電力自動(dòng)化通信技術(shù)中的信息安全淺析

摘要：近年來(lái)，隨著(zhù)電力建設的快速發(fā)展，自動(dòng)化通信技術(shù)中的也網(wǎng)絡(luò )信息安全要求也不斷提高。因此，本文作者主要電力信息系統的數據加密技術(shù)中的DES和RSA兩類(lèi)典型加密算法、密匙的生成和管理方案及加密方案的性能進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：電力通信；安全；數據加密標準

1．電力通信安全防護體系。電網(wǎng)安全防護工程是一項系統工程，它是將正確的工程實(shí)施流程、管理技術(shù)和當前能夠得到的最好的技術(shù)方法相結合的過(guò)程。從理論上，電網(wǎng)安全防護系統工程可以套用信息安全工程學(xué)模型的方法，信息安全工程能力成熟度模型（SSE-CMM）可以指導安全工程的項目實(shí)施過(guò)程，從單一的安全設備設置轉向考慮系統地解決安全工程的管理、組織和設計、實(shí)施、驗證等。將上述信息安全模型涉及到的諸多方面的因素歸納起來(lái)，最主要的因素包括：策略、管理和技術(shù)，這三要素組成了一種簡(jiǎn)單的信息安全模型。

從工程實(shí)施方面講，信息安全工程是永無(wú)休止的動(dòng)態(tài)過(guò)程。其設計思想是將安全管理看成一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，安全策略應適應網(wǎng)絡(luò )的動(dòng)態(tài)性。動(dòng)態(tài)自適應安全模型由下列過(guò)程的不斷循環(huán)構成：安全需求分析、實(shí)時(shí)監測、報警響應、技術(shù)措施、審計評估。

2．電力信息系統的數據加密技術(shù)

2.1．典型的數據加密算法典型的數據加密算法包括數據加密標準（DES）算法和公開(kāi)密鑰算法（RSA），下面將分別介紹這兩種算法。

2.1.1．數據加密標準（DES）算法。目前在國內，隨著(zhù)三金工程尤其是金卡工程的啟動(dòng)，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收費站等領(lǐng)域被廣泛應用，以此來(lái)實(shí)現關(guān)鍵數據的保密，如信用卡持卡人的PIN的加密傳輸，IC卡與POS間的雙向認證、金融交易數據包的MAC校驗等，均用到DES算法。

圖1DES算法框圖

DES加密算法的框圖如圖1所示。其中明文分組長(cháng)為64bit，密鑰長(cháng)為56bit。圖的左邊是明文的處理過(guò)程，有3個(gè)階段，首先是一個(gè)初始置換IP，用于重排明文分組的64bit數據，然后是具有相同功能的16輪變換，每輪都有置換和代換運算，第16輪變換的輸出分為左右兩部分，并被交換次序。最后再經(jīng)過(guò)一個(gè)逆初始置換IP-1（IP的逆），從而產(chǎn)生64bit的密文。

DES算法具有極高的安全性，到目前為止，除了用窮舉搜索法對DES算法進(jìn)行攻擊外，還沒(méi)有發(fā)現更有效的辦法。而56位長(cháng)的密鑰的窮舉空間為256，這意味著(zhù)如果一臺計算機的速度是每秒檢測一百萬(wàn)個(gè)密鑰，則它搜索完全部密鑰就需要將近2285年的時(shí)間，可見(jiàn)，對DES處法的攻擊是難以實(shí)現的。

2.1.2．公開(kāi)密鑰算法（RSA）。公鑰加密算法也稱(chēng)非對稱(chēng)密鑰算法，用兩對密鑰：一個(gè)公共密鑰和一個(gè)專(zhuān)用密鑰。用戶(hù)要保障專(zhuān)用密鑰的安全；公共密鑰則可以發(fā)布出去。公共密鑰與專(zhuān)用密鑰是有緊密關(guān)系的，用公共密鑰加密信息只能用專(zhuān)用密鑰解密，反之亦然。由于公鑰算法不需要聯(lián)機密鑰服務(wù)器，密鑰分配協(xié)議簡(jiǎn)單，所以極大簡(jiǎn)化了密鑰管理。除加密功能外，公鑰系統還可以提供數字簽名。公共密鑰加密算法主要有RSA、Fertzza、Elgama等。

在這些安全實(shí)用的算法中，有些適用于密鑰分配，有些可作為加密算法，還有些僅用于數字簽名。多數算法需要大數運算，所以實(shí)現速度慢，不能用于快的數據加密。RSA 使用兩個(gè)密鑰，一個(gè)是公鑰，一個(gè)是私鑰。加密時(shí)把明文分成塊，塊的大小可變，但不超過(guò)密鑰的長(cháng)度。RSA把明文塊轉化為與密鑰長(cháng)度相同的密文。一般來(lái)說(shuō)，安全等級高的，則密鑰選取大的，安全等級低的則選取相對小些的數。RSA的安全性依賴(lài)于大數分解，然而值得注意的是，是否等同于大數分解一直未得到理論上的證明，而破解RSA 是否只能通過(guò)大數分解同樣是有待證明。

2.1.3．算法比較。DES常見(jiàn)攻擊方法有：強力攻擊、差分密碼分析法、線(xiàn)性密碼分析法。對于16個(gè)循環(huán)的DES來(lái)說(shuō)，差分密碼分析的運算為255.1，而窮舉式搜索要求255。根據摩爾定律所述：大約每經(jīng)過(guò)18個(gè)月計算機的計算能力就會(huì )翻一番，加上計算機并行處理及分布式系統的產(chǎn)生，使得DES的抗暴能力大大降低。

RAS的安全性依賴(lài)于大整數的因式分解問(wèn)題。但實(shí)際上，誰(shuí)也沒(méi)有在數學(xué)上證明從c和e計算m，需要對n進(jìn)行因式分解?？梢韵胂罂赡軙?huì )有完全不同的方式去分析RAS。然而，如果這種方法能讓密碼解析員推導出d，則它也可以用作大整數因式分解的新方法。最難以令人置信的是，有些RAS變體已經(jīng)被證明與因式分解同樣困難。甚至從RAS加密的密文中恢復出某些特定的位也與解密整個(gè)消息同樣困難。另外，對RAS的具體實(shí)現存在一些針對協(xié)議而不是針對基本算法的攻擊方法。

綜合上述內容，對于保密級別不是很高的電力數據，例如日常電量數據，沒(méi)有必要適用當時(shí)最強大的密碼系統，直接引用DES密碼系統實(shí)現一種經(jīng)濟可行的好方案。

2.2．密匙的生成和管理。密鑰管理技術(shù)是數據加密技術(shù)中的重要一環(huán)，它處理密鑰從生成、存儲、備份/恢復、載入、驗證、傳遞、保管、使用、分配、保護、更新、控制、丟失、吊銷(xiāo)和銷(xiāo)毀等多個(gè)方面的內容。它涵蓋了密鑰的整個(gè)生存周期，是整個(gè)加密系統中最薄弱的環(huán)節，密鑰的管理與泄漏將直接導致明文內容的泄漏，那么一切的其它安全技術(shù)，無(wú)論是認證、接入等等都喪失了安全基礎。

密鑰管理機制的選取必須根據網(wǎng)絡(luò )的特性、應用環(huán)境和規模。下面對常用的密鑰管理機制做詳細的分析，以及判斷這種管理機制是否適用于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。具體包括以下幾個(gè)方面：

2．2．1．密鑰分配模式。KDC可以是在中心站端，與服務(wù)器同在一個(gè)邏輯（或物理）服務(wù)器（集中式密鑰分配），也可以是在與中心站完全對等的一個(gè)服務(wù)器上（對等式密鑰分配）。如果KDC只為一個(gè)子站端分發(fā)密鑰，應該采用集中式，如果KDC為許多的同級子站分發(fā)密鑰，應該采用對等式。由上文的分析來(lái)看，顯然應該采用集中式的分配方案，將KDC建立在中心站中。

2．2．2．預置所有共享密鑰。網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)節點(diǎn)都保存與其它所有節點(diǎn)的共享密鑰。如果網(wǎng)絡(luò )規模為n個(gè)節點(diǎn)，那么每個(gè)節點(diǎn)需要存儲n-1個(gè)密鑰。這種機制在網(wǎng)絡(luò )中是不現實(shí)的。網(wǎng)絡(luò )一般具有很大的規模，那么節點(diǎn)需要保存很多密鑰而節點(diǎn)的內存資源又非常有限，因此這種密鑰分配機制會(huì )占用掉巨大的存儲資源，也不利于動(dòng)態(tài)拓撲下新節點(diǎn)的加入。

2．2．3．密鑰的生成和分發(fā)過(guò)程。采用一時(shí)一密方式，生成密鑰時(shí)間可以通過(guò)預先生成解決；傳輸安全由密鑰分發(fā)制完成；密鑰不用采取保護、存儲和備份措施；KDC也容易實(shí)現對密鑰泄密、過(guò)期銷(xiāo)毀的管理。電力自動(dòng)化數據加密傳輸的方案中，密鑰的分發(fā)建議采用X．509數字證書(shū)案，并且不使用CA，而是采用自簽名的數字證書(shū)，其中KDC的可信性由電力控制中心自己承擔。由于方案中將KDC建立在中心站中，因此只要保證中心站的信

息安全，就不虞有泄密的危險。

2．2．4．密鑰啟動(dòng)機制。目前電力系統中運行的終端，一般是啟動(dòng)接入數據網(wǎng)絡(luò )就進(jìn)行實(shí)時(shí)數據的傳輸。采用實(shí)時(shí)數據加密機制后，數據的傳輸必須在身份認證和第一次密鑰交換成功之后才能開(kāi)始數據傳輸。在數據傳輸過(guò)程中，一時(shí)一密機制將定時(shí)或不定時(shí)地交換密鑰，此時(shí)密鑰的啟動(dòng)和同步成為非常重要的問(wèn)題。

2．2．5．隨機數的生成。一時(shí)一密的密鑰生成方式需要大量的隨機數。真正的隨機數難以獲取，一般由技術(shù)手段生成無(wú)偏的偽隨機性數列。在電力系統應用中，一般可以采用三種手段得到[4]：a)通過(guò)隨機現象得到。如記錄環(huán)境噪音、每次擊鍵、鼠標軌跡、當前時(shí)刻、CPU負荷和網(wǎng)絡(luò )延遲等產(chǎn)生的隨機數，然后對其進(jìn)行異或、雜湊等去偏技術(shù)，通過(guò)一系列的隨機性檢驗后，就可以得到較滿(mǎn)意的偽隨機數。b)通過(guò)隨機數算法得到。如線(xiàn)性同余算法，Meyer的循環(huán)加密算法，ANSIX9.17算法等。c)以前一次的隨機密鑰為隨機種子，生成新的隨機密鑰。

3．結束語(yǔ)。在電力建設中，電力通信網(wǎng)作為電網(wǎng)發(fā)展的基礎設施，不但要保障電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行，同時(shí)更應該提高電網(wǎng)企業(yè)信息化水平和網(wǎng)絡(luò )安全防護體系，從而使企業(yè)的安全得到有效的保障。

[1]劉曉星，胡暢霞，劉明生．公鑰加密算法RSA 的一種快速實(shí)現 方法[J]．信息安全，2006．

[2]石季英，張磊，曹明增等．一種基于混沌理論的分布式系統的加密算法[J]．計算機仿真，2006．