2017-05-02 20:38:37

  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,期待提高電網係統的運行效率,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麵相對比較薄弱,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係統(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。

  加密等於安全?

  雖然加密工具對於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。加密的作用在於防止被保護數據在傳輸或存儲過程中被解密或偽造。有些人認為複雜的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製遠程電表拉合閘繼電器,那麼電力公司將需要投入大量資源忙於處理故障。電力公司不但因此遭受經濟損失,而且會帶來很大麻煩,對於那些必須使用空調的場所造成生存威脅。

  那麼,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製係統的數據加密非常關鍵,用於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,著重於密鑰保護,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隻放在智能電網的有效數據和命令驗證。蠕蟲病毒製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係統造成嚴重破壞。著名的“零日攻擊”利用檫除或修改係統程序的方式,對係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)。

  還有什麼漏洞?

  實現安全可靠的設計並非易事,需要花費大量的時間和對安全保護技術的深入了解。那麼,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,安裝在我們自己家裏、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,通過逆向工程修改後,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,協調從係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隻運行您規定的程序。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。不要將密鑰存於它處,如外部EEPROM。如果係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。如果係統攻擊者僅從一塊電表竊取到重要信息,並投入大量的時間和資金研究這些信息,希望據此攻擊整個係統。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。

  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。

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