中国电力 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (9): 53-60.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202401006
• 面向电力基础设施的跨域攻击威胁与防御 • 上一篇 下一篇
收稿日期:
2024-01-02
接受日期:
2024-06-14
出版日期:
2024-09-28
发布日期:
2024-09-23
作者简介:
何涂哲秋(1999—),男,硕士研究生,从事控制系统协议安全分析与逆向工程研究,E-mail:auyuwhale@gmail.com基金资助:
Zheqiu HETU1(), Zidong XU1, Xin CHE2, Zhenyong ZHANG1(
)
Received:
2024-01-02
Accepted:
2024-06-14
Online:
2024-09-28
Published:
2024-09-23
Supported by:
摘要:
分布式电源(distributed resources,DR)中智能边缘设备数据传输的安全问题为电力系统带来了安全隐患。Modbus TCP(transmission control protocol)协议作为边缘设备采用的通信手段之一,其协议安全性的不足使得系统易遭到网络空间的攻击。为保障电力设备数据传输安全,对现有安全手段进行整理,分析现有安全手段在DR应用场景下的不足,提出一种非侵入式Modbus TCP协议安全增强方法。该方法采用云边协同的架构,利用电力控制中心云平台管理访问控制原则,将实际访问控制决策模块部署在边缘设备,并通过细粒度的访问控制组合限制恶意行为。依据Modbus协议参考指南,搭建DR应用场景进行渗透测试,验证该方法能有效防御重放攻击和中间人攻击,可将安全开销控制在百微秒以内,显著优于其他安全手段,满足DR对实时性的需求。
何涂哲秋, 徐子东, 车欣, 张镇勇. 基于电力云边协同的非侵入式Modbus TCP协议安全增强方法[J]. 中国电力, 2024, 57(9): 53-60.
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控制属性 | 属性描述 | 取值空间 | ||
rid | 访问策略标识符 | 整型 | ||
fc | 防护功能码 | 0x01~0x08 0x0 F、0x5 A | ||
type | 防护数据对象 | Discretes Input Coils Input Registers Holding Registers | ||
default | 策略状态 | 开启/关闭 | ||
timeStart | 策略生效时间 | 用户自定义 | ||
timeEnd | 策略失效时间 | 用户自定义 | ||
adrStart | 地址约束起点地址 | 用户自定义 | ||
adrEnd | 地址约束终点地址 | 用户自定义 |
表 1 访问控制要素
Table 1 The elements of access control
控制属性 | 属性描述 | 取值空间 | ||
rid | 访问策略标识符 | 整型 | ||
fc | 防护功能码 | 0x01~0x08 0x0 F、0x5 A | ||
type | 防护数据对象 | Discretes Input Coils Input Registers Holding Registers | ||
default | 策略状态 | 开启/关闭 | ||
timeStart | 策略生效时间 | 用户自定义 | ||
timeEnd | 策略失效时间 | 用户自定义 | ||
adrStart | 地址约束起点地址 | 用户自定义 | ||
adrEnd | 地址约束终点地址 | 用户自定义 |
手段 | 攻击模式 | 拦截因子 | ||
重放 攻击 | 恶意第三方截获数据,并在某一时刻再次发送 | 时间约束 | ||
中间人 攻击 | 恶意第三方截获数据,执行恶意操作 | 功能码 | ||
恶意第三方截获数据,访问敏感信息 | 访问地址 |
表 2 攻击模式设计
Table 2 Patterns of attacks
手段 | 攻击模式 | 拦截因子 | ||
重放 攻击 | 恶意第三方截获数据,并在某一时刻再次发送 | 时间约束 | ||
中间人 攻击 | 恶意第三方截获数据,执行恶意操作 | 功能码 | ||
恶意第三方截获数据,访问敏感信息 | 访问地址 |
方案名 | 测试对象 | 平均时间开销/ms | 标准差 | |||
SEM | 0x01 | 0.045 | 0.012 | |||
RBAC[ | 0x01 | 0.440 | 0.230 | |||
Modbus TLS[ | 0x01 | 0.170 | — |
表 3 安全方案时间开销对比
Table 3 Time consumption comparison
方案名 | 测试对象 | 平均时间开销/ms | 标准差 | |||
SEM | 0x01 | 0.045 | 0.012 | |||
RBAC[ | 0x01 | 0.440 | 0.230 | |||
Modbus TLS[ | 0x01 | 0.170 | — |
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