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【精彩论文】电能计量用通信规约安全改造技术
观点凝练
摘要：网络攻击正向工业控制系统渗透。电能量采集关系到各方面经济利益，及时获取精准的电量数据尤为重要。基于IEC 62351标准对采用网络传输的102规约进行了网络安全性改造，在传输层增加传输层安全（transport layer security，TLS）协议，应用层采用哈希运算消息认证码（Hash-based message authentication code，HMAC）对报文应用服务数据单元（application service data unit，ASDU）进行安全性校验，实现电能量采集系统主子站间通信加密、认证和完整性校验功能。测试电能量采集系统102规约改造前后主子站间通信的认证时间、单帧数据增加时间等关键数据指标。测试结果表明：应用层改造环节消耗较多时间，在报文帧数量大的情况下会严重影响通信效率。综合比较，当TLS使用国密SM4加密套件时，整体性能较优。
结论：本文基于IEC 62351对102规约进行了安全性改造，在传输层增加TLS协议，应用层采用HMAC对报文ASDU进行完整性校验，实现电能量采集系统主子站间通信加密、认证和完整性校验的功能。针对以上方案，搭建了电能量采集原型系统，分别对102规约改造前后主子站数据传输情况进行了测试，获得了规约改造后主子站的认证时间、单帧数据增加时间、子站发送报文打包最大时间等关键数据，测试表明：（1）加密算法的选择对TLS协议认证时间有明显影响，其中ECDHE算法优于RSA算法；（2）改造后102规约数据传输增加的时间主要为完整性校验环节消耗的时间，特别在数据帧较多的情况下；（3）改造后102规约方案可以兼容未改造的102通信规约；（4）当采用国密SM4加密套件时，综合性能较ECDHE和RSA套件更佳，可优先采用。
综上所述，若电能量采集系统采用改造102规约传输数据时，主站抄读子站16块表计最大传输时间为397.8 s，假若变电站实际电能量数据量是测试的2倍，总抄表时间也小于15 min的最小抄表时间间隔。因此，在选择合适的安全防护目标和加密套件的情况下，改造的102规约应能满足电能量采集系统正常的通信需求。
引文信息
任辉, 栗会峰, 赵辉, 等. 电能计量用通信规约安全改造技术[J]. 中国电力, 2021, 54(1): 167-174.REN Hui, LI Huifeng, ZHAO Hui, et al. Security transformation technology for electricity metering communication protocol[J]. Electric Power, 2021, 54(1): 167-174.往期回顾
审核：方彤
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