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May 22, 2021 09:02
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基於IEC 61850及IEC 62351之微電網保護的通訊及資安應用與測試
- 本論文以軟體實現變電站自動化標準之IEC-61850協定
- 搭配以嵌入式系統為基礎實現上述具有此協定的通訊協定電子裝置
- 以微電網為背景，將通訊協定導入微電網故障偵測演算法，以降低資料傳輸時間與演算法偵測故障的時間
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第三，四以及五部份中定義變電站所需的功能與需求
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第六部份中，定義XML格式的作為變電站配置語言(SCL)
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第七部份中，定義了變電站及饋線設備相關的通訊架構
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第八部份中定義將各式資料，物件服務映射於製造業的訊息規範
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第九部份規範了與取樣資料(Sampled Value, SV)相關的映射作業
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第十部份則規範了相關的一致性測試作業
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上述協定藉由將各式資料以及服務物件化的方式，透過模組，文件以及標準化的過程，並經由變電站配置語言達到自動化的目標，並提供設備製造與供應商之間的戶操作性
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Sampled Value 定義在第九部份，透過此協定各智慧化電子裝置間可快速的交換量測資料，SV利用乙太網路作為傳輸訊息框的媒介
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GSE，在此協定下所定義的快速傳輸的通訊模式，以訊框作為傳輸單元，透過群播或是廣播方式將同一訊息傳輸給多個設備，確保設備在短時間內收到資訊
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GOOSE，將數據，如狀態或數值，透過乙太網路訊框傳輸，發送至接收延遲時間限制為4毫秒
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GSSE，和上述的協定不同，利用位元串代表狀態作為傳輸的內容，透過查表的方式，只需提供簡易的位元串即可表達變電站事件，因此，在某些裝置設備上，GSSE比GOOSE更為快捷
- 透過PENET等模擬軟體，找出智慧電網弱點及風險分析
- 主動式攻擊(癱瘓電網的運作)
- 被動式攻擊(竊取資料，資料存取目的為主)
- 整體斷電
- 電網過載
- 竊電行為
- 詳細網路上有很多的文章在講這個名詞
- 安全性，電力系統負責發電，輸電，配電以及送電整個過程，系統運作影響整個民生設施，PKI運作要提供一個安全與可靠的使用環境
- 高可用性
- 即時處理
- 向下相容，會有新舊系統的過渡期，因此必須要有向下相容的特性
- 可升級性，整個大環境必須有升級與更新的需求，PKI必須有升級的功能，才可以在往後進行架構更新與升級
- 可實施政策，智慧電網範圍內包含了不同的廠商與使用者，分別管理各自不同的系統，為了要組織能順暢的運行，各組織間的相互作用將扮演重要角色一環。 智慧電網中需要有統一政策的能力，可以提昇組織之間的互相操作性
- 靈活性，PKI需要因地制宜，針對不同國家的政策，法規與限制建立PKI架構
- 互操作性，為了求智慧電網運作順暢，各機關間必須能夠達到相互間的動態平衡，相互操作性將是整體影響的關鍵
- 可整合現有架構，現有組織部份已有PKI，在電網併網運行之後，智慧電網內的PKI必須能夠整合現有的架構
- 取樣模組，功能模組，以及網路傳輸/接收模組三部份
- 硬體實驗部份，以ZedBoar實驗板，作為嵌入式系統硬體
- 為了降低實現複雜度，本論文先以SD卡在內部先預設好電壓，電流資料取代相關的取樣功能
- 功能模組，以軟體方式實現SV訊框接收與傳送
- 作業系統軟體方面，以BusyBox作為嵌入式Linux操作系統，其可以在開發板上的動態記憶體擬為硬碟使用
- OpenSSL 資料庫提供的標頭檔資訊，將實現的程式範例以軟體實現，透過時間戳記方式取得運行函式所需要的時間
- 透過OpenSSL應用程式所提供所需的簽章，摘要等演算法，使用腳本檔之自動化執行，透過時間戳記取得系統運行金鑰演算法所需的時間
- 利用Wireshark判斷封包是否為Sampled Value
- 由於在IEC-61850，明確規範回應時間的需求，必須小於3m，本論文使用時間戳記來判斷傳輸與接送的時間，來測試傳輸時間，確保其功能符合標準中的規範與需求
- 當傳送端使用1024位元長度金鑰進行簽章時，此空檔將造成25個訊框的傳輸空檔，必須評估是否造成延遲判斷故障區域等嚴重的後果
- 可藉由多執行緒來降低上述的問題發生
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