世界各國都在持續增加對智能電表和智能電網市場的投資，期待提高電網系統的運行效率，但卻忽略了輸電基礎設施的安全性，當前的電網設計在安全方面相對比較薄弱，易受攻擊。本文介紹了設備有效使用期限內的安全性概念理想的智能電網嵌入式設備應在整個生命周期內確保其安全性，甚至回溯到合同廠商。我們將在本文討論如何保障智能電網在整個生命周期的安全性，以及如何應對潛在的威脅。

　　對智能電網來說，因為電網基礎設施受到攻擊的幾率越來越高，各個國家穩定的電力供應都處在受到惡意攻擊危險之中，從而使得安全問題的重要性日益增加。對此，IT安全性尤為重要；很多方案支持端到端的通信數據加密，如：數據集中器、監控器和數據采集器系統(SCADA)。對IT加密措施的關注是毋庸置疑的，因為需要確保空中傳輸數據的安全性。但是，即使采用強大的端到端加密也無法保護整個智能電網的安全：因為嵌入式設備本身易受攻擊。

　　加密等于安全？

　　雖然加密工具對于隱私保護和傳輸數據、命令的認證非常有效，但必須注意到這僅是解決方案的一部分。加密的作用在于防止被保護數據在傳輸或存儲過程中被解密或偽造。有些人認為復雜的RF或電力載波通信依賴調頻即可完全保證數據的安全性，其實此類保護很容易被攻破。假設攻擊者可以任意控制遠程電表拉合閘繼電器，那么電力公司將需要投入大量資源忙于處理故障。電力公司不但因此遭受經濟損失，而且會帶來很大麻煩，對于那些必須使用空調的場所造成生存威脅。

　　那么，如何避免此類事故的發生呢？如果通信雙方都通過密鑰對通信線路上的數據進行加密、解密、簽名或驗證，從嵌入式傳感器到控制系統的數據加密非常關鍵，用于加密的密鑰保護也更加重要。一旦密鑰被竊取，整個網絡也就不再安全。智能電網的嵌入式終端需要一套更完備的安全方案，可以借鑒金融終端的安全技術，著重于密鑰保護，采用芯片級硬件和防攻擊多重保護措施。

　　電力供應的保護重點不能只放在智能電網的有效數據和命令驗證。蠕蟲病毒制造者了解攻擊嵌入式基礎設備的有效手段，即不容易被發現又對系統造成嚴重破壞。著名的零日攻擊利用檫除或修改系統程序的方式，對系統造成的破壞非常隱蔽。因此我們不但要關注設備的安裝，而且要關注任何一個容易遭受攻擊的編程環節(如生產過程)。
 

　　還有什么漏洞？

　　實現安全可靠的設計并非易事，需要花費大量的時間和對安全保護技術的深入了解。那么，這些投入值得嗎？讓我們先來分析一個掛網的智能電表，例如，安裝在我們自己家里、沒有保護措施的電表，外人很容易打開這樣的電表。如果電表采用的是通用MCU來處理通信和應用功能，則很可能存在一個編程端口，攻擊者可以對他重新編程或讀取內部信息。在有足夠資源和時間的前提下，一些人可以編寫出一個類似功能的程序，但在程序中植入獲取密鑰數據或篡改賬單的病毒。

　　即使掛網的電表都具備一定的保護措施，可在一定程度上防止篡改。我們仍然能夠發現一些容易遭受攻擊的環節——生產環節，所謂的社交工程為攻擊者侵入IP和生產流程提供了機會。花費數千美金，攻擊者就有可能獲取程序，通過逆向工程修改后，將新程序植入產品。另外，攻擊者也可以將你的程序出售給競爭對手，造成巨大損失。

　　如何保證設備生命周期的安全性？

　　嚴格的產品生產流程應該考慮從設計到生產每個環節的安全性，以及應對篡改的策略。保障生命周期的安全性，需考慮以下幾點：

　　⒈確保拿到的芯片產自原廠，通過正規渠道采購來降低風險，當然，也要考慮加密技術。Maxim銷售的安全處理器和智能電網產品可以加入用戶密鑰或證書，以防他人解鎖和編程IC。

　　⒉保護您的IP。在工廠生產環節提供簽名、程序加密，協調從系統處理器的安全裝載，到芯片軟件解密和授權認證的每個環節。此類加密可以防止程序被克隆或破解。

　　⒊只運行您規定的程序。安全的程序裝載采用數字簽名的方式來驗證代碼的有效性，防止裝載或運行未經授權的代碼。
 

　　⒋可靠通信。對新的配置、固件更新和指令進行加密和簽名，以驗證數據來源的可靠性。

　　⒌現場保護密鑰。不要將密鑰存于它處，如外部EEPROM。如果系統使用獨立的安全處理器和應用處理器，應將密鑰保存在安全處理器內，不要向外發送。以免攻擊者從線路板的通信數據中竊取密鑰。

　　⒍公司內部的密鑰保護。工程師可以使用開發密鑰來開發產品的安全功能，產品級密鑰則要經過多人簽名授權。通常可以使用一個更高級別的安全模塊完成授權。

　　⒎不放過每個微小漏洞。如果系統攻擊者僅從一塊電表竊取到重要信息，并投入大量的時間和資金研究這些信息，希望據此攻擊整個系統。經驗老道的攻擊者可能打開IC封裝，從MCU的存儲器中尋找重要信息。因此，使用唯一密鑰或非對稱加密(如：橢圓曲線數字簽名)很有必要。

　　圖1.產品生命周期內的安全性需要考慮從開發到生產的每個細節。

　　當前電網的安全保護措施為攻擊者留出了很大的空間。為了讓嵌入式設備在整個生命周期內確保安全，我們還需加強整個智能電網的安全設計，讓哪些攻擊者望而卻步。