变电站IED安全访问控制机制研究与应用

论文摘要

随着变电站自动化通信技术的发展,变电站操作将是基于网络的访问过程,变电站自动化系统安全访问控制是保证信息与控制可靠性的关键问题。本文基于IEC 61850标准,重点对变电站IED(Intelligent Electronic Device,智能电子设备)安全访问控制机制及其实现模式进行了研究,具体内容包括:(1)通过对变电站自动化抽象通信服务接口(ACSI)服务模型的分析,认为访问控制、身份认证、报文信息安全是IED的安全访问控制的关键。对本文研究工作所需的相关技术基础知识进行了介绍。根据IED本身所具有的特点,设计了IED访问控制规则、角色扩展、权限分配、用户分配等。(2)依据IEC 62351标准(电力系统数据与通信安全)对IED安全访问控制相关模块进行了设计。首先,应用Handshake Protocol协议,设计实现了基于证书的身份认证;其次,根据虚拟访问视图的动态特性,通过设计IED数据安全管理和安全状态机实现了虚拟访问视图的动态生成方法;再次,针对用户发送的控制指令等实际安全需求,应用Record Protocol协议,实现了报文的安全处理。最后,针对IED计算资源相对贫乏的特点,设计了安全接口单元用于集中处理身份认证、信息安全和权限解析。(3)针对变电站IED安全访问控制中涉及到的功能模块,根据具体的应用环境,定义了涉及到的安全标准规范接口函数,并在中兴Z32L256D32UF安全控制器开发平台上进行了相应的开发和实现。通过实例和实时性分析,证明该方法满足变电站IED安全访问控制需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 变电站自动化系统的安全保障
• 1.3 课题的来源及主要研究内容
• 第二章 基于 IEC 61850 的变电站自动化
• 2.1 IEC 61850 内容概述
• 2.2 变电站自动化体系结构
• 2.3 变电站设备模型
• 2.4 设备功能建模
• 2.5 变电站自动化通信建模与服务映射
• 2.6 变电站安全问题分析
• 第三章 变电站 IED 安全访问控制技术基础
• 3.1 IED 安全访问控制分析
• 3.2 IED 安全访问控制的相关基础
• 3.2.1 IEC 61850 的访问安全
• 3.2.2 相关的安全技术
• 3.2.3 基于角色的访问控制技术
• 3.2.4 严格BLP 访问控制技术
• 3.3 IED 安全访问控制机制
• 3.3.1 IED 安全访问
• 3.3.2 IED 访问控制规则
• 3.3.3 基于角色访问控制的角色扩展
• 3.3.4 角色权限分配
• 3.3.5 用户角色分配
• 3.3.6 打开会话
• 3.3.7 激活角色与去活角色
• 3.4 小结
• 第四章 变电站 IED 安全访问控制设计
• 4.1 IEC 62351 与已有工作
• 4.2 身份认证
• 4.2.1 证书身份认证协议
• 4.2.2 证书身份认证流程
• 4.3 权限解析
• 4.3.1 角色与权限
• 4.3.2 权限集合
• 4.4 虚拟访问视图的动态生成
• 4.4.1 IED 数据安全管理
• 4.4.2 虚拟访问视图的动态生成方法
• 4.5 信息安全处理
• 4.6 访问策略的执行
• 4.7 安全接口单元的设计
• 4.8 仿真演示软件
• 4.9 小结
• 第五章 变电站 IED 安全访问控制实现与应用
• 5.1 应用环境
• 5.2 安全控制器
• 5.3 安全接口单元（SIU）应用接口
• 5.3.1 安全接口单元实现
• 5.3.2 SIU 功能实例
• 5.4 应用实例分析
• 5.5 可行性分析
• 5.5.1 安全性分析
• 5.5.2 实时性分析
• 5.6 函数功能演示
• 5.7 小结
• 第六章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A（攻读硕士学位期间公开发表的论文）
• 附录 B（攻读学位期间参与科研项目及获奖情况）