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電力專用安全隔離裝置的原理和應(yīng)用

文檔作者：申永輝文檔來源：河北衡水供電公司調(diào)度所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年12月28日
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第26卷／2006年第6期 湖 南 電 力 安全與綜合
電力專用安全隔離裝置的原理和應(yīng)用
申永輝
(河北衡水供電公司調(diào)度所， 河北衡水053000)
摘 要：分析了電力安全隔離裝置在電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)體系中的原理、功能，并結(jié)
合工程實(shí)踐介紹了具體應(yīng)用中應(yīng)注意的問題。
關(guān)鍵詞：安全隔離；網(wǎng)絡(luò)；安全區(qū)
中圖分類號(hào)：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008．0198(2006)06—0031 03
l● 刖● -吾-
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力
系統(tǒng)越來越多地利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)開展工作；與此同時(shí)，
黑客、病毒以及惡意代碼對電力系統(tǒng)尤其是生產(chǎn)控
制系統(tǒng)的威脅日益嚴(yán)重，對電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全性、
可靠性、實(shí)時(shí)性提出了非常嚴(yán)格和緊迫的要求。
電力專用安全隔離裝置是新一代高安全度的防
護(hù)設(shè)備，是放置在生產(chǎn)控制大區(qū)(安全區(qū)I、安全
區(qū)lI)和信息管理大區(qū)(安全區(qū)Ⅲ、安全區(qū)IV)之
間的隔離設(shè)備，它可以識(shí)別并屏蔽非法請求，有效
防止跨越權(quán)限的數(shù)據(jù)訪問，提高監(jiān)控系統(tǒng)對有可能
導(dǎo)致電網(wǎng)安全事故的攻擊、病毒、泄密等的防御水
平，消除絕大部分的安全隱患，為電力系統(tǒng)信息安
全、電網(wǎng)安全運(yùn)行把好最重要的關(guān)口，意義重大。
2 物理隔離
以往電力生產(chǎn)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與信息管理系統(tǒng)網(wǎng)
絡(luò)之間通常采用安全級(jí)別相對較高的邏輯隔離，如
使用防火墻，再配以使用防病毒系統(tǒng)，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行
人侵檢測、漏洞掃描等。采用了這些技術(shù)，數(shù)據(jù)通
訊仍是雙向的，這些在線分析技術(shù)無法提供涉密機(jī)
構(gòu)提出的高度數(shù)據(jù)安全要求，邏輯實(shí)體處于“被動(dòng)
防御”。因此，必須有一道絕對安全的大門，保證涉
密網(wǎng)的信息不被泄露和破壞，這就是物理隔離所起
的作用。
物理隔離指內(nèi)部網(wǎng)不直接或間接地連接公共
網(wǎng)，在物理上保障數(shù)據(jù)的單向傳輸和隔離 物理隔
離的目的是保護(hù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及計(jì)算機(jī)等硬件實(shí)體和通
信鏈路免受自然災(zāi)害、人為破壞和搭線竊聽攻擊。只
收稿日期t 2006—07-26
有使內(nèi)部網(wǎng)和公共網(wǎng)物理隔離，才能真正保證內(nèi)部
信息網(wǎng)絡(luò)不受來自互聯(lián)網(wǎng)的黑客攻擊。同時(shí)，物理
隔離也為內(nèi)部網(wǎng)劃定了明確的安全邊界，使得網(wǎng)絡(luò)
的可控性增強(qiáng)，便于內(nèi)部管理
3 技術(shù)平臺(tái)
電力安全隔離裝置的安全等級(jí)應(yīng)高于防火墻，
因此應(yīng)選用目前國內(nèi)通用的Linux為基礎(chǔ)進(jìn)行大幅
整改的專用網(wǎng)絡(luò)安全操作系統(tǒng)。通用的Linux操作
系統(tǒng)盡管能提供多種多樣的功能，但由于其開放性
和本身含有安全漏洞，因此極易受到攻擊，直接導(dǎo)
致了受其保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)的安全危機(jī)，而且這種通用操
作系統(tǒng)的漏洞是不斷被發(fā)現(xiàn)的，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)上就會(huì)
公布，相應(yīng)的攻擊辦法也跟著公布，致使最終用戶
和制造廠商無法應(yīng)付。因此對通用Linux應(yīng)作如下
方面的修改：取消危險(xiǎn)的系統(tǒng)調(diào)用或者截獲系統(tǒng)調(diào)
用，限制命令執(zhí)行權(quán)限，取消IP轉(zhuǎn)發(fā)功能，檢查每
個(gè)分組的接口，采用隨機(jī)連接序號(hào)，駐留分組過濾
模塊，取消動(dòng)態(tài)路由功能，采用多個(gè)安全內(nèi)核等。電
力安全隔離裝置通過采用以上設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技
術(shù)，基于獨(dú)立開發(fā)的專用網(wǎng)絡(luò)安全操作系統(tǒng)之上，運(yùn)
行效率高，安全性能優(yōu)越。
4 隔離裝置接入點(diǎn)
電力專用安全隔離裝置作為安全區(qū)I／Ⅱ與安
全區(qū)Ⅲ的必備邊界，具有最高的安全防護(hù)強(qiáng)度，是
安全區(qū)I／Ⅱ橫向防護(hù)的要點(diǎn)。該裝置正向型用于安
全區(qū)I／Ⅱ到安全區(qū)Ⅲ的單向數(shù)據(jù)傳遞；反向型用于
安全區(qū)Ⅲ到安全區(qū)I／Ⅱ的單向數(shù)據(jù)傳遞。如圖1所
示。
·3】·
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5 功 能
圖1 安全裝置接入點(diǎn)
5．1 正向型安全隔離裝置功能
a．2個(gè)安全區(qū)之間的非網(wǎng)絡(luò)方式的數(shù)據(jù)安全交
換，并且保證安全隔離裝置內(nèi)外2個(gè)處理系統(tǒng)不同
時(shí)連通；
b．表示層與應(yīng)用層數(shù)據(jù)完全單向傳輸，即從安
全區(qū)Ⅲ到I／Ⅱ的TCP應(yīng)答禁止攜帶應(yīng)用數(shù)據(jù)；
c．透明工作方式：虛擬主機(jī)IP地址、隱藏MAC
地址；
d．基于MAC，IP、傳輸協(xié)議、傳輸端口以及通
信方向的綜合報(bào)文過濾與訪問控制；
e． 支持NAT； ‘
f．防止穿透性TCP聯(lián)接：禁止2個(gè)應(yīng)用網(wǎng)關(guān)之
間直接建立TCP聯(lián)接，將內(nèi)外2個(gè)應(yīng)用網(wǎng)關(guān)之間的
TCP聯(lián)接分解成內(nèi)外2個(gè)應(yīng)用網(wǎng)關(guān)分別到隔離裝置
內(nèi)外2個(gè)網(wǎng)卡的2個(gè)TCP虛擬聯(lián)接。隔離裝置內(nèi)外
2個(gè)網(wǎng)卡在裝置內(nèi)部是非網(wǎng)絡(luò)連接，且只允許數(shù)據(jù)
單向傳輸；
g．具有可定制的應(yīng)用層解析功能，支持應(yīng)用層
特殊標(biāo)記識(shí)別；
h．安全、方便的維護(hù)管理方式：基于證書的管
理人員認(rèn)證，使用圖形化的管理界面。
5．2 反向型隔離裝置
5．2．1 數(shù)據(jù)的接收過程
反向型專用安全隔離裝置用于從安全區(qū)Ⅲ到安
全區(qū)I I／Ⅱ傳遞數(shù)據(jù)，是安全區(qū)Ⅲ到安全區(qū)I／Ⅱ的
唯一數(shù)據(jù)傳遞途徑。專用安全隔離裝置(反向)集
中接收安全區(qū)Ⅲ發(fā)向安全區(qū)I／Ⅱ的數(shù)據(jù)，進(jìn)行簽名
驗(yàn)證、內(nèi)容過濾、有效性檢查等處理后，轉(zhuǎn)發(fā)給安
·32·
全區(qū)I／Ⅱ內(nèi)部的接收程序具體過程如下：
a．全區(qū)Ⅲ內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送端首先對需要發(fā)送的數(shù)
據(jù)簽名，然后發(fā)給專用安全隔離裝置(反向)；
b．專用安全隔離裝置(反向)接收數(shù)據(jù)后，進(jìn)
行簽名驗(yàn)證，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)容過濾、有效性檢查
等處理；
c．將處理過的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給安全I(xiàn)／Ⅱ內(nèi)部的接
收程序。
5．2．2 反向型專用安全隔離裝置功能
a．應(yīng)用網(wǎng)關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用數(shù)據(jù)的接收與轉(zhuǎn)發(fā)；
b．應(yīng)用數(shù)據(jù)內(nèi)容有效性檢查功能；
c．基于數(shù)字證書的數(shù)據(jù)簽名／解簽名功能；
d．實(shí)現(xiàn)2個(gè)安全區(qū)之間的非網(wǎng)絡(luò)方式的安全的
數(shù)據(jù)傳遞；
e．支持透明工作方式：虛擬主機(jī)IP地址、隱藏
MAC地址；
f．支持NAT}
g．基于MAC，IP，傳輸協(xié)議、傳輸端口以及通
信方向的綜合報(bào)文過濾與訪問控制；
h．防止穿透性TCP聯(lián)接。
6 工程實(shí)踐
6．1 調(diào)度中心現(xiàn)場接入方式
電力二次系統(tǒng)四安全區(qū)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有鏈?zhǔn)浇Y(jié)
構(gòu)、三角結(jié)構(gòu)和星形結(jié)構(gòu)等3種。
目前，衡水供電公司調(diào)度中心有SCADA，
EMS，AVQC(電壓無功集中自動(dòng)控制)，電能量采
集等系統(tǒng)，考慮到生產(chǎn)控制大區(qū)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充的方便性
和設(shè)備投資的經(jīng)濟(jì)性，采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，如圖2所示。
圖2 調(diào)度中心現(xiàn)場接入方式
6．2 正、反向隔離裝置并聯(lián)使用
反向隔離裝置按照反向隔離裝置單獨(dú)使用的方
法正常配置，不做NAT轉(zhuǎn)換。
正向隔離裝置做NAT轉(zhuǎn)換，因?yàn)槟承S家的反
向隔離裝置會(huì)同時(shí)占用配置給它的NAT地址以及
與該NAT地址對應(yīng)的真實(shí)IP地址；而正向隔離裝
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置只會(huì)使用配置給它的NAT地址。
6．3 隔離裝置對實(shí)時(shí)通信的影響
6．3．1 實(shí)時(shí)通信模式
采用TCP (或UDP)協(xié)議，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約或約
定格式，由內(nèi)、外網(wǎng)廠家直接編程進(jìn)行通信。將外
網(wǎng)設(shè)為客戶端，內(nèi)網(wǎng)設(shè)為服務(wù)器端。
6．3．2 實(shí)時(shí)通信編程
a． 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(傳輸層)的選擇
選用TCP協(xié)議，以保證其通信可靠性。如因原
來程序采用UDP協(xié)議通信等歷史原因，可以繼續(xù)采
用UDP，但須注意反向UDP的應(yīng)用層確認(rèn)將被禁
止，導(dǎo)致應(yīng)用層的不可靠性。
b． 基于SOCKT編程
程序開發(fā)時(shí)應(yīng)基于最基本的TCP協(xié)議進(jìn)行，禁
止所有SQL／HTTP／FTP／EMAIL等方式訪問。
c．通信程序客戶端都應(yīng)該是位于內(nèi)側(cè)(I，
區(qū))，所有的服務(wù)程序都在外側(cè)(Ⅲ區(qū))。
應(yīng)用層標(biāo)識(shí)(不足部分填O)，隔離裝置將審核應(yīng)用
層標(biāo)識(shí)是否匹配，以確定數(shù)據(jù)報(bào)文是否可以通過。應(yīng)
當(dāng)注意的是應(yīng)用程序反向應(yīng)答前8 Byte同樣必須為
該應(yīng)用層標(biāo)識(shí)，第9 Byte為真正反向應(yīng)答數(shù)據(jù)。
③ 每次數(shù)據(jù)報(bào)文(由內(nèi)到外)必須在1 430 Byte
內(nèi)，含應(yīng)用層標(biāo)識(shí)后為1 438 Byte，不能象部分編程
方式寫1個(gè)SOCKET就可達(dá)到≥64K。同理，反向
應(yīng)答必須在9 Byte內(nèi)。通過以上處理，將可杜絕操
作系統(tǒng)自行組包。
6．4 安全隔離裝置的自身安全
由于鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中正向型隔離裝置和反向型隔離
裝置分別只有1臺(tái)，因此制作隔離裝置應(yīng)急恢復(fù)盤
非常必要。一旦隔離裝置發(fā)生故障，可及時(shí)恢復(fù)運(yùn)
行，使其影響降到最低。
Ⅱ
7 結(jié)束語
d．反向應(yīng)用層確認(rèn)的限制按照國調(diào)要求隔離
裝置的反向應(yīng)答不能超過8 Byte數(shù)據(jù)，裝置物理隔
離機(jī)制確保該通道寬度的限制及大數(shù)據(jù)包的重組。
為進(jìn)一步保證安全性，規(guī)定反向應(yīng)答每次為1 Byte，
且其Bit7無效，即其范圍為O～127，同時(shí)對于連續(xù)
的反向應(yīng)答裝置將自動(dòng)屏蔽除第1個(gè)報(bào)文外的其它
報(bào)文。
e．應(yīng)用層標(biāo)識(shí)的實(shí)現(xiàn)
① 裝置對每條單向鏈路保留1個(gè)8Byte以內(nèi)的
應(yīng)用層標(biāo)識(shí)， 由裝置參數(shù)設(shè)置程序?qū)懭搿?
②每條鏈路的每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文前8 Byte必須為該
(上接第28頁)
參 考 文 獻(xiàn)
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電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與其它信息系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)隔離是
電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全的重要核心，使用電力專用安全
隔離裝置已勢在必行，同時(shí)要建立嚴(yán)密的安全管理
措施相配合，確保電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的安全。
參 考 文 獻(xiàn)
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電力工業(yè)部，1995．
作者簡介：
唐海軍(1963一 )男，高級(jí)工程師，長期從事電網(wǎng)繼電保護(hù)、自動(dòng)
化技術(shù)管理工作。
·33 ·

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