[發明專利]一種智能電網線路保護中信息物理協同攻擊分析方法

有效

• 申請號: 201810683829.4
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN108923415B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 胡邦權;范勇鋒;簡子倪;王先培
• 申請（專利權）人: 國網湖北省電力有限公司荊門供電公司
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H04L9/40
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

本發明涉及一種智能電網線路保護中信息物理協同攻擊分析方法，本發明方法包括：a、信息物理協同攻擊主要包含以下步驟，首先斷開目標線路，并將該線路的開關狀態信息由斷開(OFF)篡改為合上(ON)，然后利用虛假數據攻擊修改電力系統部分量測數據，使得調度中心難以采用狀態估計的方法發現線路的斷開。b、建立以攻擊者和調度中心之間的交互構造的雙層規劃模型。本發明主要建立了一個雙層規劃模型，以找出對應于特定傳輸線的最具破壞性的攻擊，并采用Karush–Kuhn–Tucker條件和Fortuny?Amat?McCarl方法，將雙層規劃模型轉化為單層混合整數線性規劃模型，并對其求解。

技術領域

本發明涉及一種智能電網線路保護中信息物理協同攻擊分析方法，屬于電力傳輸系統的通信技術領域。

背景技術

網絡攻擊是智能電網面臨的主要威脅之一，攻擊者可以從信息采集、信息傳輸、智能控制、電網和用戶互動等各個環節發動攻擊，不受天氣、地理和時間等因素的影響。智能電網中，網絡攻擊不僅可以破壞信息系統的相關功能，而且可以通過信息系統滲透到電力一次系統，危害電力系統運行的安全性和穩定性。

信息物理協同攻擊(Coordinated Cyber-Physical Attacks)是近年來出現的一種新型網絡攻擊，一方面，攻擊者通過斷開刀閘等手段破壞電力一次系統的網架結構，發動物理攻擊，另外一方面，通過網絡攻擊掩護物理攻擊，使得調度中心難以直接發現物理攻擊，最終產生錯誤的調度。傳統信息安全事故中，電力系統主要遭受單一的網絡攻擊，如伊朗核電站網絡攻擊事件中的Stuxnet蠕蟲攻擊。因此，傳統電力信息安全研究主要針對單一的網絡攻擊，如分布式拒絕服務攻擊(Distributed Denial of Service,DDoS)、中間人攻擊(Man in the Middle Attacks)和互感器中虛假數據攻擊等，較少考慮網絡攻擊與物理攻擊的協同。然而，2015年12月23日，烏克蘭突發性的大停電事故改變了這種認識，被認為是第一起網絡攻擊直接導致大停電事故的案例。本次事故共造成烏克蘭7個110kV變電站和23個35kV變電站故障，數十萬人斷電。事故數據表明，攻擊者不僅對烏克蘭電力系統發動了多種網絡攻擊，如通過郵件發送BlackEnergy惡意軟件，取得SCADA系統(SupervisoryControl and Data Acquisition System)控制權，而且通過SCADA系統直接給斷路器和刀閘下達斷電指令的手段發動物理攻擊。因此，烏克蘭大停電事故是一起典型的信息物理協同攻擊導致的惡性停電事故，與以往單一網絡攻擊造成的信息安全事故相比，信息物理協同攻擊直接破壞電力系統的網架結構，對電力系統的危害更大。

自烏克蘭大停電事故發生之后，信息物理協同攻擊開始受到關注。然而，一方面，現有研究在分析信息物理協同攻擊時，要求多種網絡攻擊相互協同，要求拓撲攻擊和負荷重分配攻擊相互協同，增加了信息物理協同攻擊分析的復雜性；另外一方面，烏克蘭大停電事故表明，信息物理協同攻擊可以導致大停電，增加整個電力系統的運行成本。因此，信息物理協同攻擊可以使得電力系統工作在非經濟狀態，建立直觀的信息物理協同攻擊模型，分析信息物理協同攻擊相關特點對建立完善的防御措施具有重要的意義。

網絡攻擊從本質上來說是一種人為行為，至少包含保護者(調度中心)和攻擊者兩方面的角色，保護者的目標在于以有限資源最大程度地抵御網絡攻擊，而攻擊者的目標在于以有限資源最大化攻擊目標。雙層規劃理論可以較好地考慮保護者和攻擊者相互依賴和相互制約的特點，因此本發明研究基于雙層規劃理論建立考慮調度中心和攻擊者的信息物理協同攻擊模型，分析其相關特點。通過本發明的研究，有助于更好地認識信息物理協同攻擊，發現電力系統中的薄弱環節，為制定相應的防御策略奠定基礎。

發明內容

本發明提出了一種智能電網線路保護中信息物理協同攻擊分析方法，該方法主要包括以下步驟：

一種智能電網線路保護中信息物理協同攻擊分析方法，其特征在于，包括：