智能電網(wǎng)中的云計算應(yīng)用及安全研究

0引言

智能電網(wǎng)是為了實現(xiàn)能源替代和兼容利用,它需要在創(chuàng)建開放的系統(tǒng)和建立共享的信息模式的基礎(chǔ)上,整合系統(tǒng)中的數(shù)據(jù),優(yōu)化電網(wǎng)的運行和管理.國際上沒有給出智能電網(wǎng)的精確定義,通常其技術(shù)定義為:綜合應(yīng)用現(xiàn)代通訊、計算、控制等技術(shù)的電網(wǎng)能夠持續(xù)不斷地適應(yīng)各種正常操作、運行方式調(diào)整的優(yōu)化運行,并能主動預(yù)測和應(yīng)對電網(wǎng)擾動.因此國際智能電網(wǎng)在功能上希望適應(yīng)未來數(shù)字化信息社會對電能的高可靠性、高質(zhì)量的要求;適應(yīng)靈活的發(fā)、用電方式,滿足分布式、可再生能源發(fā)電接入和靈活的用戶供、用的需求;電網(wǎng)具有自適應(yīng)糾正和自愈能力,主動預(yù)防而不是被動地應(yīng)對緊急情況;持續(xù)優(yōu)化運行以最有效地應(yīng)用各種資源和設(shè)備;電網(wǎng)信息整合更全面;鼓勵需求側(cè)響應(yīng)和用戶對電網(wǎng)的交互,提供相應(yīng)的便利接口.總體特點上具有交互性、自愈和自適應(yīng)、優(yōu)化能力、預(yù)測能力、包容能力、集成能力和更高的安全性.我國的智能電網(wǎng)以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)(特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎(chǔ)),將現(xiàn)代先進的傳感測量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng).它以充分滿足用戶對電力的需求和優(yōu)化資源配置、確保電力供應(yīng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟性、滿足環(huán)保約束、保證電能質(zhì)量、適應(yīng)電力市場化發(fā)展等為目的,實現(xiàn)對用戶可靠、經(jīng)濟、清潔、互動的電力供應(yīng)和增值服務(wù).中國的智能電網(wǎng)具有信息化、數(shù)字化、自動化、互動特性,以堅強網(wǎng)架為基礎(chǔ),以通信信息平臺為支撐,以智能控制為手段,包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個環(huán)節(jié),覆蓋所有電壓等級,實現(xiàn)"電力流、信息流、業(yè)務(wù)流"的高度一體化融合,是堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動的現(xiàn)代電網(wǎng).

智能電網(wǎng)面臨的主要風(fēng)險如下:1)網(wǎng)絡(luò)通信更復(fù)雜,無線局域網(wǎng)、移動通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信、智能傳感網(wǎng)等多種通信方式、多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議并存,使得電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)更加復(fù)雜.信息在傳輸過程中存在被非法竊聽、篡改和破壞的風(fēng)險.2)信息交互更頻繁;信息系統(tǒng)集成度、融合度更高,系統(tǒng)依賴性更強,業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間、業(yè)務(wù)系統(tǒng)與外界用戶之間實時交互更加豐富與頻繁.同時,海量交互信息有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)吞吐量過大,造成網(wǎng)絡(luò)波動、業(yè)務(wù)過載.終端用戶交互信息存在泄露、篡改和破壞的風(fēng)險.3)新技術(shù)應(yīng)用更廣泛:

隨著新型無線通訊技術(shù)、智能設(shè)備、虛擬化、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、多網(wǎng)融合等前沿技術(shù)逐步應(yīng)用、發(fā)展和成熟,各類信息安全問題可能凸顯.4)智能終端接入更多:智能表計、智能家電、分布式能源設(shè)備等多種智能終端大量接入,業(yè)務(wù)終端數(shù)量龐大、類型多樣,存在信息泄露、非法接入、被控制的風(fēng)險.

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進,云計算、物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)新技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用,這些技術(shù)為用戶帶來效益和便利的同時,也帶來新的信息安全問題,研究和解決這些問題已成為當(dāng)務(wù)之急.下面僅討論智能電網(wǎng)中的云計算安全問題.

1云計算及其在智能電網(wǎng)中可能的應(yīng)用模式云計算[1]

(CloudComputing)是一種新興的商業(yè)計算模型,它將計算任務(wù)分布在大量計算機構(gòu)成的資源池上,使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務(wù).

云計算是分布式計算、并行計算和網(wǎng)格計算的發(fā)展,或者說是這些計算機科學(xué)概念的商業(yè)實現(xiàn).狹義云計算是指IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式,指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴展的方式獲得所需的資源(硬件、平臺、軟件).提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為"云"."云"中的資源在使用者看來是可以無限擴展的,并且可以隨時獲取,按需使用,隨時擴展,按使用付費.這種特性經(jīng)常被稱為像水電一樣使用IT基礎(chǔ)設(shè)施.廣義云計算是指服務(wù)的交付和使用模式,指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴展的方式獲得所需的服務(wù).這種服務(wù)可以是IT和軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的,也可以是任意其他的服務(wù).下面就目前云計算在智能電網(wǎng)中可能的兩個應(yīng)用做簡要陳述.

1.1基于云計算的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)災(zāi)備智能電網(wǎng)的電力傳輸系統(tǒng)用于雙向傳送電力信息,數(shù)據(jù)將在智能電網(wǎng)內(nèi)的各個部分間流動,電力設(shè)備智能化后所產(chǎn)生的海量電網(wǎng)數(shù)據(jù)每天都需要進行分析和處理.因此,典型的應(yīng)用是基于云計算的數(shù)據(jù)存儲(云存儲),即是將用戶的大量電網(wǎng)信息等大容量數(shù)據(jù)包存儲在網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中心,用戶端設(shè)備不必安裝大容量的硬盤,使設(shè)備造價大幅降低,而用戶在需要時通過安全認證后可提取.為保證利用云計算平臺來對電力行業(yè)數(shù)據(jù)存儲的高可用、高可靠和經(jīng)濟性,云計算一般采用分布式存儲的方式來存儲數(shù)據(jù),同時采用冗余存儲的方式來保證存儲的電力數(shù)據(jù)的可靠性,即為同一份數(shù)據(jù)存儲多個副本.另外,云計算系統(tǒng)需要同時滿足大量電力用戶的需求,并行地為這些用戶提供服務(wù).因此,云計算的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)必須具有高吞吐率和高傳輸率的特點.

智能電網(wǎng)未來云計算平臺可采用企業(yè)私有云方式,建設(shè)幾個區(qū)域性的大型計算機和大型服務(wù)器的云存儲中心向各級單位提供基礎(chǔ)設(shè)施、平臺以及軟件層面的云計算服務(wù).同時,通過計算能力擴充和業(yè)務(wù)應(yīng)用的逐步集中,這幾個中心支持智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)的集約化管理.為了保護對各級電力企業(yè)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)投資,通過廣泛應(yīng)用云計算技術(shù),這幾個中心與相近的各級電力企業(yè)數(shù)據(jù)中心有機結(jié)合,建設(shè)總部信息系統(tǒng)資源池,有效利用各級電力企業(yè)數(shù)據(jù)中心存儲計算能力,實現(xiàn)一級多地云計算數(shù)據(jù)中心.圖1給出了基于云計算的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)的體系架構(gòu).

基于云計算的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)體系架構(gòu)包括三層:

資源層、中間層以及用戶層三層組成.下面介紹各層的主要功能:1)資源層,對于基于云計算的災(zāi)備系統(tǒng)來說,這里資源層主要包括各種存儲資源,有各種存儲服務(wù)器、磁帶庫以及各種對應(yīng)的軟件等;2)中間層,它是云存儲系統(tǒng)的核心,包括數(shù)據(jù)管理、資源管理、作業(yè)管理、信息管理以及安全管理等模塊.其中數(shù)據(jù)管理主要是云計算環(huán)境中的各個存儲服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸進行管理和控制;資源管理主要是針對云存儲系統(tǒng)中可用的存儲資源進行發(fā)現(xiàn)、管理和控制;作業(yè)管理主要是完成用戶在云存儲系統(tǒng)中的各種存儲作業(yè)的管理和調(diào)度;信息管理主要是對云存儲系統(tǒng)中的各種存儲資源信息的獲取和監(jiān)控;安全管理是為使用云存儲系統(tǒng),向用戶提供認證、授權(quán)以及各種證書的簽發(fā)等功能;3)用戶層,它為用戶提供使用云存儲系統(tǒng)友好的統(tǒng)一門戶界面.

基于云計算的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)體系架構(gòu)滿足健壯性、靈活性、可擴展性、簡單性以及安全性等特點,可以保證電力企業(yè)利用已經(jīng)構(gòu)建好的云存儲平臺進行海量數(shù)據(jù)的容災(zāi)備份.

1.2基于云計算的智能電網(wǎng)病毒防護云計算具有強大數(shù)據(jù)運算與同步調(diào)度能力,可以極大地提高各種安全產(chǎn)品對新威脅的響應(yīng)速度,同時第一時間將補丁或安全策略分發(fā)到各個分支節(jié)點.因此,建立基于云計算的智能電網(wǎng)病毒防護安全平臺既可以保證電力企業(yè)的信息網(wǎng)絡(luò)的安全,同時又能節(jié)約大量的人力和財力.

基于云計算來實現(xiàn)和保證電力信息網(wǎng)絡(luò)的安全,首先企業(yè)總部應(yīng)建立一個足夠龐大的服務(wù)器集群,把以往各個電力企業(yè)客戶端關(guān)于采集到的有關(guān)可疑樣本的大量計算工作移植到服務(wù)器端,并和諸多客戶端形成互動.圖2給出了基于云計算的智能電網(wǎng)病毒防護架構(gòu).

圖2基于云計算的智能電網(wǎng)病毒防護架構(gòu)在基于云計算的智能電網(wǎng)病毒防護架構(gòu)中,主要包括數(shù)據(jù)采集中心、數(shù)據(jù)分析中心、病毒發(fā)布中心以及客戶端組成,其工作流程如下:首先客戶端運行云安全模塊,向病毒發(fā)布中心中的可疑樣本數(shù)據(jù)庫查詢由數(shù)據(jù)采集中心采集到得可疑樣本,若可疑樣本數(shù)據(jù)庫中存在其特征,則直接查殺,否則進行下面432011年第06期技術(shù)研究操作:接收數(shù)據(jù)采集中心所提供的可疑樣本數(shù)據(jù),利用最先進的技術(shù)查殺技術(shù)來分析此可疑樣本,同時把最后的分析結(jié)果插入到可疑樣本數(shù)據(jù)庫中,并由病毒發(fā)布中心向所有客戶端發(fā)布.

1.3智能電網(wǎng)中實施云計算的作用1)加速系統(tǒng)資源整合、降低成本.通過云計算的數(shù)據(jù)集中存儲,可以實現(xiàn)綠色節(jié)能、服務(wù)器整合、機房規(guī)?；?利用虛擬化技術(shù)可大大降低維護成本和提高資源的利用率
　　
2)具有高可靠性及動態(tài)可擴展性.云計算服務(wù)器端提供了可靠的數(shù)據(jù)存儲中心,用戶數(shù)據(jù)存儲在服務(wù)器端,應(yīng)用程序也在服務(wù)器端運行,計算還是由服務(wù)器端來處理,所有的服務(wù)分布在不同的服務(wù)器上.在云計算體系中,可以將服務(wù)器實時加入到現(xiàn)有服務(wù)器群中,提高"云"處理能力,如果某計算節(jié)點出現(xiàn)故障,則通過相應(yīng)策略拋棄掉該節(jié)點,并將其任務(wù)交給別的節(jié)點,而在節(jié)點故障排除后可實時加入現(xiàn)有集群中.

3)提高系統(tǒng)的計算和存儲能力.電力系統(tǒng)用戶可以在任何時間、任意地點,采用任何設(shè)備登錄到云計算系統(tǒng)后就可以進行計算服務(wù);云計算云端由成千上萬臺甚至更多服務(wù)器組成的集群具有大量存儲空間和非?？斓奶幚硭俣?

4)提高安全威脅及安全事件快速反應(yīng)能力.云安全體系的安全威脅發(fā)現(xiàn)和響應(yīng)覆蓋了從網(wǎng)絡(luò)層到應(yīng)用層的各個層次,而防護陣線也貫穿了云端、網(wǎng)關(guān)、終端等多個不同的位置和區(qū)域;云安全體系可以提供更加及時有效的威脅識別能力、關(guān)聯(lián)分析能力,可以更好地發(fā)現(xiàn)安全威脅和定位威脅位置,更準(zhǔn)確地了解全球安全威脅的變化態(tài)勢.

2智能電網(wǎng)中云計算的安全問題及解決措施2.1云計算的主要安全風(fēng)險云計算具有快速計算和存儲能力、高可靠性、動態(tài)可擴展性等特點,是IT領(lǐng)域正在發(fā)生的重大技術(shù)變革,但其存在如下主要的信息安全風(fēng)險[2]:

1)云計算平臺中運行的各類云應(yīng)用沒有固定不變的服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)施,沒有固定不變的安全邊界,同時由于智能電網(wǎng)各信息系統(tǒng)具有集成度高、交互性強等特點,因此,安全域的劃分存在一些困難,存在用戶數(shù)據(jù)安全和隱私保護問題.

2)云服務(wù)安全保證問題:由于數(shù)據(jù)、服務(wù),通信網(wǎng)絡(luò)被服務(wù)上所控制,一旦云計算服務(wù)商出現(xiàn)安全問題,如何確保服務(wù)的可用性、機密性等,使用戶相關(guān)利益得到保護.

3)數(shù)據(jù)優(yōu)先訪問和管理權(quán)限風(fēng)險:通常企業(yè)數(shù)據(jù)都有其機密性,但企業(yè)把數(shù)據(jù)交給云計算服務(wù)商后,具有數(shù)據(jù)優(yōu)先訪問權(quán)的并不是相應(yīng)企業(yè),而是云計算服務(wù)商,就不能排除企業(yè)數(shù)據(jù)被泄露出去的可能性;此外,雖然企業(yè)用戶把數(shù)據(jù)交給云計算服務(wù)商托管,但數(shù)據(jù)安全及整合等事宜,最終仍將由企業(yè)自身負責(zé).

4)數(shù)據(jù)隔離風(fēng)險:在云計算服務(wù)平臺中,大量用戶的數(shù)據(jù)處于共享環(huán)境下,即使采用數(shù)據(jù)加密方式,也不能保證做到萬無一失.

5)第三方監(jiān)管和審計風(fēng)險:由于云計算的模式,使得服務(wù)提供商的權(quán)利巨大,導(dǎo)致用戶的權(quán)利可能難以保證,如何確保和維護兩者之間平衡,需要有高級別的監(jiān)管和第三方審計.

2.2智能電網(wǎng)中云計算的主要安全措施要解決智能電網(wǎng)云計算中的安全問題,可采用如下安全防護措施:

1)堅持"分區(qū)分域、等級防護、多層防御"的安全策略,將智能電網(wǎng)中云計算系統(tǒng)進行等級保護定級,將各系統(tǒng)劃分安全域進行防護,安全防護分域遵照"同級系統(tǒng)統(tǒng)一成域"的原則,即二級系統(tǒng)同一安全域進行防護,三級系統(tǒng)同一安全域進行防護,各系統(tǒng)跨安全域進行數(shù)據(jù)交換時采取強身份認證、權(quán)限控制、安全監(jiān)控等安全防護措施以保證所交換數(shù)據(jù)的安全,二級與三級域間邊界按三級要求就高防護,按照國家信息安全等級保護的要求,根據(jù)確定的等級在橫向域間邊界部署網(wǎng)絡(luò)訪問控制、信息入侵檢測等安全控制措施;同時在物理、網(wǎng)絡(luò)、主機、應(yīng)用、數(shù)據(jù)等方面進行等級保護縱深防御.

2)云計算服務(wù)商通過建立多數(shù)據(jù)副本機制來保證用戶存儲數(shù)據(jù)的高可靠性,同時建立快速的數(shù)據(jù)遷移機制,使得發(fā)生數(shù)據(jù)容災(zāi)時,能夠快速把用戶遷移到備份數(shù)據(jù)源上.還可以根據(jù)不同用戶的服務(wù)質(zhì)量要求,對于數(shù)據(jù)存放機密性、完整性提供不同保護,同時提高可用性.

3)設(shè)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)優(yōu)先權(quán)管理權(quán)限,這樣即使數(shù)據(jù)存儲在云計算服務(wù)商處,沒有相應(yīng)的權(quán)限,云計算服務(wù)商是沒有權(quán)利使用這些數(shù)據(jù)的,同時又能夠利用權(quán)限來遠程管理這些數(shù)據(jù);其次用戶設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)控模塊,可以監(jiān)控屬于自我的數(shù)據(jù)流向和存儲服務(wù)器的地址.

4)由于云計算平臺數(shù)據(jù)共享的特點,無法把每一個企業(yè)數(shù)據(jù)隔離開,可以通過設(shè)置相應(yīng)的域,來管理屬于同一個域的數(shù)據(jù)源,對于不屬于此域的用戶不可以查看此域中的所有數(shù)據(jù)源,同一個域中的數(shù)據(jù)在實行數(shù)據(jù)加密的同時,還使用強身份認證的方式來使用數(shù)據(jù).

5)建立高級別的第三方監(jiān)管機構(gòu),防止關(guān)鍵業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)或信息被竊取或篡改,防止網(wǎng)絡(luò)被惡意滲透或監(jiān)聽,以確保智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)安全.

3結(jié)束語隨著智能電網(wǎng)逐漸納入國家戰(zhàn)略,其建設(shè)將迅猛推進,基于云計算的數(shù)據(jù)存儲和病毒防護將得到廣泛應(yīng)用,保障云計算系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行,將加速電網(wǎng)智能化的實現(xiàn)進程,提高電力企業(yè)社會效益和經(jīng)濟效益,更好地為國民經(jīng)濟高速發(fā)展和滿足人民生活需要服務(wù).