[發明專利]檢測虛假數據注入攻擊的方法、裝置及可讀存儲介質

有效

• 申請號: 201911346152.6
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN110995761B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 夏卓群;龍高航;尹波;王進
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H02J13/00;H02J3/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 劉新雷

本申請公開了一種檢測虛假數據注入攻擊的方法、裝置及計算機可讀存儲介質。應用于由PMU層、本地聚合層、控制層組成的三層智能電網框架，本地聚合層預先訓練多個用于檢測本地聚合器的聚合數據中的虛假數據且彼此獨立的模糊神經網絡模型；將接收各本地聚合器發送的測量數據和估計狀態值輸入至相應模糊神經網絡模型中，得到各本地聚合器的虛假數據信息；若存在至少一個目標本地聚合器的虛假數據值大于閾值，則判定總線遭受虛假數據注入攻擊；本地聚合器聚合相應區域的PMU所采集的測量數據后進行狀態估計得到估計狀態值，在身份合法性驗證請求通過后向控制層發送數據。本申請可有效抵制虛假數據注入攻擊電網，保證電網通信安全。

技術領域

本申請涉及電網安全技術領域，特別是涉及一種檢測虛假數據注入攻擊的方法、裝置及計算機可讀存儲介質。

背景技術

在分布式SE(state estimation，狀態估計)系統中，狀態估計器以分布式方式在每個分支、總線上執行SE。分布式SE系統支持高R/X(電阻/電抗)比率，低實際測量可用性，更好的可擴展性和最小化的復雜性。當應用于高壓直流(HVDC)系統時，分布式SE在智能電網中實現了比集中式SE更好的性能，且集中式SE系統占用了控制中心的高計算開銷和高復雜度負擔。

基于分布式SE的優勢，現有技術多采用三層智能電網框架，該框架包括PMU層、本地聚合層、控制層，其中PMU層包括多個PMU(phasor measurement unit，同步相量測量單元)，本地聚合層包括多個本地聚合器。該方案盡管開減輕了CC(Control Center，控制中心)的計算開銷，但也帶來安全漏洞。例如，在當前的集中式電力系統中，更容易投入精力和資源來確保CC的安全；因此，CC通常被視為完全受信任的一方。但是在分層框架中將所有分散的本地聚合器都確保與CC處于同一信任級別是不現實的。特別是，攻擊者可以利用無線網絡的漏洞入侵信息物理系統，從而導致物理系統的巨大破壞，例如FDIA(False datainjection attack，虛假數據注入攻擊)，該攻擊由于通過篡改來自電網傳感器或RTU(Remote Terminal Unit，遠程終端單元)的測量值來實現，被視為智能電網最具威脅的網絡物理攻擊之一。

為了提高電網安全性，降低電網被入侵的概率，相關技術基于殘差檢測的方法可以通過確定實時的測量數據是否滿足歷史測量數據的分布來檢測虛假數據。但是攻擊者可以使用符合先前歷史數據分布的測量數據，將使檢測方法失效。后者盡管可通過機器學習算法學習虛假數據的特征，實現對虛假數據的檢測。但這是一種在控制中心實現的集中式檢測方案，需要占用大量控制中心的計算資源。此外，相關技術還可基于保護的防御方法用于抵制虛假數據注入攻擊，這些方法通過保護特有的PMU防止FDIA。但存在以下問題：首先，在此方法中只有特定的PMU中測量值是可信的。其次，如果攻擊者對特定的PMU的實施攻擊并且修改其測量值，則保護方法中的PMU可能將處于危險狀態，并且狀態估計可能承擔很大的風險，仍然無法有效抵制虛假數據注入攻擊，電網通信安全性較差。

鑒于此，如何在不需要占用大量控制中心的計算資源的基礎上，有效抵制虛假數據注入攻擊電網，保證電網通信安全，是本領域技術人員需要解決的問題。

發明內容

本申請提供了一種檢測虛假數據注入攻擊的方法、裝置及計算機可讀存儲介質，在不需要占用大量控制中心的計算資源的基礎上可有效抵制虛假數據注入攻擊電網，保證電網通信安全。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供以下技術方案：

本發明實施例一方面提供了一種檢測虛假數據注入攻擊的方法，應用于由PMU層、本地聚合層、控制層組成的三層智能電網框架，適用于所述本地聚合層，所述方法包括：

預先訓練多個用于檢測本地聚合器的聚合數據中的虛假數據且彼此獨立的模糊神經網絡模型；所述模糊神經網絡模型的模糊度量為總線和同步相量測量單元的信任值、估計測量值與真實測量值之間誤差水平值和相似度水平值；