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来自遥远闪电的信号可以帮助确保变电站的安全

发布时间:2019-05-17 14:20:00 来源:

一项新的研究表明,来自遥远风暴的侧通道信号和闪电可能有一天有助于防止黑客破坏电力变电站和其他关键基础设施。

通过使用独立的监控系统分析变电站组件发出的电磁信号,安全人员可以判断开关和变压器是否在远程设备中被篡改。来自数千英里之外的背景闪电信号将验证这些信号,防止恶意行为者将虚假监控信息注入系统。

这项研究由佐治亚理工学院的工程师完成,已经在两个不同电力设施的变电站进行了测试,并通过广泛的建模和仿真进行了测试。该技术称为基于射频的分布式入侵检测系统(RFDIDS),将于2月26日在圣地亚哥的2019年网络和分布式系统安全研讨会(NDSS)中进行描述。

“我们应该能够远程检测任何正在改变变电站组件周围磁场的攻击,”佐治亚理工学院电气与计算机工程学院摩托罗拉基金会教授Raheem Beyah说。“我们正在利用物理现象来确定变电站是否发生了某种行为。”

打开变电站断路器导致停电是一种潜在的电网攻击,并且在2015年12月,该技术被用于切断乌克兰23万人的电力供应。袭击者在30个变电站中拆开了断路器并入侵监控系统,以使电网运营商相信电网运行正常。最重要的是,他们还攻击了呼叫中心,以防止客户告诉运营商发生了什么。

“电网很难保证,因为电网非常庞大,”Beyah说。“它提供了从发电站到家中电器的电气连接。由于这种电气连接,黑客可能会在很多地方插入攻击。这就是为什么我们需要一种独立的方式来了解网格系统上发生了什么。 “。

该独立方法将使用位于变电站中或附近的天线来检测由设备产生的唯一射频“侧信道”签名。监控将独立于现在用于监控和控制电网的系统。

Beyah说:“如果不信任网格中的任何东西,我们就可以使用射频接收器来确定是否以'开放'操作的形式发生冲动。” “该系统的运行频率为60赫兹,其他几个系统在那里运行,因此我们可以确定我们正在监控的是什么。”

但是,黑客可能能够弄清楚如何插入虚假信号来隐藏他们的攻击。这就是被称为“sferics”的闪电发射进入的地方。

乔伊克斯理工学院副教授莫里斯科恩说:“当闪电击中地面时,它会形成一条数英里高的电气路径,可能带来数十万安培的电流,因此可以产生强大的天线辐射能量。”电气与计算机工程学院。每次闪光都会在极低频(VLF)波段产生信号,这些信号可以从高层大气反射到长距离传播。

科恩指出:“来自闪电的信号可以来回摆动,并在世界各地传播。” “例如,来自南美洲的闪电在亚特兰大很容易被发现。我们甚至在全世界多次看到闪电回声。”

远程监控变电站的安全人员能够将60 Hz变电站信号背后的闪电与其他来源的闪电数据进行比较,例如美国70,000个其他变电站中的一个或全球闪电数据库。这将验证信息。他指出,由于闪电平均每天发生超过三百万次,因此有很多机会进行身份验证。

“即使您能够以数字方式合成RF接收器的数据馈送,生成逼真的东西也很困难,因为接收器检测到的闪电脉冲的形状随闪电距离,时间,纬度等因素而变化。 ,“科恩说。“需要大量的实时计算和复杂物理知识才能合成闪电信号。”

研究人员(包括研究生研究助理Tohid Shekari)与两个不同的电力公司合作,分析了关闭断路器进行变电站维护时产生的射频信号。他们还使用计算机模拟来研究对系统的潜在攻击。

“来自雷击的信号非常明显 - 它很短,大约一毫秒,并且覆盖了很大的频率范围,”科恩补充道。“地球上唯一能产生类似物质的其他过程就是核爆炸。电网的发射非常不同,它们看起来都不像闪电般的脉冲,所以很容易将信号分开。”

研究人员已经提交了RFDIDS的临时专利,并希望进一步完善独立于设备制造商的安全策略。Beyah认为,除了电力行业之外,还有其他应用可用于远程监控其他射频发射设备。例如,系统可以告诉过境运营商是否有列车。

“电网是我们最关键的基础设施,”Beyah指出。“如果没有电力,没有其他事情可做。”

除了已经提到的那些,研究团队还包括最近的硕士学位毕业生Christian Bayens和助理教授Lukas Graber,两人都来自佐治亚理工学院。

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