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作者: Kris Ardis 摘要：世界各國都在持續增加對智能電表和智能電網市場的投資，期待提高電網系統的運行效率，但卻忽略了輸電基礎設施的安全性，當前的電網設計在安全方面相對比較薄弱，易受攻擊。本文介紹了設備有效使用期限內的安全性概念——理想的智能電網嵌入式設備應在整個生命周期內確保其安全性，甚至回溯到合同廠商。我們將在本文討論如何保障智能電網在整個生命周期的安全性，以及如何應對潛在的威脅。 對智能電網來說，因為電網基礎設施受到攻擊的幾率越來越高，各個國家穩定的電力供應都處在受到惡意攻擊危險之中，從而使得安全問題的重要性日益增加。對此，IT安全性尤為重要；很多方案支持端到端的通信數據加密，如：數據集中器、監控器和數據采集器系統(SCADA)。對IT加密措施的關注是毋庸置疑的，因為需要確保“空中”傳輸數據的安全性。但是，即使采用強大的端到端加密也無法保護整個智能電網的安全：因為嵌入式設備本身易受攻擊。 加密等于安全？ 雖然加密工具對于隱私保護和傳輸數據、命令的認證非常有效，但必須注意到這僅是解決方案的一部分。加密的作用在于防止被保護數據在傳輸或存儲過程中被解密或偽造。有些人認為復雜的RF或電力載波通信依賴調頻即可完全保證數據的安全性，其實此類保護很容易被攻破。假設攻擊者可以任意控制遠程電表拉合閘繼電器，那么電力公司將需要投入大量資源忙于處理故障。電力公司不但因此遭受經濟損失，而且會帶來很大麻煩，對于那些必須使用空調的場所造成生存威脅。 那么，如何避免此類事故的發生呢？如果通信雙方都通過密鑰對通信線路上的數據進行加密、解密、簽名或驗證，從嵌入式傳感器到控制系統的數據加密非常關鍵，用于加密的密鑰保護也更加重要。一旦密鑰被竊取，整個網絡也就不再安全。智能電網的嵌入式終端需要一套更完備的安全方案，可以借鑒金融終端的安全技術，著重于密鑰保護，采用芯片級硬件和防攻擊多重保護措施。 電力供應的保護重點不能只放在智能電網的有效數據和命令驗證。蠕蟲病毒制造者了解攻擊嵌入式基礎設備的有效手段，即不容易被發現又對系統造成嚴重破壞。著名的“零日攻擊”利用檫除或修改系統程序的方式，對系統造成的破壞非常隱蔽。因此我們不但要關注設備的安裝，而且要關注任何一個容易遭受攻擊的編程環節(如生產過程)。 還有什么漏洞？ 實現安全可靠的設計并非易事，需要花費大量的時間和對安全保護技術的深入了解。那么，這些投入值得嗎？讓我們先來分析一個掛網的智能電表，例如，安裝在我們自己家里、沒有保護措施的電表，外人很容易打開這樣的電表。如果電表采用的是通用MCU來處理通信和應用功能，則很可能存在一個編程端口，攻擊者可以對他重新編程或讀取內部信息。在有足夠資源和時間的前提下，一些人可以編寫出一個類似功能的程序，但在程序中植入獲取密鑰數據或篡改賬單的病毒。 即使掛網的電表都具備一定的保護措施，可在一定程度上防止篡改。我們仍然能夠發現一些容易遭受攻擊的環節——生產環節，所謂的“社交工程”為攻擊者侵入IP和生產流程提供了機會。花費數千美金，攻擊者就有可能獲取程序，通過逆向工程修改后，將“新程序”植入產品。另外，攻擊者也可以將你的程序出售給競爭對手，造成巨大損失。 如何保證設備生命周期的安全性？ 嚴格的產品生產流程應該考慮從設計到生產每個環節的安全性，以及應對篡改的策略。保障生命周期的安全性，需考慮以下幾點： ⒈確保拿到的芯片產自原廠，通過正規渠道采購來降低風險，當然，也要考慮加密技術。Maxim銷售的安全處理器和智能電網產品可以加入用戶密鑰或證書，以防他人解鎖和編程IC。 ⒉保護您的IP。在工廠生產環節提供簽名、程序加密，協調從系統處理器的安全裝載，到芯片軟件解密和授權認證的每個環節。此類加密可以防止程序被克隆或破解。 ⒊只運行您規定的程序。安全的程序裝載采用數字簽名的方式來驗證代碼的有效性，防止裝載或運行未經授權的代碼。 ⒋可靠通信。對新的配置、固件更新和指令進行加密和簽名，以驗證數據來源的可靠性。 ⒌現場保護密鑰。不要將密鑰存于它處，如外部EEPROM。如果系統使用獨立的安全處理器和應用處理器，應將密鑰保存在安全處理器內，不要向外發送。以免攻擊者從線路板的通信數據中竊取密鑰。 ⒍公司內部的密鑰保護。工程師可以使用開發密鑰來開發產品的安全功能，產品級密鑰則要經過多人簽名授權。通常可以使用一個更高級別的安全模塊完成授權。 ⒎不放過每個微小漏洞。如果系統攻擊者僅從一塊電表竊取到重要信息，并投入大量的時間和資金研究這些信息，希望據此攻擊整個系統。經驗老道的攻擊者可能打開IC封裝，從MCU的存儲器中尋找重要信息。因此，使用唯一密鑰或非對稱加密(如：橢圓曲線數字簽名)很有必要。 
圖1. 產品生命周期內的安全性需要考慮從開發到生產的每個細節。 當前電網的安全保護措施為攻擊者留出了很大的空間。為了讓嵌入式設備在整個生命周期內確保安全，我們還需加強整個智能電網的安全設計，讓哪些攻擊者望而卻步。 |
