CN113746830A - 光伏电站网络安全防御资源配置方法、装置及计算机存储介质 - Google Patents

光伏电站网络安全防御资源配置方法、装置及计算机存储介质 Download PDF

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CN113746830A CN202111025428.8A CN202111025428A CN113746830A CN 113746830 A CN113746830 A CN 113746830A CN 202111025428 A CN202111025428 A CN 202111025428A CN 113746830 A CN113746830 A CN 113746830A
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Abstract

本发明公开了光伏电站网络安全防御资源配置方法、装置及计算机存储介质。建立光伏电站网络安全节点风险模型，对光伏电站网络安全节点风险进行量化评估；建立光伏电站网络安全防御成功模型，以光伏电站网络安全防御效益最优作为网络安全防御资源配置的目标函数；分别纳入光伏电站中网络带宽资源约束、存储空间资源约束、人力工作资源约束，建立光伏电站网络安全防御资源配置的约束条件；考虑光伏电站网络安全防御资源配置的目标函数、约束条件，本发明对光伏电站网络安全节点风险进行量化评估，在此基础上以光伏电站网络安全防御效益最优作为目标函数，网络带宽、存储空间、人力工作作为约束条件，对实际光伏电站进行网络安全防御资源配置优化。

Description

光伏电站网络安全防御资源配置方法、装置及计算机存储 介质
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及光伏电站网络安全防御资源配置方法、装置及计算机存储介质。
背景技术
早期时段，以光伏电站为代表的新能源电站运行状态相对封闭、孤立，而随着电力系统信息化发展，光伏电站逐渐向信息化、智能化方向转变。如今，大规模新能源并网下，光伏电站中信息网络交互日益增加，同时，光伏电站分布广而分散，接入环境复杂而多样，信息网络互联需求比传统电网更大，容易受到网络攻击的节点更多，网络安全风险更大。
因此，针对光伏电站网络系统可能面临的外部破坏和攻击，有必要部署网络安全主动防御资源，通过诱骗外部攻击者对主动防御资源进行攻击，降低光伏电站网络实际设备遭受网络攻击的风险程度，而现有技术中，缺乏对光伏电站网络安全防御资源配置的研究。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供光伏电站网络安全防御资源配置方法、装置及计算机存储介质，建立光伏电站网络安全节点风险模型，在此基础上对实际光伏电站进行网络安全防御资源配置。
为实现上述目的，本发明光伏电站网络安全防御资源配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，基于光伏电站各网络安全节点的外部威胁程度、内部脆弱程度、最大系统损失、业务重要程度，建立光伏电站网络安全节点风险模型，对光伏电站网络安全节点k的风险进行量化评估；
S2，建立光伏电站的网络安全防御成功模型，以光伏电站的网络安全总体防御效益最优作为光伏电站网络安全防御资源配置的目标函数；
S3，以光伏电站中网络带宽资源约束、存储空间资源约束、人力工作资源约束，建立光伏电站网络安全防御资源配置的约束条件；
S4，基于所述光伏电站网络安全防御资源配置的目标函数和约束条件，结合真实部署环境具体特征，基于节点风险评估方法对实际光伏电站进行网络安全防御资源配置。
步骤S1中，光伏电站网络安全节点风险模型中，对光伏电站网络安全节点k的风险进行量化评估结果如下：
Rk＝tk·vk·dk·ik
其中，Rk为节点k风险评估结果，tk为节点k受到的外部威胁程度，vk为节点k自身的内部脆弱程度，dk为节点k受到的最大系统损失，ik为节点k承载的业务重要程度。
步骤S2中，所述网络安全防御成功模型的具体建立方法为：
光伏电站网络系统中，基于预设的节点k的实际设备数量为sk，针对节点k部署的主动防御资源数量为ak，外部攻击者首次攻击到主动防御资源的次数为第j次攻击的概率为：
Figure BDA0003243190050000021
其中，nk为外部攻击者在首次攻击到主动防御资源时的攻击次数，在此前攻击到的均为实际设备；
攻击者首次攻击到主动防御资源时的攻击次数期望Ek为：
Figure BDA0003243190050000022
则对于光伏电站网络安全节点k，外部攻击者平均攻击到(Ek(ak)-1)项实际设备，剩余(sk+1-Ek(ak))项实际设备被成功保护，相应网络安全防御成功模型可表示如下：
Figure BDA0003243190050000023
步骤S2中，以光伏电站网络安全防御效益最优作为网络安全防御资源配置的目标函数，具体为：
基于步骤S1中所述光伏电站网络安全节点风险模型，对于光伏电站网络安全节点k，网络安全防御效益Gk可描述如下：
Figure BDA0003243190050000031
则以光伏电站的网络安全总体防御效益最优作为网络安全防御资源配置的目标函数，表示为如下：
Figure BDA0003243190050000032
其中，G为光伏电站网络安全总体防御效益，N光伏电站网络安全节点总数
步骤S3中，以光伏电站中网络带宽资源约束、存储空间资源约束、人力工作资源约束，建立光伏电站网络安全防御资源配置的约束条件，具体表示为：
Figure BDA0003243190050000033
其中，ak为主动防御资源数量，wi、bi、mi分别为第i项主动防御资源使用的网络带宽、存储空间、人力资源，Wk、Bk、Mk分别为光伏电站第k个网络安全节点使用的最大网络带宽、最大存储空间、最大人力资源。
步骤S4中，所述真实部署环境特征包括光伏电站的网络结构和节点类型。
光伏电站网络安全防御资源配置装置，包括：
网络安全节点风险模型建立模块，用于基于光伏电站各网络安全节点的外部威胁程度、内部脆弱程度、最大系统损失、业务重要程度，建立光伏电站网络安全节点风险模型，对光伏电站网络安全节点k的风险进行量化评估；
目标函数建立模块，用于建立光伏电站的网络安全防御成功模型，以光伏电站的网络安全总体防御效益最优作为光伏电站网络安全防御资源配置的目标函数；
约束条件建立模块，用于以光伏电站中网络带宽资源约束、存储空间资源约束、人力工作资源约束，建立光伏电站网络安全防御资源配置的约束条件；
网络安全防御资源配置模块，用于基于所述光伏电站网络安全防御资源配置的目标函数和约束条件，结合真实部署环境具体特征，基于节点风险评估方法对实际光伏电站进行网络安全防御资源配置。
上述的光伏电站网络安全防御资源配置装置，所述目标函数建立模块，建立的光伏电站的网络安全防御成功模型的具体建立方法为：
光伏电站网络系统中，基于预设的节点k的实际设备数量为sk，针对节点k部署的主动防御资源数量为ak，外部攻击者首次攻击到主动防御资源的次数为第j次攻击的概率为：
Figure BDA0003243190050000041
其中，nk为外部攻击者在首次攻击到主动防御资源时的攻击次数，在此前攻击到的均为实际设备；攻击者首次攻击到主动防御资源时的攻击次数期望Ek为：
Figure BDA0003243190050000042
则对于光伏电站网络安全节点k，外部攻击者平均攻击到(Ek(ak)-1)项实际设备，剩余(sk+1-Ek(ak))项实际设备被成功保护，相应网络安全防御成功模型可表示如下：
Figure BDA0003243190050000043
上述的光伏电站网络安全防御资源配置装置，其特征在于：所述目标函数建立模块，以光伏电站的网络安全总体防御效益最优作为光伏电站网络安全防御资源配置的目标函数，具体为：
基于所述光伏电站网络安全节点风险模型，对于光伏电站网络安全节点k，网络安全防御效益Gk可描述如下：
Figure BDA0003243190050000051
则以光伏电站网络安全总体防御效益最优作为网络安全防御资源配置的目标函数，表示为如下：
Figure BDA0003243190050000052
一种计算机存储介质，计算机存储介质存储有光伏电站网络安全防御资源配置的程序，所述光伏电站网络安全防御资源配置的程序被至少一个处理器执行时实现上述光伏电站网络安全防御资源配置的方法的步骤。
本发明的有益效果是：
本发明针对光伏电站网络系统可能面临的外部破坏和攻击，部署了网络安全主动防御资源，通过诱骗外部攻击者对主动防御资源进行攻击，降低光伏电站网络实际设备遭受网络攻击的风险程度。通过建立光伏电站网络安全节点风险模型，对光伏电站网络安全节点风险进行量化评估，在此基础上以光伏电站网络安全防御效益最优作为目标函数，网络带宽、存储空间、人力工作作为约束条件，对实际光伏电站进行网络安全防御资源配置优化。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1为本发明光伏电站网络安全防御资源配置研究框架图；
图2为本发明多种网络安全防御资源配置方案结果对比图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了光伏电站网络安全防御资源配置方法，包括以下步骤：
S1，基于光伏电站各网络安全节点的外部威胁程度、内部脆弱程度、最大系统损失、业务重要程度，建立光伏电站网络安全节点风险模型，对光伏电站网络安全节点风险进行量化评估；
S2，针对光伏电站网络系统可能面临的外部破坏和攻击，部署光伏电站网络安全主动防御资源，建立光伏电站网络安全防御成功模型，结合网络安全节点风险模型，以光伏电站网络安全防御效益最优作为光伏电站网络安全防御资源配置的目标函数；
S3，分别以光伏电站中网络带宽资源约束、存储空间资源约束、人力工作资源约束，建立光伏电站网络安全防御资源配置的约束条件；
S4，综合考虑光伏电站网络安全防御资源配置的目标函数、约束条件，结合真实部署环境具体特征，基于节点风险评估方法对实际光伏电站进行网络安全防御资源配置。
本实施例中，步骤S1中光伏电站网络安全节点风险模型中，光伏电站网络安全节点k的风险评估结果如下：
Rk＝tk·vk·dk·ik
其中，Rk为节点k风险评估结果，tk为节点k受到外部威胁程度，vk为节点k自身内部脆弱程度，dk为节点k受到最大系统损失，ik为节点k承载业务重要程度。
本实施例中，步骤S2光伏电站网络安全防御成功模型的具体建立方法为：
假设光伏电站网络系统中，节点k的实际设备数量为sk，针对节点k部署的主动防御资源数量为ak，外部攻击者首次攻击到主动防御资源的次数为第j次攻击的概率为：
Figure BDA0003243190050000061
其中，nk为外部攻击者在首次攻击到主动防御资源时的攻击次数，在此前攻击到的均为实际设备；攻击者首次攻击到主动防御资源时的攻击次数期望Ek为：
Figure BDA0003243190050000062
则对于光伏电站网络安全节点k，外部攻击者平均攻击到(Ek(ak)-1)项实际设备，剩余(sk+1-Ek(ak))项实际设备被成功保护，相应网络安全防御成功模型可表示如下：
Figure BDA0003243190050000071
本实施例中，步骤S2中以光伏电站网络安全防御效益最优作为网络安全防御资源配置的目标函数，具体为：
基于步骤S1中光伏电站网络安全节点风险模型，对于光伏电站网络安全节点k，网络安全防御效益Gk可描述如下：
Figure BDA0003243190050000072
其中，Rk为节点k风险评估结果，tk为节点k受到外部威胁程度，vk为节点k自身内部脆弱程度，dk为节点k受到最大系统损失，ik为节点k承载业务重要程度，sk为节点k的实际设备数量，ak为针对节点k部署的主动防御资源数量；Ek为攻击者首次攻击到主动防御资源时的攻击次数期望；
则以光伏电站网络安全总体防御效益最优作为网络安全防御资源配置的目标函数，表示为如下：
Figure BDA0003243190050000073
其中，G为光伏电站网络安全总体防御效益，N光伏电站网络安全节点总数
本实施例中，步骤S3中分别以光伏电站中网络带宽资源约束、存储空间资源约束、人力工作资源约束，建立光伏电站网络安全防御资源配置的约束条件，具体表示为：
Figure BDA0003243190050000074
其中，wi、bi、mi分别为第i项主动防御资源使用的网络带宽、存储空间、人力资源，Wk、Bk、Mk分别为光伏电站第k个网络安全节点使用的最大网络带宽、最大存储空间、最大人力资源。
本发明还提供光伏电站网络安全防御资源配置装置，包括：
网络安全节点风险模型建立模块，用于基于光伏电站各网络安全节点的外部威胁程度、内部脆弱程度、最大系统损失、业务重要程度，建立光伏电站网络安全节点风险模型，对光伏电站网络安全节点风险进行量化评估；
目标函数建立模块，用于针对光伏电站网络系统可能面临的外部破坏和攻击，部署光伏电站网络安全主动防御资源，建立光伏电站网络安全防御成功模型，结合网络安全节点风险模型，以光伏电站网络安全防御效益最优作为光伏电站网络安全防御资源配置的目标函数；
约束条件建立模块，用于分别以光伏电站中网络带宽资源约束、存储空间资源约束、人力工作资源约束，建立光伏电站网络安全防御资源配置的约束条件；
网络安全防御资源配置模块，用于综合考虑光伏电站网络安全防御资源配置的目标函数、约束条件，结合真实部署环境具体特征，基于节点风险评估方法对实际光伏电站进行网络安全防御资源配置。
本实施例中，目标函数建立模块，建立的光伏电站网络安全防御成功模型的具体建立方法为：
光伏电站网络系统中，基于预设的节点k的实际设备数量为sk，针对节点k部署的主动防御资源数量为ak，外部攻击者首次攻击到主动防御资源的次数为第j次攻击的概率为：
Figure BDA0003243190050000081
其中，nk为外部攻击者在首次攻击到主动防御资源时的攻击次数，在此前攻击到的均为实际设备；攻击者首次攻击到主动防御资源时的攻击次数期望Ek为：
Figure BDA0003243190050000082
则对于光伏电站网络安全节点k，外部攻击者平均攻击到(Ek(ak)-1)项实际设备，剩余(sk+1-Ek(ak))项实际设备被成功保护，相应网络安全防御成功模型可表示如下：
Figure BDA0003243190050000091
本实施例中，目标函数建立模块，以光伏电站网络安全防御效益最优作为网络安全防御资源配置的目标函数，具体为：
基于光伏电站网络安全节点风险模型，对于光伏电站网络安全节点k，网络安全防御效益Gk可描述如下：
Figure BDA0003243190050000092
其中，Rk为节点k风险评估结果，tk为节点k受到外部威胁程度，vk为节点k自身内部脆弱程度，dk为节点k受到最大系统损失，ik为节点k承载业务重要程度，sk为节点k的实际设备数量，ak为针对节点k部署的主动防御资源数量；Ek为攻击者首次攻击到主动防御资源时的攻击次数期望；
则以光伏电站网络安全总体防御效益最优作为网络安全防御资源配置的目标函数，表示为如下：
Figure BDA0003243190050000093
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现配置方法的步骤。
本实施例运用于某江苏省光伏电站系统中，对该光伏电站进行网络安全防御资源配置优化。该光伏电站的网络结构包括安全I区、安全Ⅱ区，其中安全I区包括调度数据网1节点、调度交换机1节点、远动机节点、站端交换机1节点、站端监控节点、光伏区监控节点，安全Ⅱ区包括调度数据网2节点、调度交换机2节点、功率预测节点、站端交换机2节点、防火墙节点。基于本专利提出的光伏电站网络安全节点风险模型，对光伏电站网络安全节点风险进行量化评估结果如下：调度数据网1节点风险为45.6782，调度数据网2节点风险为41.3758，站端监控节点风险为35.1254，光伏区监控节点风险为29.6390，调度交换机1节点风险为25.6732，调度交换机2节点风险为24.3593，站端交换机1节点风险为21.4954，站端交换机2节点风险为20.8473，防火墙节点风险为15.8342，远动机节点风险为10.9354，功率预测节点风险为4.1826。
进一步的，本实施例设置了多种网络安全防御资源配置方案，其中方案一依据各节点主机数量进行网络安全防御资源配置，方案二依据各节点风险评估结果进行网络安全防御资源配置，方案三采用本发明提出的基于节点风险评估的光伏电站网络安全防御资源配置方法，研究框架如图1所示。
对三种方案网络安全防御资源配置结果进行对比分析，各方案下光伏电站网络安全总体防御效益如图2所示。由结果可知，相同的网络安全防御资源配置投入成本下，采用本发明提出的基于节点风险评估的光伏电站网络安全防御资源配置方法，光伏电站的网络安全总体防御效益最好。
结果显示，本发明提出的一种基于节点风险评估的光伏电站网络安全防御资源配置方法，针对光伏电站网络系统可能面临的外部破坏和攻击，合理部署了网络安全主动防御资源，能够通过诱骗外部攻击者对主动防御资源进行攻击，最大化降低光伏电站网络实际设备遭受网络攻击的风险程度，实现光伏电站的网络安全总体防御效益最优化。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.光伏电站网络安全防御资源配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，基于光伏电站各网络安全节点的外部威胁程度、内部脆弱程度、最大系统损失、业务重要程度，建立光伏电站网络安全节点风险模型，对光伏电站网络安全节点k的风险进行量化评估；
S2，建立光伏电站的网络安全防御成功模型，以光伏电站的网络安全总体防御效益最优作为光伏电站网络安全防御资源配置的目标函数；
S3，以光伏电站中网络带宽资源约束、存储空间资源约束、人力工作资源约束，建立光伏电站网络安全防御资源配置的约束条件；
S4，基于所述光伏电站网络安全防御资源配置的目标函数和约束条件，结合真实部署环境特征，基于节点风险评估方法对实际光伏电站进行网络安全防御资源配置。
2.如权利要求1所述的光伏电站网络安全防御资源配置方法，其特征在于：步骤S1中，光伏电站网络安全节点风险模型中，对光伏电站网络安全节点k的风险进行量化评估结果如下：
Rk＝tk·vk·dk·ik
其中，Rk为节点k风险评估结果，tk为节点k受到的外部威胁程度，vk为节点k自身的内部脆弱程度，dk为节点k受到的最大系统损失，ik为节点k承载的业务重要程度。
3.如权利要求2所述的光伏电站网络安全防御资源配置方法，其特征在于，步骤S2中，所述网络安全防御成功模型的具体建立方法为：
光伏电站网络系统中，基于预设的节点k的实际设备数量为sk，针对节点k部署的主动防御资源数量为ak，外部攻击者首次攻击到主动防御资源的次数为第j次攻击的概率为：
Figure FDA0003243190040000011
其中，nk为外部攻击者在首次攻击到主动防御资源时的攻击次数，在此前攻击到的均为实际设备；
攻击者首次攻击到主动防御资源时的攻击次数期望Ek为：
Figure FDA0003243190040000021
则对于光伏电站网络安全节点k，外部攻击者平均攻击到(Ek(ak)-1)项实际设备，剩余(sk+1-Ek(ak))项实际设备被成功保护，相应网络安全防御成功模型可表示如下：
Figure FDA0003243190040000022
4.如权利要求3所述的光伏电站网络安全防御资源配置方法，其特征在于，步骤S2中，以光伏电站网络安全防御效益最优作为网络安全防御资源配置的目标函数，具体为：
基于步骤S1中所述光伏电站网络安全节点风险模型，对于光伏电站网络安全节点k，网络安全防御效益Gk可描述如下：
Figure FDA0003243190040000023
则以光伏电站的网络安全总体防御效益最优作为网络安全防御资源配置的目标函数，表示为如下：
Figure FDA0003243190040000024
其中，G为光伏电站网络安全总体防御效益，N光伏电站网络安全节点总数。
5.如权利要求1所述的光伏电站网络安全防御资源配置方法，其特征在于，步骤S3中，以光伏电站中网络带宽资源约束、存储空间资源约束、人力工作资源约束，建立光伏电站网络安全防御资源配置的约束条件，具体表示为：
Figure FDA0003243190040000031
其中，ak为主动防御资源数量，wi、bi、mi分别为第i项主动防御资源使用的网络带宽、存储空间、人力资源，Wk、Bk、Mk分别为光伏电站第k个网络安全节点使用的最大网络带宽、最大存储空间、最大人力资源。
6.如权利要求1所述的光伏电站网络安全防御资源配置方法，其特征在于，步骤S4中，所述真实部署环境特征包括光伏电站的网络结构和节点类型。
7.光伏电站网络安全防御资源配置装置，其特征在于，包括：
网络安全节点风险模型建立模块，用于基于光伏电站各网络安全节点的外部威胁程度、内部脆弱程度、最大系统损失、业务重要程度，建立光伏电站网络安全节点风险模型，对光伏电站网络安全节点k的风险进行量化评估；
目标函数建立模块，用于建立光伏电站的网络安全防御成功模型，以光伏电站的网络安全总体防御效益最优作为光伏电站网络安全防御资源配置的目标函数；
约束条件建立模块，用于以光伏电站中网络带宽资源约束、存储空间资源约束、人力工作资源约束，建立光伏电站网络安全防御资源配置的约束条件；
网络安全防御资源配置模块，用于基于所述光伏电站网络安全防御资源配置的目标函数和约束条件，结合真实部署环境具体特征，基于节点风险评估方法对实际光伏电站进行网络安全防御资源配置。
8.如权利要求7所述的光伏电站网络安全防御资源配置装置，其特征在于：所述目标函数建立模块，建立的光伏电站的网络安全防御成功模型的具体建立方法为：
光伏电站网络系统中，基于预设的节点k的实际设备数量为sk，针对节点k部署的主动防御资源数量为ak，外部攻击者首次攻击到主动防御资源的次数为第j次攻击的概率为：
Figure FDA0003243190040000041
其中，nk为外部攻击者在首次攻击到主动防御资源时的攻击次数，在此前攻击到的均为实际设备；攻击者首次攻击到主动防御资源时的攻击次数期望Ek为：
Figure FDA0003243190040000042
则对于光伏电站网络安全节点k，外部攻击者平均攻击到(Ek(ak)-1)项实际设备，剩余(sk+1-Ek(ak))项实际设备被成功保护，相应网络安全防御成功模型可表示如下：
Figure FDA0003243190040000043
9.如权利要求8所述的光伏电站网络安全防御资源配置装置，其特征在于：所述目标函数建立模块，以光伏电站的网络安全总体防御效益最优作为光伏电站网络安全防御资源配置的目标函数，具体为：
基于所述光伏电站网络安全节点风险模型，对于光伏电站网络安全节点k，网络安全防御效益Gk可描述如下：
Figure FDA0003243190040000044
则以光伏电站网络安全总体防御效益最优作为网络安全防御资源配置的目标函数，表示为如下：
Figure FDA0003243190040000045
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有光伏电站网络安全防御资源配置的程序，所述光伏电站网络安全防御资源配置的程序被至少一个处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述光伏电站网络安全防御资源配置的方法的步骤。
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