智能电网中针对“互动”用电信息的假数据注入攻击危害分析及防御策略研究

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 to secure the interaction information between users and utilities. False data injection attacks, a new kind of malicious human cyber attack, which can distort the interaction electricity information in Smart Meter, would have a massive impact on grid's secure operation. To clarify the damage of false data injection attacks on interaction electricity information, and to establish the proper defense mechanism, firstly, this research constructs the propagation mode of interaction electricity information based on wireless mesh network technologies. Then, we analyze the false data injection attack pattern and the malicious impact on electricity utilization and the market price. After that we design three defense mechanisms, including the false data filtering mechanism, the malicious code detection mechanism and the malicious meter detection mechanism. Finally, the research group will construct the simulation experiment platform, through which can we analyze and evaluate the correctness and effectiveness of the designed mechanisms. The analysis of the malicious impact of false data injection on interaction electricity information and the research of defense mechanisms will help us to understand the essence of attack, enhance the security resilience of smart grid against malicious human attacks, and finally stabilize the operation of the Smart Grid.

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。假数据注入攻击作为一种新型恶意的人为网络攻击，能够篡改智能电表中的"互动"用电信息并对智能电网的安全运行产生严重影响。为了明确针对"互动"用电信息的假数据注入攻击的危害并研究相应的防御机制，本研究首先拟以无线Mesh网络理论为基础，构建"互动"用电信息的传播方式；其次，研究假数据注入攻击方式并分析其对用户供用电过程及电力市场电价的恶意影响；再次，设计三种针对此恶意攻击的防御机制，包括假数据过滤机制、恶意代码检测机制以及恶意仪表检测与定位机制；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。针对"互动"用电信息的假数据注入攻击的危害分析与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。

智能电网集成了新型智能设备实现了用户用电信息及交互信息的可视性，提高了用户和电力企业的交互性，有效解决了传统电网燃料单一、信息流单向、人工监管以及用户参与度低等问题。大量智能量测设备的引入，一方面提高了电网的智能性，但同时也为攻击者对电网发动恶意攻击提供了新的接入点。假数据注入攻击作为一种新型恶意的人为网络攻击，它能够篡改智能电表中的“互动”用电信息并对智能电网的安全运行产生严重影响。.针对智能电网中“互动”用电信息的假数据注入攻击产生的危害，本项目主要从“互动”用电信息交互网络模型及用户信息互动传播方式、“互动”用电信息假数据注入方式攻击及危害分析和假数据注入攻击防御机制设计三个方面进行了研究。.首先，项目组刻画出了智能电网中用户端智能电表与电力企业控制中心之间的互动用电信息交互网络的结构与模型，进一步研究并分析了“互动”用电中用户的用电信息以及传播方式。.其次，项目组从“互动”用电信息的假数据注入攻击方式及危害分析、动态微网划分的数据完整性攻击危害分析、集中式电价的数据完整性攻击危害分析、分布式实时电价的数据完整性攻击危害分析、阶梯电价的数据完整性攻击危害分析五个方面量化了假数据注入攻击对电力市场产生的危害。.第三，项目组结合“互动”用电方式下信息互动网络的特点，研究了基于多邻居检测技术的假数据检测与过滤机制、基于冗余信息认证码技术的恶意仪表检测与定位机制、基于容忍-延迟机制的智能电表恶意代码检测与防御机制和基于高斯混合模型假数据检测机制，以增强电网对假数据注入攻击的抵御能力。