CN115190141A - 基于电力靶场环境的工控安全防护方法 - Google Patents

基于电力靶场环境的工控安全防护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于电力靶场环境的工控安全防护方法，解决了现有技术的不足，包括以下步骤：步骤1，相关人员选择测试类别，测试的类别包括全部测试和部分测试；步骤2，系统确定稳控测试方式，根据测试类别和测试方式读取对应的配置文件、获取执行操作代码；步骤3，测试子机监视安控子机的动作状态并将安控子机的动作状态量上传至测试主机，同时测试主机还获取稳控主机的动作报文信息和测量值，然后测试主机根据安控子机的动作状态量以及稳控主机的动作报文信息和测量值判断稳控动作行为的正确性；步骤4，测试结束，系统将测试记录生成测试报告。

Description

基于电力靶场环境的工控安全防护方法
技术领域
本发明涉及电网安全技术领域，尤其是指基于电力靶场环境的工控安全防护方法。
背景技术
当前，众多电力公司、科研机构、高校建立电力网络靶场系统，基于实体设备、虚拟化系统或两者相结合方式构建电力仿真环境，用于仿真电力业务场景，并基于网络靶场开展网络安全攻防演练、安全测评、技术培训、应急演练等工作，提升建设单位针对电力网络安全的研究能力和实践水平。
随着物联网、NB-IOT、5G、北斗等新一代通信技术在电力场景中的逐步应用，以及采用密码通信技术等通信安全保障措施的进一步完善，大量各种类型的终端基于4G、NB-IOT、5G等有线或无线方式接入电力网络，例如：摄像头、移动作业终端、数据采集终端等，实现了数据的采集上报和反馈，极大便利了业务的开展。
在电力安全接入场景中主要分为电力终端、安全接入设备和业务主站三类元素。其中：
(1)电力终端包含了视频终端、采集终端、移动作业终端等多种类型，对应不同的通信协议，每种类型又涵盖了多种不同厂商。电力终端上安装了基于数字证书和加密芯片的装置，实现与安全接入设备之间的终端认证、密钥协商和加密数据通信。
(2)安全接入设备主要由安全接入网关组成，连接外网侧和内网侧两个网络。外网侧面向电力终端，实现终端认证、数据接收和解密功能，而后以明文方式转发到内网侧网络，实现与业务主站的通信。
(3)业务主站主要由电力业务系统组成，主站接收业务数据实现电力相关的业务功能。
大量终端的接入改变了原有相对封闭的电力网络架构，造成了系统稳定性的下降，系统运行维护时也变得不再安全，因此需要设计一种基于电力靶场环境的工控安全防护方法，确保电力靶场环境能进行安全稳定的运行工作。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供基于电力靶场环境的工控安全防护方法。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
基于电力靶场环境的工控安全防护方法，方法基于一种基于电力靶场环境的工控安全防护系统，包括以下步骤：
步骤1，相关人员选择测试类别，测试的类别包括全部测试和部分测试；
步骤2，系统确定稳控测试方式，根据测试类别和测试方式读取对应的配置文件、获取执行操作代码；
步骤3，测试子机监视安控子机的动作状态并将安控子机的动作状态量上传至测试主机，同时测试主机还获取稳控主机的动作报文信息和测量值，然后测试主机根据安控子机的动作状态量以及稳控主机的动作报文信息和测量值判断稳控动作行为的正确性；
步骤4，测试结束，系统将测试记录生成测试报告。
通过测试报告，相关人员可以清楚了解安控机和测试机之间通信运行的数据，作为安控机是否对于测试机起到了较好的安全控制作用。测试机可以设置在电力靶场各个终端上，多次的测试可以发现安全防护漏洞，及时进行排除确保电力靶场环境能安全稳定的运行。
作为优选，若步骤2中获取的配置文件和执行操作代码的数量为至少两次，则步骤3和步骤4之间还包括等待测试时间间隔步骤，在等待测试时间间隔计时完成后，重复步骤2和步骤3，直到所有配置文件和执行操作代码运行完毕。
作为优选，所述的步骤3中，测试主机根据安控子机的动作状态量以及稳控主机的动作报文信息和测量值判断稳控动作行为的正确性判断具体包括安控机执行输出命令是否正确、等待延时时间是否在设定的阈值内，判断中断条件是否正确、是否超时，执行MMS操作是否成功、是否超时。
作为优选，所述的步骤2中，根据测试类别和测试方式读取对应的配置文件、获取执行操作代码，构成稳控策略表；利用xml标准通用标识语言，对稳控策略表进行转换处理；测试机将稳控策略表内容转换为xml标准通用标识语言，形成策略测试用例条目。测试主机通过电以太网接口与MMS网相连，与被测稳控装置的IED进行MMS报文交互，在线读取装置的定值、参数信息。根据各厂家安稳装置型号的功能配置，建立典型的测试用例模板库，利用策略测试条目和MMS通讯获取的装置定值，参数信息，自动实例化生成测试用例。并将其作为可执行的测例文件发送给各个子机，控制子机同步执行测试指令。
电力靶场环境的工控安全防护系统，包括安控站，安控站包括测试机和安控机，系统适用于三种类型稳控测试方式，具体包括稳控单机测试、区域稳控系统测试和就地稳控系统测试，对于稳控单机测试，测试机包括测试主机和测试子机，安控机为安控主机或安控子机，测试主机和测试子机之间通信连接，测试子机和安控主机或安控子机之间通信连接，测试子机和安控主机之间互相通信时，测试子机与安控主机之间传输模拟量和开出量，同时测试子机还对安控主机的输出口进行监视，测试子机还与安控主机之间模拟安控主机和安控子机之间的通信，或测试子机还与安控主机之间模拟安控主机和其他安控主机之间的通信；测试子机和安控子机之间互相通信时，测试子机与安控子机之间传输模拟量和开出量，同时测试子机还对安控子机的输出口进行监视，测试子机还与安控子机之间模拟安控主机和安控子机之间的通信。
基于电力靶场环境的工控安全防护方法架构能够适用于如下三种测试对象：
a.区域稳控系统测试：测试区域稳控系统的主站及多个子站的装置性能，进行主子站联调，验证整套系统策略。
b.就地稳控系统测试：测试整站稳控系统的装置性能，模拟其他稳控主站(或子站)进行通信联调，验证该稳控系统的策略。
c.稳控单机测试：测试稳控系统的单台主机或子机的装置性能。
仿真测试系统支持区域稳控系统的系统级调试验证。测试主机可布置在稳控主站或任一子站。
仿真测试系统支持就地稳控系统的整站调试验证。待测站为区域稳控的子站(或主站)时，测试主机可模拟其他稳控主站(或子站)通过E1与本站待测稳控主机通信。
稳控仿真测试系统可单独接入稳控主机或子机，进行稳控单装置测试。
作为优选，对于区域稳控系统测试，安控站包括安控主站和若干个安控子站，安控测试机包括测试主机和测试子机，安控机包括安控主机和安控子机，安控主站和安控子站均包括主控室和若干个小室，安控主站的主控室包括测试主机和安控主机，安控子站的主控室包括安控主机，保护小室包括测试子机和安控子机，测试子机和安控子机之间通信连接；安控主机与安控子机之间在正常工作时通信连接，安控主站的安控主机还与若干个安控子站的安控主机通信连接；测试主机通过安控主站的通信接口设备与安控主站的测试子机之间通信连接，安控主站的通信接口设备和安控子站之间的通信接口设备之间还进行通信连接，测试主机通过安控主站的通信接口设备和安控子站之间的通信接口设备之间的配合收集安控子站的测试子机的信息。
作为优选，对于就地稳控系统测试，测试机包括测试主机和测试子机，安控站包括若干个安控主站和若干个安控子站，安控主站内设有测试主机，安控子站内设有测试子机，测试主机和测试子机均通过通信接口设备与调度数据网或综合数据网相连接。
作为优选，通信接口设备与调度数据网或综合数据网之间的通信连接方式是2M电力数据通信网络连接或电力无线专网连接。
作为优选，通信接口设备包括规约转换设备，规约转换设备用于实现输出2M电力数据的需求。
一般测试主机需配置规约转换设备才能实现输出2M电信号的要求，实现以太网报文与通用2M E1信号的转换。研究规约转换设备的端口和转换功能，如速率，数据格式，能保证测试主机的数据输出的稳控业务数据与实际稳控装置一致，而且业务数据能方便修改，兼容不同测试内容下的应用情景。规约转换设备需采用符合ITU G.703标准的E1电接口，与稳控装置以75Ω同轴电缆不平衡方式连接，复用光纤通道误码率应小于10－8。
本发明的有益效果是：
利用xml文件良好的通用标准格式和可拓展性，设计稳控策略的通用内容格式：条件+措施，能包含所有稳控装置策略可能面临的情况，不留有死角；测试主机与稳控主机进行MMS通讯，获取稳控装置定值，设备参数，动作信息报告等信息；试验控制主机能正确识别并对应输出要求的电压、电流和开关量；构建“一键式”检验平台，实现安控策略的高效识别、转换、测试、校验和输出，最终实现电力靶场环境能安全稳定的运行。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步描述。
实施例：
基于电力靶场环境的工控安全防护方法，方法基于一种基于电力靶场环境的工控安全防护系统，包括以下步骤：
步骤1，相关人员选择测试类别，测试的类别包括全部测试和部分测试；
步骤2，系统确定稳控测试方式，根据测试类别和测试方式读取对应的配置文件、获取执行操作代码；
步骤3，测试子机监视安控子机的动作状态并将安控子机的动作状态量上传至测试主机，同时测试主机还获取稳控主机的动作报文信息和测量值，然后测试主机根据安控子机的动作状态量以及稳控主机的动作报文信息和测量值判断稳控动作行为的正确性；
步骤4，测试结束，系统将测试记录生成测试报告。
通过测试报告，相关人员可以清楚了解安控机和测试机之间通信运行的数据，作为安控机是否对于测试机起到了较好的安全控制作用。测试机可以设置在电力靶场各个终端上，多次的测试可以发现安全防护漏洞，及时进行排除确保电力靶场环境能安全稳定的运行。
若步骤2中获取的配置文件和执行操作代码的数量为至少两次，则步骤3和步骤4之间还包括等待测试时间间隔步骤，在等待测试时间间隔计时完成后，重复步骤2和步骤3，直到所有配置文件和执行操作代码运行完毕。
所述的步骤3中，测试主机根据安控子机的动作状态量以及稳控主机的动作报文信息和测量值判断稳控动作行为的正确性判断具体包括安控机执行输出命令是否正确、等待延时时间是否在设定的阈值内，判断中断条件是否正确、是否超时，执行MMS操作是否成功、是否超时。
所述的步骤2中，根据测试类别和测试方式读取对应的配置文件、获取执行操作代码，构成稳控策略表；利用xml标准通用标识语言，对稳控策略表进行转换处理；测试机将稳控策略表内容转换为xml标准通用标识语言，形成策略测试用例条目。测试主机通过电以太网接口与MMS网相连，与被测稳控装置的IED进行MMS报文交互，在线读取装置的定值、参数信息。根据各厂家安稳装置型号的功能配置，建立典型的测试用例模板库，利用策略测试条目和MMS通讯获取的装置定值，参数信息，自动实例化生成测试用例。并将其作为可执行的测例文件发送给各个子机，控制子机同步执行测试指令。
电力靶场环境的工控安全防护系统，包括安控站，安控站包括测试机和安控机，系统适用于三种类型稳控测试方式，具体包括稳控单机测试、区域稳控系统测试和就地稳控系统测试，对于稳控单机测试，测试机包括测试主机和测试子机，安控机为安控主机或安控子机，测试主机和测试子机之间通信连接，测试子机和安控主机或安控子机之间通信连接，测试子机和安控主机之间互相通信时，测试子机与安控主机之间传输模拟量和开出量，同时测试子机还对安控主机的输出口进行监视，测试子机还与安控主机之间模拟安控主机和安控子机之间的通信，或测试子机还与安控主机之间模拟安控主机和其他安控主机之间的通信；测试子机和安控子机之间互相通信时，测试子机与安控子机之间传输模拟量和开出量，同时测试子机还对安控子机的输出口进行监视，测试子机还与安控子机之间模拟安控主机和安控子机之间的通信。
基于电力靶场环境的工控安全防护方法架构能够适用于如下三种测试对象：
a.区域稳控系统测试：测试区域稳控系统的主站及多个子站的装置性能，进行主子站联调，验证整套系统策略。
b.就地稳控系统测试：测试整站稳控系统的装置性能，模拟其他稳控主站(或子站)进行通信联调，验证该稳控系统的策略。
c.稳控单机测试：测试稳控系统的单台主机或子机的装置性能。
仿真测试系统支持区域稳控系统的系统级调试验证。测试主机可布置在稳控主站或任一子站。
仿真测试系统支持就地稳控系统的整站调试验证。待测站为区域稳控的子站(或主站)时，测试主机可模拟其他稳控主站(或子站)通过E1与本站待测稳控主机通信。
稳控仿真测试系统可单独接入稳控主机或子机，进行稳控单装置测试。
对于区域稳控系统测试，安控站包括安控主站和若干个安控子站，安控测试机包括测试主机和测试子机，安控机包括安控主机和安控子机，安控主站和安控子站均包括主控室和若干个小室，安控主站的主控室包括测试主机和安控主机，安控子站的主控室包括安控主机，保护小室包括测试子机和安控子机，测试子机和安控子机之间通信连接；安控主机与安控子机之间在正常工作时通信连接，安控主站的安控主机还与若干个安控子站的安控主机通信连接；测试主机通过安控主站的通信接口设备与安控主站的测试子机之间通信连接，安控主站的通信接口设备和安控子站之间的通信接口设备之间还进行通信连接，测试主机通过安控主站的通信接口设备和安控子站之间的通信接口设备之间的配合收集安控子站的测试子机的信息。
对于就地稳控系统测试，测试机包括测试主机和测试子机，安控站包括若干个安控主站和若干个安控子站，安控主站内设有测试主机，安控子站内设有测试子机，测试主机和测试子机均通过通信接口设备与调度数据网或综合数据网相连接。
通信接口设备与调度数据网或综合数据网之间的通信连接方式是2M电力数据通信网络连接或电力无线专网连接。
通信接口设备包括规约转换设备，规约转换设备用于实现输出2M电力数据的需求。
一般测试主机需配置规约转换设备才能实现输出2M电信号的要求，实现以太网报文与通用2M E1信号的转换。研究规约转换设备的端口和转换功能，如速率，数据格式，能保证测试主机的数据输出的稳控业务数据与实际稳控装置一致，而且业务数据能方便修改，兼容不同测试内容下的应用情景。规约转换设备需采用符合ITU G.703标准的E1电接口，与稳控装置以75Ω同轴电缆不平衡方式连接，复用光纤通道误码率应小于10－8。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所描述的结构和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的关于结构的实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个结构，或一些特征可以忽略，或不执行。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (5)

1.基于电力靶场环境的工控安全防护方法，方法基于电力靶场环境的工控安全防护系统，系统包括安控站，安控站包括测试机和安控机，其特征是，方法包括以下步骤：
步骤1，相关人员选择测试类别，防护测试的类别包括全部测试和部分测试；
步骤2，系统确定稳控测试方式，根据测试类别和测试方式读取对应的配置文件、获取执行操作代码；
步骤3，测试子机监视安控子机的动作状态并将安控子机的动作状态量上传至测试主机，同时测试主机还获取稳控主机的动作报文信息和测量值，然后测试主机根据安控子机的动作状态量以及稳控主机的动作报文信息和测量值判断稳控动作行为的正确性；
步骤4，测试结束，系统将测试记录生成测试报告。
2.根据权利要求1所述的基于电力靶场环境的工控安全防护方法，其特征是，若步骤2中获取的配置文件和执行操作代码的数量为至少两次，则步骤3和步骤4之间还包括等待测试时间间隔步骤，在等待测试时间间隔计时完成后，重复步骤2和步骤3，直到所有配置文件和执行操作代码运行完毕。
3.根据权利要求1所述的基于电力靶场环境的工控安全防护方法，其特征是，所述的步骤3中，测试主机根据安控子机的动作状态量以及稳控主机的动作报文信息和测量值判断稳控动作行为的正确性判断具体包括安控机执行输出命令是否正确、等待延时时间是否在设定的阈值内，判断中断条件是否正确、是否超时，执行MMS操作是否成功、是否超时。
4.根据权利要求1-3任意一项权利要求所述的基于电力靶场环境的工控安全防护方法，其特征是，所述的步骤2中，根据测试类别和测试方式读取对应的配置文件、获取执行操作代码，构成稳控策略表；利用xml标准通用标识语言，对稳控策略表进行转换处理；测试机将稳控策略表内容转换为xml标准通用标识语言，形成策略测试用例条目。
5.根据权利要求1所述的基于电力靶场环境的工控安全防护方法，其特征是，测试方法包括稳控单机测试、区域稳控系统测试和就地稳控系统测试三种类型稳控测试方式，对于稳控单机测试，测试机包括测试主机和测试子机，安控机为安控主机或安控子机，测试主机和测试子机之间通信连接，测试子机和安控主机或安控子机之间通信连接，测试子机和安控主机之间互相通信时，测试子机与安控主机之间传输模拟量和开出量，同时测试子机还对安控主机的输出口进行监视，测试子机还与安控主机之间模拟安控主机和安控子机之间的通信，或测试子机还与安控主机之间模拟安控主机和其他安控主机之间的通信；测试子机和安控子机之间互相通信时，测试子机与安控子机之间传输模拟量和开出量，同时测试子机还对安控子机的输出口进行监视，测试子机还与安控子机之间模拟安控主机和安控子机之间的通信；对于区域稳控系统测试，安控站包括安控主站和若干个安控子站，安控测试机包括测试主机和测试子机，安控机包括安控主机和安控子机，安控主站和安控子站均包括主控室和若干个小室，安控主站的主控室包括测试主机和安控主机，安控子站的主控室包括安控主机，保护小室包括测试子机和安控子机，测试子机和安控子机之间通信连接；安控主机与安控子机之间在正常工作时通信连接，安控主站的安控主机还与若干个安控子站的安控主机通信连接；测试主机通过安控主站的通信接口设备与安控主站的测试子机之间通信连接，安控主站的通信接口设备和安控子站之间的通信接口设备之间还进行通信连接，测试主机通过安控主站的通信接口设备和安控子站之间的通信接口设备之间的配合收集安控子站的测试子机的信息；对于就地稳控系统测试，测试机包括测试主机和测试子机，安控站包括若干个安控主站和若干个安控子站，安控主站内设有测试主机，安控子站内设有测试子机，测试主机和测试子机均通过通信接口设备与调度数据网或综合数据网相连接。
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