电力自动化通信技术中的信息安全分析

    摘要：近年来，随着电力建设的快速发展，自动化通信技术中的也网络信息安全要求也不断提高。因此，本文作者主要电力信息系统的数据加密技术中的DES和RSA两类典型加密算法、密匙的生成和管理方案及加密方案的性能进行了分析。
　　关键词：电力通信；安全；数据加密标准
　　
　　1．电力通信安全防护体系。电网安全防护工程是一项系统工程，它是将正确的工程实施流程、管理技术和当前能够得到的最好的技术方法相结合的过程。从理论上，电网安全防护系统工程可以套用信息安全工程学模型的方法，信息安全工程能力成熟度模型（SSE-CMM）可以指导安全工程的项目实施过程，从单一的安全设备设置转向考虑系统地解决安全工程的管理、组织和设计、实施、验证等。将上述信息安全模型涉及到的诸多方面的因素归纳起来，最主要的因素包括：策略、管理和技术，这三要素组成了一种简单的信息安全模型。
　　从工程实施方面讲，信息安全工程是永无休止的动态过程。其设计思想是将安全管理看成一个动态的过程，安全策略应适应网络的动态性。动态自适应安全模型由下列过程的不断循环构成：安全需求分析、实时监测、报警响应、技术措施、审计评估。
　　2．电力信息系统的数据加密技术
　　2.1．典型的数据加密算法典型的数据加密算法包括数据加密标准（DES）算法和公开密钥算法（RSA），下面将分别介绍这两种算法。
　　2.1.1．数据加密标准（DES）算法。目前在国内，随着三金工程尤其是金卡工程的启动，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用，以此来实现关键数据的保密，如信用卡持卡人的PIN的加密传输，IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等，均用到DES算法。
　　图1DES算法框图
　　DES加密算法的框图如图1所示。其中明文分组长为64bit，密钥长为56bit。图的左边是明文的处理过程，有3个阶段，首先是一个初始置换IP，用于重排明文分组的64bit数据，然后是具有相同功能的16轮变换，每轮都有置换和代换运算，第16轮变换的输出分为左右两部分，并被交换次序。最后再经过一个逆初始置换IP-1（IP的逆），从而产生64bit的密文。
　　DES算法具有极高的安全性，到目前为止，除了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外，还没有发现更有效的办法。而56位长的密钥的穷举空间为256，这意味着如果一台计算机的速度是每秒检测一百万个密钥，则它搜索完全部密钥就需要将近2285年的时间，可见，对DES处法的攻击是难以实现的。
　　2.1.2．公开密钥算法（RSA）。公钥加密算法也称非对称密钥算法，用两对密钥：一个公共密钥和一个专用密钥。用户要保障专用密钥的安全；公共密钥则可以发布出去。公共密钥与专用密钥是有紧密关系的，用公共密钥加密信息只能用专用密钥解密，反之亦然。由于公钥算法不需要联机密钥服务器，密钥分配协议简单，所以极大简化了密钥管理。除加密功能外，公钥系统还可以提供数字签名。公共密钥加密算法主要有RSA、Fertzza、Elgama等。
　　在这些安全实用的算法中，有些适用于密钥分配，有些可作为加密算法，还有些仅用于数字签名。多数算法需要大数运算，所以实现速度慢，不能用于快的数据加密。RSA 使用两个密钥，一个是公钥，一个是私钥。加密时把明文分成块，块的大小可变，但不超过密钥的长度。RSA把明文块转化为与密钥长度相同的密文。一般来说，安全等级高的，则密钥选取大的，安全等级低的则选取相对小些的数。RSA的安全性依赖于大数分解，然而值得注意的是，是否等同于大数分解一直未得到理论上的证明，而破解RSA 是否只能通过大数分解同样是有待证明。
　　2.1.3．算法比较。DES常见攻击方法有：强力攻击、差分密码分析法、线性密码分析法。对于16个循环的DES来说，差分密码分析的运算为255.1，而穷举式搜索要求255。根据摩尔定律所述：大约每经过18个月计算机的计算能力就会翻一番，加上计算机并行处理及分布式系统的产生，使得DES的抗暴能力大大降低。
　　RAS的安全性依赖于大整数的因式分解问题。但实际上，谁也没有在数学上证明从c和e计算m，需要对n进行因式分解。可以想象可能会有完全不同的方式去分析RAS。然而，如果这种方法能让密码解析员推导出d，则它也可以用作大整数因式分解的新方法。最难以令人置信的是，有些RAS变体已经被证明与因式分解同样困难。甚至从RAS加密的密文中恢复出某些特定的位也与解密整个消息同样困难。另外，对RAS的具体实现存在一些针对协议而不是针对基本算法的攻击方法。
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　　综合上述内容，对于保密级别不是很高的电力数据，例如日常电量数据，没有必要适用当时最强大的密码系统，直接引用DES密码系统实现一种经济可行的好方案。
　　2.2．密匙的生成和管理。密钥管理技术是数据加密技术中的重要一环，它处理密钥从生成、存储、备份/恢复、载入、验证、传递、保管、使用、分配、保护、更新、控制、丢失、吊销和销毁等多个方面的内容。它涵盖了密钥的整个生存周期，是整个加密系统中最薄弱的环节，密钥的管理与泄漏将直接导致明文内容的泄漏，那么一切的其它安全技术，无论是认证、接入等等都丧失了安全基础。
　　密钥管理机制的选取必须根据网络的特性、应用环境和规模。下面对常用的密钥管理机制做详细的分析，以及判断这种管理机制是否适用于无线网络。具体包括以下几个方面：
　　2．2．1．密钥分配模式。KDC可以是在中心站端，与服务器同在一个逻辑（或物理）服务器（集中式密钥分配），也可以是在与中心站完全对等的一个服务器上（对等式密钥分配）。如果KDC只为一个子站端分发密钥，应该采用集中式，如果KDC为许多的同级子站分发密钥，应该采用对等式。由上文的分析来看，显然应该采用集中式的分配方案，将KDC建立在中心站中。
　　2．2．2．预置所有共享密钥。网络中的每个节点都保存与其它所有节点的共享密钥。如果网络规模为n个节点，那么每个节点需要存储n-1个密钥。这种机制在网络中是不现实的。网络一般具有很大的规模，那么节点需要保存很多密钥而节点的内存资源又非常有限，因此这种密钥分配机制会占用掉巨大的存储资源，也不利于动态拓扑下新节点的加入。
　　2．2．3．密钥的生成和分发过程。采用一时一密方式，生成密钥时间可以通过预先生成解决；传输安全由密钥分发制完成；密钥不用采取保护、存储和备份措施；KDC也容易实现对密钥泄密、过期销毁的管理。电力自动化数据加密传输的方案中，密钥的分发建议采用X．509数字证书案，并且不使用CA，而是采用自签名的数字证书，其中KDC的可信性由电力控制中心自己承担。由于方案中将KDC建立在中心站中，因此只要保证中心站的信
　　息安全，就不虞有泄密的危险。
　　2．2．4．密钥启动机制。目前电力系统中运行的终端，一般是启动接入数据网络就进行实时数据的传输。采用实时数据加密机制后，数据的传输必须在身份认证和 论文检测天使-免费论文检测软件http://www.jiancetianshi.com
第一次密钥交换成功之后才能开始数据传输。在数据传输过程中，一时一密机制将定时或不定时地交换密钥，此时密钥的启动和同步成为非常重要的问题。
　　2．2．5．随机数的生成。一时一密的密钥生成方式需要大量的随机数。真正的随机数难以获取，一般由技术手段生成无偏的伪随机性数列。在电力系统应用中，一般可以采用三种手段得到[4]：a)通过随机现象得到。如记录环境噪音、每次击键、鼠标轨迹、当前时刻、CPU负荷和网络延迟等产生的随机数，然后对其进行异或、杂凑等去偏技术，通过一系列的随机性检验后，就可以得到较满意的伪随机数。b)通过随机数算法得到。如线性同余算法，Meyer的循环加密算法，ANSIX9.17算法等。c)以前一次的随机密钥为随机种子，生成新的随机密钥。
　　3．结束语。在电力建设中，电力通信网作为电网发展的基础设施，不但要保障电网的安全、经济运行，同时更应该提高电网企业信息化水平和网络安全防护体系，从而使企业的安全得到有效的保障。
　　参考文献
　　[1]刘晓星，胡畅霞，刘明生．公钥加密算法RSA 的一种快速实现 方法[J]．信息安全，2006．
　　[2]石季英，张磊，曹明增等．一种基于混沌理论的分布式系统的加密算法[J]．计算机仿真，2006．
　　[8]电大学习网.免费论文网[EB/OL]. /d/file/p/2024/0424/fontbr />