基于无线传感器网络的智能电网状态监测系统信息安全关键技术研究

In order to overcome the limitations of traditional monitoring technologies (e.g., those relying on wired networks), more and more real-time condition monitoring systems based on wireless sensor networks (WSNs) are employed in smart grids to provide a strong service guarantee for monitoring and communication of electrical grids. However, these systems use wireless communication channels and most of them are deployed in harsh environment or unattended areas, they are subject to many types of attacks. Also, security limitations exist in these systems. Therefore, such systems are vulnerable to security risks. Moreover, the research in this field at home and abroad has just started, only a few sporadic explorations exist. This project carries out a comprehensive analysis of such a specific application environment, provides the risk classification and security assessment for such systems, focuses on three key technologies (i.e., secure routing, secure reprogramming and access control) and designs, formally analyzes and implements a number of novel protocols (e.g., multi-path routing protocol) in order to achieve to the following objectives: (1) State data confidentiality and integrity; (2) Data source anonymity and untraceable location; and (3) State monitoring service availability.

为了突破有线网等传统监测技术的限制，越来越多的基于无线传感器网络（WSN）的实时状态监测系统被应用到智能电网中，为电网提供强有力的监测及通信保障。然而此类系统采用无线广播方式并且大多被部署在环境恶劣区域或无人值守区域，再加上系统自身的安全限制，因此存在诸多安全风险。然而，此类安全防护技术的研究刚刚兴起，目前国内外仅有少量零星的探索。本课题针对智能电网状态监测系统这个特殊的应用环境，在对此类系统的风险分类及安全性评估的基础上，重点研究安全路由、安全重编程及访问控制等关键技术，通过多项技术和方法的研究（多路径路由协议、可抵御虚假广告拒绝服务攻击的分布式重编程协议、基于最新的高效可靠的重编程方案的安全保护措施、高效的分布式访问控制方案的设计与实现等）来达到如下目标：（1）监测数据的机密性、完整性和认证性；（2）数据通信的匿名和位置的不可追踪性；（3）监测服务的有效性。

本课题针对智能电网状态监测系统这个特殊的应用环境，在对此类系统的风险分类及安全性评估的基础上，重点研究可保护隐私的可问责的高效的无线接入认证、安全重编程、安全分布式的数据分发、可保护隐私的可问责的访问控制、状态监测网络异常检测等多项关键技术，另外拓展地研究了以人为中心的传感网络的隐私和激励、软件定义的无线网络安全、移动应用软件安全、移动群智网络的用户隐私和数据信任度、无人机通信安全、智能社区安全建设等安全技术。受资助期间，以项目负责人为第一完成人获得省部级科技奖励二等奖以上3项，包括：教育部技术发明一等奖、教育部自然科学二等奖、上海市技术发明二等奖。项目负责人入选2017年度教育部“长江学者奖励计划”青年学者以及“装备预研教育部联合基金（青年人才）”。已在国际著名期刊和会议上发表标注本项目资助的论文有26篇，其中第一兼通讯作者发表IEEE期刊论文19篇，第二兼通讯作者发表国际安全领域著名会议论文3篇。已授权专利7项，公开发明专利41项。研究成果得到国内外同行的高度好评。