断发展和电力系统的现代化，电力通信网络在电力传输与配送领域中扮演着至关重要的角色。然而，随着电力通信网络的广泛应用和信息交换的日益增多，它也面临着日益复杂和严峻的安全挑战。电力通信网络的安全问题不仅可能影响电力系统的运行效率和供电稳定性，还可能对国家的经济稳定和社会安全造成重大威胁。因此，深入研究电力通信网络中的安全问题，并探寻相应的解决方案，是当前电力领域亟待解决的重要问题。

二、电力通信网络概述

（一）电力通信网络定义与功能

电力通信网络是一种专门用于电力系统的通信基础设施，旨在实现电力设备之间的高效联动和数据传输。其功能主要包括电力系统监控、控制、数据采集、保护和故障诊断等。这一网络架构为电力系统的运行和管控提供了关键支持。

1.电力通信网络负责电力系统的监控与控制

通过传输电力设备和终端之间的实时数据，如电流、电压、频率等，电力通信网络使得运维人员可以远程监控电力系统的运行状况。这样的实时监控能够让运维人员及时发现异常情况并采取措施，确保电力系统的稳定运行。

2.电力通信网络实现了电力数据的采集和传输

通过传感器和监测设备，电力通信网络能够实时收集电力系统中的大量数据。这些数据涵盖了电力系统各个环节的信息，包括输电线路、变电站、配电设备等状态参数。通过可靠的数据传输，这些数据能够被及时上传至监控中心，为电力系统的维护和管控提供了数据支持。

3.电力通信网络对电力系统的保护起着重要作用

电力通信网络能够快速传递保护信号和指令，实现电力设备的迅速脱离或隔离。例如，在发生短路或其他故障情况时，电力通信网络能够迅速传递保护信号，使得保护装置及时切断故障环节，避免故障扩大，确保电力系统的安全稳定。

（二）电力通信网络组成和架构

电力通信网络的组成和架构是一个复杂而多层次的系统，它由多种硬件设备、通信技术和网络拓扑构成。在电力通信网络中，主要包括以下几个组成部分：

1.通信设备和传感器

通信设备是电力通信网络的基础，包括路由器、交换机、光纤传输设备等。这些设备负责实现数据的传输和转发。

2.通信介质

通信介质是信息传递的媒介，它负责将数据从一个设备传递到另一个设备。在电力通信网络中，通信介质可以采用有线和无线两种方式。

3.网络拓扑结构

电力通信网络的拓扑结构包括总线型、星型、环型、网状等多种形式。其中，星型和网状拓扑结构较为常见，前者以一个中心节点为核心向外辐射连接多个终端设备，后者则通过多个节点之间的互联实现高度可靠的通信。

4.通信协议和网络协议

通信协议是指通信设备之间相互沟通和交换数据的规则和约定，确保数据传输的顺利进行。在电力通信网络中，常用的通信协议包括TCP/IP、Modbus、IEC 61850等[1]。

三、电力通信网络安全问题分析

（一）物理安全威胁

1.破坏、破拆和劫持设施的风险

首先是破坏和破拆风险。破坏和破拆是针对电力通信网络的物理安全威胁。攻击者可能有意损毁或破坏通信设施，如光缆、通信基站等，导致通信链路的中断。这样的攻击可能对电力系统的运行造成严重影响，例如导致电网监控和控制中断，影响对电力系统的实时监测和操作；其次是劫持风险。劫持指的是恶意人员非法侵入通信设施，控制通信信号或者冒充合法用户进行通信。通过劫持通信信号，攻击者可能篡改数据传输内容，导致误判和错误的操作。

2.自然灾害对基础设施的影响

首先，地震可能导致电力通信设施的损毁和破坏。强烈地震会使得通信塔、光缆、电缆等基础设施受损，造成通信链路中断。地震还可能导致地面塌陷和地基移动，使得通信设备的稳定性受到影响。在地震后期，余震可能进一步加剧通信设施的受损程度，加大修复和维护的难度；其次，自然灾害中的风暴、洪水和暴雨也可能对电力通信网络产生影响。强风暴可能导致通信塔倾倒，电缆断裂，光缆受损。洪水和暴雨可能导致通信设施被水淹，电缆受潮，进而导致通信故障。这些灾害往往是突发且破坏性较大的，可能会导致大范围的通信中断，影响电力系统的监控和控制能力[2]。

（二）网络安全威胁

1.恶意软件和病毒攻击

首先，恶意软件包括病毒、木马、蠕虫、间谍软件等，它们可以通过感染计算设备或传输媒介进入电力通信网络。一旦恶意软件感染了通信设备，它们可能在后台悄无声息地窃取敏感数据、登录凭证，甚至损坏或篡改关键系统文件，从而干扰通信和控制过程。其次，病毒是一种通过植入计算设备并自我复制传播的恶意代码。一旦电力通信网络中的计算设备感染了病毒，病毒可以迅速传播至其他设备，导致多个节点受感染，进而使整个网络瘫痪或丧失控制。

2.分布式拒绝服务（DDoS）攻击

DDoS攻击是一种恶意攻击手段，攻击者通过控制大量被感染的计算机或设备，同时向目标服务器发送大量无效请求，导致目标服务器资源耗尽，无法正常处理合法用户的请求。这种攻击可能导致电力通信网络的瘫痪和不可用，严重影响电力系统的正常运行。

DDoS攻击的特点是攻击流量来自多个来源，分布在不同的网络节点上，使得识别和拦截攻击流量变得更加困难。在电力通信网络中，一旦遭受DDoS攻击，网络带宽和计算资源很快会被消耗殆尽，导致电力通信设施无法及时响应合法用户的请求，甚至导致通信中断。

3.数据泄露和隐私问题

首先，电力通信网络中的数据，如电力设备的实时状态、运行参数、通信记录等都属于敏感信息。如果这些数据被黑客或恶意攻击者获取，他们可以利用这些信息进行针对性攻击，干扰电力系统的正常运行，甚至可能导致电力系统故障或供电中断；其次，用户隐私的泄露也是一个严重问题。在电力通信网络中，可能涉及用户的个人信息、用电数据等隐私内容。如果这些信息被未授权的人员获取，可能导致用户个人隐私泄露，进而引发信任问题和法律纠纷。

4.身份伪装和网络钓鱼攻击

首先是身份伪装。攻击者可能通过伪造IP地址、MAC地址或其他身份认证信息，伪装成合法用户或设备，以获取访问通信网络的权限。一旦攻击者成功伪装身份，他们可能进一步利用这种身份来获取敏感数据、篡改通信内容，或者获取系统控制人员权限，从而对电力通信网络进行未授权的访问和操作。

其次是网络钓鱼攻击。在网络钓鱼攻击中，攻击者通常通过伪造电子邮件、网页或其他通信渠道，冒充合法的电力机构、供应商，以欺骗用户提供敏感信息，如用户名、密码、信用卡信息等。这种欺骗性手段可能导致用户将敏感信息泄露给攻击者，进而导致电力通信网络的账户被入侵，数据被窃取，甚至影响电力系统的安全运行[3]。

（三）电力通信网络安全问题的影响

1.对电力系统运行的影响

首先，安全问题可能导致通信中断，这种通信中断可能是由网络攻击、硬件故障或其他技术问题引起的。这意味着运维人员将无法接收到来自电力设备的监控数据。缺乏这些及时准确的监控数据，运维人员将无法快速发现电力系统中的异常情况，例如设备故障、过载或短路等问题。若不能及时发现这些问题，就无法对其进行及时响应和处理，从而可能导致故障扩大或产生更严重的后果，甚至可能导致停电事故。

其次，网络安全问题还可能导致电力系统面临着数据安全的威胁。电力通信网络中传输的数据可能包含各种敏感信息，例如电力设备的配置信息、网络拓扑结构、控制指令和密码等。如果电力通信网络存在数据泄露、篡改或未经授权访问等问题，这些敏感数据和关键信息可能会被黑客获取。这种数据泄露可能会导致电力系统的运行状态和敏感信息受到威胁，黑客可能利用这些信息进行网络攻击，干扰电力系统的正常运行，甚至可能导致黑客获取对电力设备的控制权，对电网进行破坏性操作，造成严重的安全后果。

2.对供电稳定性和可靠性的影响

首先，网络安全威胁可能导致电力通信设施的损坏或中断。电力通信设施是电力系统中关键的连接通道，用于传输各种监控数据、控制指令和操作信息。这些设施包括光纤、通信线路、通信设备等。如果网络遭到恶意攻击、网络设备受损或通信链路中断，将导致电力通信网络瘫痪，电力系统无法及时获取实时数据和运行状态信息。这将使运维人员失去对电力系统的实时监控和控制能力，难以迅速发现潜在问题或处理紧急情况。在供电系统发生故障或异常时，运维人员无法及时获得信息，影响应急响应和故障处理效率，可能导致故障进一步扩大，甚至造成停电。

其次，数据泄露和篡改等安全问题可能对电力系统的监控和控制产生严重影响，进而影响供电的稳定性。电力系统的稳定运行依赖于大量实时数据的监测和控制，包括电网状态、电力设备的运行参数、电流负荷、电压水平等。运维人员通过电力通信网络获取这些数据来实时监控电力系统的运行情况，并做出相应的调整和控制决策。然而，如果这些数据受到被泄露、篡改或未经授权访问等安全问题的影响，运维人员可能无法准确了解电力系统的真实状态，可能导致他们做出错误的决策，无法有效控制电力系统，进而影响供电的稳定性，甚至引发电力系统的不稳定运行或故障。

四、电力通信网络安全解决方案

（一）物理安全解决方案

1.视频监控和入侵检测系统

视频监控系统可以通过安装摄像头在关键设施和通信节点周围进行实时监控和录像，实时获取设施的状态和运行情况。监控摄像头的安装位置应该涵盖关键区域，如通信基站、通信机房、光缆敷设区域等，以全面掌握通信设施的安全状况。

同时，入侵检测系统可以通过在关键设施和通信线路周围安装传感器和探测器，实时监测异常活动和入侵行为。例如，可以采用振动传感器来监测是否有人对设施进行破坏，或者采用红外探测器来感知是否有未经授权人员靠近通信节点。一旦发现异常活动，入侵检测系统可以及时发出警报并采取相应措施，通知安保人员或自动启动相应的防御措施。

2.安全访问控制和设施保护

首先，安全访问控制是通过建立严格的权限管控和身份认证机制来限制对电力通信网络设施的访问。只有通过身份认证后获得访问权限、经过授权的人员才能进入通信机房、控制中心等关键区域，。这可以防止未经授权的人员进入设施，减少内部人员滥用权限可能带来的风险；其次，设施保护包括对电力通信设施进行合理的物理保护。例如，通信基站和通信机房应设置在相对隐蔽的地点，同时采取防火、防水、防爆等措施，提高设施抵御自然灾害和恶意破坏的能力。通信线路和光缆敷设区域应进行合理的隔离和封装，防止未经授权的人员或恶意攻击者对线路进行破坏和篡改[4]。

（二）网络安全解决方案

1.防火墙和入侵防御系统

防火墙是位于网络边界的安全设备，能够监控和控制网络流量，根据预先设定的策略来允许或阻止数据包的传输。通过配置合理的防火墙规则，可以阻止潜在的恶意流量进入电力通信网络，从而有效预防黑客攻击和未经授权的访问。防火墙还能够对流经网络的数据包进行检查，拦截病毒、木马等恶意代码，保护通信设备和系统的安全性。

入侵防御系统是另一个重要的网络安全解决方案，它能够实时监测网络流量和设备行为，发现和阻止入侵尝试。入侵防御系统可以通过识别异常活动和攻击模式，及时发出警报并采取防御措施，保护电力通信网络免受DDoS攻击、恶意软件和其他网络安全威胁。入侵防御系统还可以对网络流量进行深度包检测，识别并隔离可疑的网络流量，确保合法的数据包能够正常传输和处理。

2.数据加密与身份认证

首先，数据加密是通过将通信数据转化为密文形式，使得未经授权的人员无法直接获取其中的内容。在电力通信网络中，对传输的数据进行端到端的加密可以确保数据在传输过程中不被窃取或篡改。这种加密措施可以防止黑客截取网络数据包并获取敏感信息，确保数据的机密性和完整性。当数据从发送方传输到接收方时，数据在发送端被加密，然后在接收端进行解密。在传输过程中，无论数据经过多少个中间节点，只有发送方和接收方具有解密密钥，其他未授权的节点无法读取或修改数据。这种加密方式有效地保护了数据的隐私和安全。

其次，身份认证是一种确认用户身份合法性的机制，用于限制对电力通信网络的访问权限。通过实施严格的身份认证措施，只有合法授权的用户才能进入电力通信网络，并根据其权限级别获得相应的操作权限。身份认证可以使用多种方式，如用户名和密码、生物特征识别、智能卡等。采用多因素身份认证可以进一步提高认证的安全性，防止非法用户冒充合法用户进入网络。

3.安全漏洞评估和风险管控

首先，进行安全漏洞评估是为了主动发现电力通信网络中存在的安全弱点和漏洞。通过对网络设备、应用程序和系统进行全面的审查和测试，识别潜在的漏洞，包括已知的漏洞和可能存在的未知漏洞。安全漏洞评估可以帮助电力通信网络的控制人员了解网络的薄弱环节，有针对性地进行补救和优化，从而提高网络的安全性。

其次，风险管控是在评估了安全漏洞后，采取相应措施降低风险的过程。根据安全漏洞评估的结果，电力通信网络的管控团队可以制定风险管控策略，确定关键风险的优先级，并制定相应的风险应对计划。这包括建立应急响应机制，规定网络安全事件的处理流程，以及加强网络监控和日志审计，及时发现异常行为[5]。

（三）应急响应和恢复计划

1.事件监测与响应

首先，网络监控系统应覆盖电力通信网络的关键设施和节点，实时收集网络流量、设备运行状态、日志信息等关键数据。这样的监控系统可以帮助识别异常流量、不寻常行为和潜在的安全威胁。通过实时监控，网络控制人员可以及时发现网络安全事件，并快速做出反应。

其次，建立清晰的事件响应流程是事件监测与响应的关键。一旦发现异常或安全事件，应设立专门的安全团队或负责人负责对事件进行处理。事件响应流程应包括报告和通知程序，确定事件的紧急程度和优先级，展开追踪和调查，寻找根本原因，并采取适当的应对措施。这些措施包括隔离受影响的系统、停止异常流量、修补漏洞、加强身份认证等。

2.备份与恢复策略

首先，数据备份是指定期将电力通信网络中的关键数据进行备份并存储在安全的地方。这些关键数据包括网络配置文件、运行日志、用户信息等。通过定期备份数据，可以确保在遭受数据丢失、病毒攻击或篡改时，能够从备份中恢复数据，保障数据的完整性和可用性。

其次，系统恢复策略是在发生安全事件或系统故障后，对电力通信网络进行快速恢复的计划。系统恢复策略应包括恢复目标、流程和时间目标等。恢复目标是指恢复网络的具体目标，包括哪些功能需要恢复、恢复的优先级等。恢复流程是指在发生事件后，按照预先制定的计划和步骤进行网络恢复的过程。可能涉及重建受影响的系统、恢复备份数据、重新配置网络设备等。时间目标是指在事件发生后，恢复网络功能所需的时间。

五、结语

综上所述，电力通信网络的安全问题是一个复杂而严峻的挑战。通过采取综合性的解决方案，包括物理安全、网络安全以及应急响应和恢复计划，可以提高电力通信网络的安全性和可靠性，确保电力系统的稳定运行和可靠供电。然而，随着科技的不断进步和网络安全威胁的不断演变，需要持续改进和完善安全措施，以应对未来可能出现的新挑战。

参考文献

[1]朱鑫泉，张艺，张泽宇.电力系统信息通信网络安全防护措施探讨[J].信息记录材料，2022，23（09）：78-80.

[2]赵凝.电力系统信息通信网络的安全防护策略探讨[J].电子元器件与信息技术，2022，6（01）：255-256.

[3]邱思思.电力系统信息通信网络安全及防护分析[J].中国新通信，2022，24（01）：18-19.

[4]孙继泽，杜金其，王伟，等.电力光纤通信网络实时安全风险量化参数优化算法[J].激光杂志，2021，42（12）：176-180.

[5]欧阳宇宏，康文倩，车向北.电力监控系统信息通信网络安全及防护问题研究[J].信息系统工程，2020（12）：60-61.

作者单位：上海电力通信有限公司