智能电网高级量测体系中数据完整性攻击防御机制研究

There is a great application value hiding behind the emerging Smart Grid, and one of the key technologies to ensure the openness and interactivity of the Smart Grid is named Advanced Metering Infrastructure (AMI). Data Integrity Attack, a new kind of malicious human cyber attack, which can forge the interaction information transmitted in AMI, would have a massive impact on the grid's secure operation. To establish the propor defense mechanism against data integrity attack in AMI, this research studies the defense mechanism in two sides: information integrity mechanism and process integrity mechanism. Firstly, this research studies the information integrity mechanism, including the data encryption scheme and data authencitation scheme, to ensure the information could not be forged or modified by attacker during the transmission in AMI. Then, this research studies the process integrity mechanism, including malicious code detection scheme and the malicious meter detecion scheme, to ensure the smart meters in AMI could not be compromised by attackers. Finally, the research group will construct the simulation experiment platform, through which we can analyze and evaluate the correctness and effectiveness of the designed mechanisms. The research of defense mechanism against data intergate attack in AMI will help us to understand the essence of the attack, enhance the security resilience of the smart grid against malicious human attacks, and finally stabilize the operation of the Smart Grid.

智能电网蕴藏着巨大的应用价值，高级量测体系则是支持智能电网互动性的核心技术之一。数据完整性攻击作为一种新兴的Cyber攻击，能够伪造或篡改高级量测体系中传输的互动信息，最终威胁智能电网的安全运行。为了研究高级量测体系中数据完整性攻击防御机制，本研究从信息完整性保护和设备完整性保护两个角度设计并研究完整性保护机制，以保护用户与电力公司之间可靠安全的信息交互。本研究首先设计了信息完整性保护机制（数据加密机制和数据认证机制），以保证接收端所接收的数据为仪表或电力公司发送的真实数据；其次，设计了设备完整性保护机制（恶意仪表检测机制和恶意代码检测机制），以保证智能仪表不被攻击者感染和控制；最后，课题组将搭建仿真实验平台，对所设计的新机制的正确性和有效性进行分析与评价。高级量测体系中数据完整性攻击防御机制的研究将有助于认清攻击本质，增强智能电网对恶意人为攻击的安全弹性，最终促进整个智能电网的稳定运行。

新兴的智能电网蕴藏着巨大的应用价值，用户与电力公司之间安全可靠的信息交互技术是支撑智能电网开放性和互动性的核心技术之一。数据完整性攻击作为一种新型恶意的人为网络攻击，能够篡改高级量测体系中传输的"互动"用电信息并对智能电网的安全运行产生严重影响。为了研究高级量测体系中数据完整性攻击防御机制，本项目从信息完整性保护和设备完整性保护两个角度设计并研究完整性保护机制。针对信息完整性保护机制，项目组设计基于时间扰动及二进制分解的隐私保护机制以及基于贝叶斯网络的假数据过滤机制，从而实现对数据完整性攻击的被动防御功能。针对设备完整性保护机制，项目组设计基于高斯混合模型及基于轻量级的数据完整性攻击检测机制以及基于延迟容忍的远程内存代码认证机制，从而实现对数据完整性攻击的主动防御功能。此外，项目组还从主动防御与被动防御相结合的角度，设计了基于微电网的弹性需求响应机制，以保证整个高级量测体系中互动用电信息的安全传输。通过仿真实验平台，项目组证明了所设计新机制的正确性与有效性。此外，在项目内容研究过程中，也将研究内容从智能电网安全运行方面的研究扩展并延伸到了新型电力市场及智能电价模型方面的研究，并完成了一下关于智能电力市场电价机制及其安全的研究，初步研究了智能电力市场中的阶梯电价机制、集中式实时电价机制、分布式实时电价机制以及其中所包含的数据完整性安全问题，并取得了相应研究结果。