智能電站控制―維護―管理系統(tǒng)集成中的安全隔離技

3.4 優(yōu)勢分析

這種數據傳輸策略，可有效保護HOMS 系統(tǒng)實時和歷史數據，實現(xiàn)安全隔離，且存在以下優(yōu)勢：

1)2 個安全區(qū)用戶所訪問的數據庫相同，都為安全II 區(qū)廠級數據庫服務器，保證了數據安全性、可靠性、一致性。

2)安全III 區(qū)不設鏡像數據服務器，避免了2 個安全區(qū)之間數據同步、數據轉移等帶來的諸多問題，并節(jié)省了系統(tǒng)構建費用。

3)盡管采用文件形式傳輸數據，但最終都轉換為數據集操作，原有的系統(tǒng)框架不需要改變，只需修改部分數據讀取模塊，縮短了工程項目時間。

4)系統(tǒng)的響應速度快，具有良好的實時性、可靠性、開放性以及可擴展性。

4 安全隔離的硬、軟件實現(xiàn)

4.1 安全隔離硬件選擇

安全 II 區(qū)與安全III 區(qū)采用電力系統(tǒng)專用隔離裝置進行隔離。HOMS 網絡安全隔離裝置選擇了2 臺：正向和反向隔離裝置。

1)正向隔離裝置[15]用于安全I/II 區(qū)到安全III區(qū)的單向數據傳遞。它具有以下特性：高可靠硬件設計，單向傳輸控制，割斷穿透性的TCP 連接，通信流暢，支持雙電源、雙機熱備，安全裁剪內核，系統(tǒng)安全性和抗攻擊能力強。正向隔離裝置是安全I/II 區(qū)到安全III 區(qū)唯一的數據傳輸途徑，能有效地抵御病毒、黑客等通過各種形式發(fā)起的對電力網絡系統(tǒng)的惡意攻擊與破壞活動，保護實時閉環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)和系統(tǒng)數據網絡的安全。

2)反向隔離裝置用于安全III 區(qū)到安全I/II 區(qū)的單向數據傳遞，它除了擁有正向隔離裝置的特性外，還采用專用加密算法對數據進行加密和數字簽名，并基于數字證書進行簽名驗證與內容檢查，支持純文本的編碼轉換和識別。反向隔離裝置是安全III 區(qū)到安全I/II 區(qū)的唯一數據傳輸途徑，實現(xiàn)了數據機密性、完整性保護。

3)HOMS 與安全I 區(qū)通過正向隔離裝置隔離。此外，切斷HOMS系統(tǒng)對安全I 區(qū)的數據發(fā)送通道，保障安全I 區(qū)不受HOMS 系統(tǒng)影響。

4)HOMS 企業(yè)級子系統(tǒng)通過硬件物理防火墻，與企業(yè)管理信息網連接，防御網絡黑客、病毒的攻擊。硬件防火墻提供完善的安全特性、標準和擴展的訪問控制列表(access control list，ACL)、DES 等加密算法，支持包過濾，為用戶提供安全的認證、授權服務。

4.2 安全隔離軟件部署

安全隔離后，實時數據與歷史數據的傳輸策略發(fā)生了變化，需要部署相應的數據發(fā)送、數據接收軟件，保證2 個安全區(qū)之間的數據交互。

1)實時數據緩存與轉發(fā)模塊。部署在廠級WEB服務器和企業(yè)級WEB 服務器上。廠級WEB 服務器上的程序功能模塊可分為與機組綜合單元UDP通信、數據緩存、TCP/IP 通信接口、客戶端過濾與驗證、數據加密、數據庫訪問、自身配置與記錄、與企業(yè)級WEB 服務器UDP 通信幾個子模塊;企業(yè)級WEB 服務器上的程序功能模塊與廠級程序基本相同，但其UDP 通信對象為廠級WEB 服務器。

2)反向隔離傳輸軟件。分為客戶端和服務端?？蛻舳瞬渴鹪谄髽I(yè)級WEB 服務器，實時監(jiān)測查詢文件夾，將企業(yè)級WEB 服務器響應客戶請求生成的查詢文件，通過反向隔離裝置傳至廠級WEB 服務器;服務端部署在廠級WEB 服務器，接收客戶端傳輸的查詢文件，并保存。客戶端和服務端都支持多用戶、多任務、多目標操作，在操作失敗后具備自動告警功能。

3)正向隔離傳輸軟件。分為客戶端和服務端?？蛻舳诉\行在廠級WEB 服務器，采用線程池技術，實時監(jiān)測查詢文件保存目錄是否更新;讀入最新文件，獲取數據查詢命令，訪問數據庫，生成數據文件;通過正向隔離裝置將數據文件傳至企業(yè)級WEB服務器。服務端運行在企業(yè)級WEB 服務器，接收數據文件，并根據數據文件，按照所規(guī)定的協(xié)議，生成數據集，提供給WEB 應用?？蛻舳撕头斩硕贾С侄嘤脩簟⒍嗳蝿?、多目標操作，在操作失敗后具備自動告警功能。

5 現(xiàn)場測試與應用

目前，實現(xiàn)安全隔離后的 CMMS 已在葛洲壩電站投入運行。通過安全測試以及運行情況來看，隔離后的系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定、可靠運行。

在安全III 區(qū)，通過企業(yè)級WEB 服務器及個人PC 機對安全II 區(qū)廠級WEB 服務器進行非法訪問測試，訪問被隔離裝置拒絕;在安全III 區(qū)通過SQL語句對安全II 區(qū)數據庫服務器進行注入攻擊，攻擊都被阻斷。拒絕非法訪問和阻斷注入攻擊的記錄在隔離裝置運行日志中可查詢，見圖5，其中1—3 條為非法訪問拒絕記錄，4—6 條為注入攻擊阻斷記錄。

此外，采用新的數據傳輸策略后，經改造后HOMS 系統(tǒng)各項功能運行正常，安全II 區(qū)與安全III 區(qū)之間數據交互實時性、響應速度等均能滿足要求，用戶體驗與隔離前沒有區(qū)別。

6 結論

1)對CMMS 網絡進行安全分區(qū)，對存在安全隱患的通道加裝安全隔離裝置，有效地保護了閉環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)和系統(tǒng)數據網絡的安全。

2)在安全II 區(qū)和III 區(qū)TCP 連接被切斷的情況下，本文設計的數據傳輸策略能夠實現(xiàn)安全區(qū)之間的數據安全交互，保證系統(tǒng)原有功能正常使用。

3)安全測試以及葛洲壩電站的現(xiàn)場應用表明，隔離后的系統(tǒng)運行安全可靠，為控制、維護和管理系統(tǒng)集成的安全隔離提供了參考解決方案。

4)系統(tǒng)的安全防護除了考慮安全技術，還應該重視安全管理制度的建立，只有將兩者有機結合起來，才是最為行之有效的方法。

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