CN113392435A - 一种智能变电站usb接口安全管控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种智能变电站USB接口安全管控系统及方法，该系统包括USB管控模块、USB安全服务器和USB安全管理机；所述USB管控模块包括USB公口、USB母口、管控MCU、线路切换器USB公口用于插入电力设备，USB母口用于移动存储介质插入，所述管控MCU用于计算插入USB母口的移动存储介质中目录和文件的Hash值，若计算出的Hash值与预先存储于的移动存储介质的Hash值匹配，则控制线路切换器切换USB母口的通信线路到USB公口。本发明有效避免了U盘病毒、木马等USB接口攻击方式对电力设备的攻击，可对USB接口进行有效防护又不影响USB接口的正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及计算机安全、电子通信领域，具体是一种智能变电站USB接口安全管控系统及方法。
背景技术
USB接口因为其便携性和实用性的特点，经过多年的发展已经成为计算机和工业设备最常见的外设接口，大量的外设如鼠标、键盘、U盘、移动硬盘都通过USB接口与主设备通信，滋生了U盘病毒、木马等USB接口攻击方式。
随着智能电网建设的持续推进，对保障智能变电站的网络安全防护已经成为保障电力供应的一个重要环节。智能变电站作为国家能源重要基础设施，属于对安全要求较高的场景，其对USB接口的安全防护也是非常必要的。2015年12月发生的乌克兰电力公司网络遭到黑客攻击的大型事件，给我国电力系统安全敲响了警钟。携带“震网病毒”的U盘利用Autorun机制和插入内网计算机的机会，侵入到伊朗电力控制网络内，并逐步渗透到工业控制设备中，造成伊朗电网瓦解，给国家安全带来巨大威胁。
智能变电站作为保证供电稳定的基础设施，属于对安全要求较高的场景，其对USB接口的安全防护也是非常必要的。当前针对USB接口的防护措施有：①通过物理堵塞或BIOS禁用的方式禁用USB接口，虽然做法直接有效，但也造成USB接口全部无法使用，给工作带来不便的后果；②在操作系统内安装防火墙、监控软件进行管控，这种方式需要经常更新病毒库，且目前仅Windows操作系统有成熟且广泛使用的产品，此方式不适用于变电站。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种智能变电站USB接口安全管控系统及方法。
一种智能变电站USB接口安全管控系统，包括USB管控模块、USB安全服务器和USB安全管理机；
所述USB管控模块包括USB公口、USB母口、管控MCU、线路切换器，USB公口用于插入电力设备，USB母口用于移动存储介质插入，所述管控MCU用于计算插入USB母口的移动存储介质中目录和文件的Hash值，若计算出的Hash值与预先存储于的移动存储介质的Hash值匹配，则控制线路切换器切换USB母口的通信线路到USB公口；
所述USB安全服务器与所述USB管控模块的管控MCU进行无线通信连接，以获取各USB管控模块的状态并进行管理；
所述USB安全管理机与所述USB安全服务器通信连接，所述USB安全管理机用于对需插入电力设备的移动存储介质进行杀毒，以及根据移动存储介质中的目录和文件计算Hash值并存储Hash值到隐藏文件。
进一步的，所述USB安全服务器还用于在超时未收到管控MCU的心跳报文或收到启动报文即判定USB管控模块被恶意拔出，则告警通知相关管理员。
进一步的，所述USB管控模块通过ZigBee网络发送心跳报文或启动报文给USB安全服务器。
进一步的，所述USB管控模块还包括天线，天线配合MCU的无线部分与USB安全服务器通信。
进一步的，所述USB安全管理机与所述USB安全服务器通过以太网通信。
进一步的，所述USB管控模块和所述USB安全管理机计算Hash值的过程为：遍历移动存储介质所有文件并计算Hash值；将所有文件的Hash值进行排序存放到内存或临时文件中；对排序结果进行Hash计算。
一种智能变电站USB接口安全管控系方法，采用上述系统进行，所述发方法包括如下步骤：
步骤一、移动存储介质插入USB安全管理机，USB安全管理机对移动存储介质进行杀毒，根据移动存储介质中的目录和文件计算Hash值并存储Hash值到隐藏文件；
步骤二、移动存储介质插入USB管控模块的USB母口，所述USB管控模块中的管控MCU计算插入USB母口的移动存储介质中目录和文件的Hash值，若计算出的Hash值与预先存储于移动存储介质的Hash值匹配，则控制线路切换器切换USB母口的通信线路到USB公口，使移动存储介质与电力设备进行通信。
进一步的，USB管控模块在检测到无外部U盘或U盘拔出的情况下，线路切换器切换到管控MCU端，仅在U盘审核通过后切换到电力设备端。
进一步的，所述USB管控模块间隔发送心跳报文给USB安全服务器，在重启后发送启动报文到USB安全服务器；USB安全服务器超时未收到心跳报文或收到启动报文即判定USB管控模块被恶意拔出，则告警通知相关管理员。
进一步的，所述USB管控模块通过ZigBee网络发送心跳报文或启动报文给USB安全服务器。
本发明通过USB安全管理机事先对需插入电力设备的移动存储介质进行杀毒和Hash值，并存储Hash值到移动存储介质的隐藏文件中，在使用时，在电力设备上加装具有校验功能的USB管控模块，USB管控模块通过再次根据移动存储介质中的内容计算Hash值后，与预先存储的Hash值进行比对，若比对成功则切换线路使移动存储介质与电力设备进行通信，从而有效避免了U盘病毒、木马等USB接口攻击方式对电力设备的攻击，可对USB接口进行有效防护又不影响USB接口的正常工作。
附图说明
图1是本发明智能变电站USB接口安全管控系统其中一个实施例的结构示意图；
图2是本发明中USB管控模块的结构示意图；
图3是本发明智能变电站USB接口安全管控方法其中一个实施例的流程示意图；
图4是本发明移动存储介质插入到USB安全管理机时计算Hash值的流程示意图；
图5是本发明移动存储介质插入到USB管控模块时校验Hash值的流程示意图；
图6是本发明移动存储介质插入到管理机时计算Hash值的过程示意图；
图7是本发明移动存储介质插入到USB管控模块时校验Hash值的过程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明智能变电站USB接口安全管控系统其中一个实施例，包括USB管控模块、USB安全服务器和USB安全管理机。
所述USB管控模块是一个外接于标准USB母口的类似U盘大小的硬件模块(如图2所示)，它的存在使得移动存储介质(例如U盘)不再直接插入到电力设备上，而是插入到USB管控模块上，只有U盘经过USB管控模块审核通过才连接至电力设备。由于USB管控模块是硬件切换通信线路的方式来保护USB接口，不再需要在被保护设备(电力设备)上安装任何软件，这样被保护设备的应用范围就比较大，如电力网络分析仪、电力录波器、继电保护设备、计算机、服务器等。
所述USB管控模块包括USB公口、USB母口、管控MCU、线路切换器、天线，其中USB公口用于插入电力设备，USB母口用于移动存储介质(例如U盘)插入，所述管控MCU用于计算插入USB母口的移动存储介质中目录和文件的Hash值，若计算出的Hash值与预先存储于的移动存储介质的Hash值匹配，则控制线路切换器切换USB母口的通信线路到USB公口，即所述线路切换器用于在管控MCU控制下切换USB母口的通信线路到管控MCU或电力设备，管控MCU还用于审核移动存储介质中存储的内容，天线配合MCU的无线部分与USB安全服务器通信。
所述USB安全服务器与所述USB管控模块的管控MCU进行无线通信连接，获取各USB管控模块的状态并进行管理；
所述USB安全管理机与所述USB安全服务器通信连接(例如以太网通信)，所述USB安全管理机用于对需插入电力设备的移动存储介质进行杀毒，以及根据移动存储介质中的目录和文件计算Hash值并存储Hash值到隐藏文件。所述USB安全管理机上还运行人机界面，可查看各USB管控模块的状态。
请继续参阅图3，本发明实施例还提供一种智能变电站USB接口安全管控方法，其采用上述系统进行，所述方法包括如下步骤：
步骤一、移动存储介质插入USB安全管理机，USB安全管理机对移动存储介质进行杀毒，根据移动存储介质中的目录和文件计算Hash值并存储Hash值到隐藏文件；其详细步骤和Hash值的计算过程见图4和图6。Hash计算过程分三步：1.遍历移动存储介质所有文件(包括各目录的文件)并计算Hash值，Hash算法可使用MD4、MD5、SHA1、SHA256等；2.将所有文件的Hash值进行排序存放到内存或临时文件中；3.对排序结果进行Hash计算，Hash算法同样可使用MD4、MD5、SHA1、SHA256等。
步骤二、移动存储介质插入USB管控模块的USB母口，所述USB管控模块中的管控MCU计算插入USB母口的移动存储介质中目录和文件的Hash值，若计算出的Hash值与预先存储于移动存储介质的Hash值匹配，则控制线路切换器切换USB母口的通信线路到USB公口，使移动存储介质与电力设备进行通信；其详细步骤和Hash值的校验计算过程见图5和图7。
图3所示流程图介绍了整个系统的使用过程，U盘若需插入到电力设备，需要先到管理机上杀毒并生成Hash值，再插入到USB管控模块上，USB管控模块会审核U盘内容，若审核通过U盘就可与电力设备通信，若审核不过U盘无法与电力设备通信。
如图4和图5所示，分别是本发明使用U盘时的两个操作过程：过程1是将U盘插入到USB安全管理机杀毒后计算Hash值并存储Hash值到隐藏文件的过程，Hash计算将遍历U盘所有目录和文件，并以一定的Hash算法计算这些目录和文件的Hash值，并将得到的Hash值存储到根目录的隐藏文件(如名为HASH的文件)；过程2是将U盘插入到USB管控模块后，内部的管控MCU计算Hash值并与预存Hash值做比对的过程，Hash计算同样会遍历U盘所有目录和文件，并以同样的Hash算法计算这些目录和文件的Hash值，并将得到的Hash值与隐藏文件(如HASH文件)中存储的Hash值做对比，若比对一致，管控模块将切换线路切换器，使U盘连接至电力设备，反之若比对不一致或不存隐藏文件，管控模块将无动作。
需要注意的是：
1.USB管控模块在检测到无外部U盘或U盘拔出的情况下，线路切换器切换到管控MCU端，仅在U盘审核通过后才切换到电力设备端；
2.USB管控模块的公口插入电力设备的母口时，应采取一定的物理措施保证不易被拔出；
3.USB管控模块可通过无线与USB安全服务器通信，每间隔几秒(例如3秒)发送心跳报文给USB安全服务器，同时在重启后也发送启动报文到USB安全服务器，USB安全服务器超时未收到心跳报文或收到启动报文就可判定USB管控模块被恶意拔出，则告警通知相关管理员。
具体的，USB管控模块可通过ZigBee网络发送报文结构给USB安全服务器，报文采用类似MMS报文的TLV结构TLV分别代表Tag、Length、Value。启动报文共两字节，Tag为0x01，Length为0x00；心跳报文的字节总长度根据内容可变，Tag为0x02，Length为0x19(25个字节)，其内容可包含多个TLV结构，Tag有0x21、0x22、0x23、0x24，如表1所示，分别代表状态、VID(厂商ID)、PID(产品ID)、SN(序列号)。
表1
| Tag | 意义 | 长度 | 必选 |
| 0x21 | 状态 | 1 | Y |
| 0x22 | VID | 2 | N |
| 0x23 | PID | 2 | N |
| 0x24 | SN | 12 | N |
状态有四种：空闲、审核中、通过审核、未过审核。其中空闲是未插入U盘的状态；审核中是U盘插入时MCU正在对U盘内容进行审核的状态；通过审核是U盘内容通过MCU审核后U盘正与被保护电力设备通信的状态；未过审核是U盘内容未通过MCU审核而不得与变电站电力设备通信的状态。
4.恶意拔出的USB管控模块在重新插上后未经过USB安全服务器重新授权的将不再允许U盘连接到电力设备。
5.Hash计算的具体算法可以通过无线通信更新，定时更新算法可提高系统安全性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种智能变电站USB接口安全管控系统，其特征在于：包括USB管控模块、USB安全服务器和USB安全管理机；
所述USB管控模块包括USB公口、USB母口、管控MCU、线路切换器，USB公口用于插入电力设备，USB母口用于移动存储介质插入，所述管控MCU用于计算插入USB母口的移动存储介质中目录和文件的Hash值，若计算出的Hash值与预先存储于的移动存储介质的Hash值匹配，则控制线路切换器切换USB母口的通信线路到USB公口；
所述USB安全服务器与所述USB管控模块的管控MCU进行无线通信连接，以获取各USB管控模块的状态并进行管理；
所述USB安全管理机与所述USB安全服务器通信连接，所述USB安全管理机用于对需插入电力设备的移动存储介质进行杀毒，以及根据移动存储介质中的目录和文件计算Hash值并存储Hash值到隐藏文件。
2.如权利要求1所述的智能变电站USB接口安全管控系统，其特征在于：所述USB安全服务器还用于在超时未收到管控MCU的心跳报文或收到启动报文即判定USB管控模块被恶意拔出，则告警通知相关管理员。
3.如权利要求2所述的智能变电站USB接口安全管控系统，其特征在于：所述USB管控模块通过ZigBee网络发送心跳报文或启动报文给USB安全服务器。
4.如权利要求1所述的智能变电站USB接口安全管控系统，其特征在于：所述USB管控模块还包括天线，天线配合MCU的无线部分与USB安全服务器通信。
5.如权利要求1所述的智能变电站USB接口安全管控系统，其特征在于：所述USB安全管理机与所述USB安全服务器通过以太网通信。
6.如权利要求1所述的智能变电站USB接口安全管控系统，其特征在于：所述USB管控模块和所述USB安全管理机计算Hash值的过程为：遍历移动存储介质所有文件并计算Hash值；将所有文件的Hash值进行排序存放到内存或临时文件中；对排序结果进行Hash计算。
7.一种智能变电站USB接口安全管控系方法，其特征在于：采用权利要求1-6中任一项所述系统进行，所述发方法包括如下步骤：
步骤一、移动存储介质插入USB安全管理机，USB安全管理机对移动存储介质进行杀毒，根据移动存储介质中的目录和文件计算Hash值并存储Hash值到隐藏文件；
步骤二、移动存储介质插入USB管控模块的USB母口，所述USB管控模块中的管控MCU计算插入USB母口的移动存储介质中目录和文件的Hash值，若计算出的Hash值与预先存储于移动存储介质的Hash值匹配，则控制线路切换器切换USB母口的通信线路到USB公口，使移动存储介质与电力设备进行通信。
8.如权利要求7所述的智能变电站USB接口安全管控方法，其特征在于：USB管控模块在检测到无外部U盘或U盘拔出的情况下，线路切换器切换到管控MCU端，仅在U盘审核通过后切换到电力设备端。
9.如权利要求7所述的智能变电站USB接口安全管控方法，其特征在于：所述USB管控模块间隔发送心跳报文给USB安全服务器，在重启后发送启动报文到USB安全服务器；USB安全服务器超时未收到心跳报文或收到启动报文即判定USB管控模块被恶意拔出，则告警通知相关管理员。
10.如权利要求9所述的智能变电站USB接口安全管控方法，其特征在于：所述USB管控模块通过ZigBee网络发送心跳报文或启动报文给USB安全服务器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210914 |