智能电网用户侧信息安全问题研究

摘要

传统上，电力信息安全风险停留在系统内部，但随着智能电网的发展，其安全边界逐渐向用户侧延伸。由于用户侧的设备类型众多、通信方式多样，智能电网原有的网络专用、安全隔离等手段难以在用户侧得到有效实施，用户侧将成为智能电网信息安全的薄弱环节，保证智能电网用户侧的信息安全显得尤为重要。有鉴于此，本文系统地研究了智能电网用户侧的信息安全问题，分析了用户侧的安全需求，并提出了相应的解决方案。
　　由于智能电网的用户类型不一，其模式、结构存在多样性，在这种背景下研究用户侧的信息安全问题存在较大的困难。为此，本文首先探讨了智能电网用户侧的整体架构，参考了国际上的相关标准，分析了用户侧的关键设施及相关的用户侧系统，建立了智能电网用户侧模型，进一步明确了本文的研究对象。
　　之后，本文分析了智能电网用户侧的安全风险和安全需求，并简要介绍了其中涉及到的信息安全技术。为了保证能源管理系统的信息安全，本文根据能源管理系统的特点，提出了基于IBC的能源管理系统信息安全解决方案，方案分为两个部分，一部分为基于IBC的整体安全架构设计，本文详细论述了安全架构中各模块的功能;另一部分为身份认证，本文设计了一个基于IBC的身份认证协议，并对协议进行了形式化分析和非形式化分析，分析结果证明了所设计协议的安全性。
　　最后，本文探讨了用户侧子系统的信息安全问题。从保证信息安全的角度对子系统做了整体规划，针对居民用户提出了基于多回路电表和红外网关的方案，针对其他类型的用户提出了智能配电箱的设想，设计了相应的方案。之后本文重点探讨了目前主流的WiFi和ZigBee应用在用户侧子系统中的信息安全问题，针对WiFi提出了在用户侧子系统背景下的安全策略，并提出了一个在WPA2-PSK安全机制基础上的设备认证方案，可防止网络内部攻击。针对ZigBee，本文对其安全模式做了分析，根据子系统设备的特点对设备进行了分类，并为不同类型的设备设定了不同的安全模式。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 智能电网信息安全问题国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 本文研究内容及组织结构

1．3．1 研究内容

1．3．2 组织结构

第二章 智能电网用户侧概述

2．1 智能电网用户侧相关标准和组织

2．1．1 开放式自动需求响应标准

2．1．2 SEP 2．0

2．1．3 IEC PC118智能电网用户接口项目委员会

2．2 智能电网用户侧关键设旋

2．2．1 智能电表

2．2．2 智能用电网关

2．2．3 可控负荷

2．2．4 分布式电源

2．3 智能电网用户侧能源管理系统

2．3．1 家庭能源管理系统

2．3．2 建筑能源管理系统

2．3．3 企业能源管理系统

2．3．4 含能源管理系统的用户侧通用架构

2．4 智能电网用户侧子系统

2．5 智能电网用户侧整体模型

2．6 本章小结

第三章 智能电网用户侧安全需求分析及相关安全技术

3．1 智能电网用户侧信息安全风险

3．2 智能电网用户侧信息安全需求

3．2．1 能源管理系统安全需求

3．2．2 用户侧子系统安全需求

3．2．3 用户侧整体安全框架

3．3 相关安全技术

3．3．1 对称加密技术

3．3．2 非对称加密技术

3．3．3 摘要算法

3．3．4 数字签名

3．4 本章小结

第四章 基于IBC的用户侧能源管理系统信息安全解决方案

4．1 IBC概述

4．1．1 IBC简介

4．1．2 IBC和PKI对比

4．2 基于IBC的用户侧能源管理系统架构与功能分析

4．2．1 系统整体架构

4．2．2 安全服务模块功能分析与设计

4．3 基于IBC的身份认证协议设计及安全性分析

4．3．1 协议表述

4．3．2 协议形式化分析

4．3．3 协议非形式化分析

4．4 本章小结

第五章 智能电网用户侧子系统信息安全问题研究

5．1 面向安全性的用户侧子系统整体架构

5．1．1 子系统架构设计原则

5．1．2 面向居民用户的方案设计

5．1．3 基于智能配电箱的方案设计

5．2 基于WiFi的用户侧子系统信息安全策略及改进措旋

5．2．1 基于WiFi的子系统安全策略

5．2．2 基于WiFi的子系统设备认证方案

5．3 基于ZigBee的用户侧子系统安全模式分析

5．3．1 ZigBee安全模式

5．3．2 用户侧子系统设备分类与安全模式选择

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 未来展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间的研究成果