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为了提高电力系统通信数据的安全性,结合量子密钥分发技术和智能变电站监控系统发展的状况,分析论证了量子密钥分发技术在智能变电站监控系统应用的可行性;提出了量子密钥分发与智能变电站辅助监控系统相结合的技术方案;在利用现有电力通信系统框架的前提下,给出了变电站辅助监控系统与量子密钥分发技术的组网思路——“量子密钥+电力纵向加密认证网关”,并对组网方案进行了验证分析,证明了该组网方案在实际应用中的稳定性和可行性。因此,不需要大规模调整现有通信网络框架,即可实现规模化的应用。
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2018248-1
运营技术广角
量子密钥分发技术在智能变电站中的研究
杨晓朋
1
,陈海涛
2
,梅力宸
3
,王鹏展
4
(1. 河南电力实业集团有限公司,河南 郑州 450000;
2. 国网河南省电力公司信阳供电公司,河南 信阳 464000;
3. 阿里云计算有限公司,浙江 杭州 310000;
4. 济南恒道信息技术有限公司郑州分公司,河南 郑州 450000)
摘 要:为了提高电力系统通信数据的安全性,结合量子密钥分发技术和智能变电站监控系统发展的状况,分
析论证了量子密钥分发技术在智能变电站监控系统应用的可行性;提出了量子密钥分发与智能变电站辅助监控
系统相结合的技术方案;在利用现有电力通信系统框架的前提下,给出了变电站辅助监控系统与量子密钥分发
技术的组网思路——“量子密钥+电力纵向加密认证网关”,并对组网方案进行了验证分析,证明了该组网方案
在实际应用中的稳定性和可行性。因此,不需要大规模调整现有通信网络框架,即可实现规模化的应用。
关键词:量子密钥;监控系统;电力纵向加密认证网关;量子密钥分配终端
中图分类号:TN918
文献标识码:A
doi: 10.11959/j.issn.1000−0801.2018248
Research on quantum key distribution technology
in intelligent substation
YANG Xiaopeng
1
, CHEN Haitao
2
, MEI Lichen
3
, WANG Pengzhan
4
1. Henan Electric Power Industry Group Co., Ltd., Zhengzhou 450000, China
2. Xinyang Power Supply Company of State Grid Henan Electric Power Company, Xinyang 464000, China
3. Alibaba Cloud Computing Co., Ltd., Hangzhou 310000, China
4. Zhengzhou Branch of Ji’nan Heng Dao Information Technology Co., Ltd., Zhengzhou 450000, China
Abstract: In order to improve the security of the communication data of the power system, the feasibility of the ap-
plication of quantum key distribution technology in the monitoring system of the intelligent substation was analyzed
and demonstrated by combining the state of quantum key distribution technology and intelligent substation monitor-
ing system. The technical scheme, intelligent substation monitoring system combined with quantum key distribution
was put forward. On the premise of using the existing power communication system framework, the networking idea
of intelligent substation monitoring system and quantum key distribution technology was presented, which was
“quantum key + power vertical encryption authentication gateway”. And the network scheme was verified and ana-
lyzed, which proved the stability and feasibility of the networking scheme in practical application. Therefore, no need
to adjust the existing communication network framework, the application scheme can be realized on a large scale.
Key words: quantum key, monitoring system, power vertical encrypted authentication gateway, quantum key distri-
bution terminal
收稿日期:2018−03−19;修回日期:2018−08−29
运营技术广角 ·164·
1 引言
基于量子力学基本原理的量子密钥分发技术
能在通信双方之间建立无条件安全的密钥。随着
量子通信在光纤中传输的兼容性得到解决和传输
距离的延长
[1-2]
以及量子通信组网成品、量子密钥
分发产品的成功研制,基于量子密钥分发的技术
已经可以投入实际生产当中
[3-6]
。参考文献[7]是对
实际的传输距离对量子密钥分发的影响和应用进
行了分析,这些成果在理论上保证了量子密钥分
发在实际应用中的安全性和可行性。同时,参考
文献[8]给出了量子密钥网络与政务网结合的案
例,利用量子密钥来保护文本文件、语音文件等
的安全性,这为利用量子密钥在变电站视频监控
中的应用提供了借鉴的基础。
智能变电站辅助监控技术是实现变电站无人
值守的手段,它不但能够为变电站的多个辅助系
统的集成化管理,而且能够实现变电站站端站控
层的高级应用提供支撑
[9]
。国内一些学者针对智
能变电站监控系统的进行了相关研究,但是仅分
析和解决了该系统在应用便捷性和站端实用性方
面的问题,没有给出保证监控数据在传输中的安
全性的具体方法。因此,对于站端和市级电力调
度中心(以下简称“市调”)通信双方之间的信
息,特别是控制一次设备的控制信息和一些电力数
据的机密信息仍存在着被窃听的危险
[10-11]
。本文将
对智能变电站辅助监控系统设计原则和通信安全
的重要性进行分析,并介绍量子密钥分发与智能变
电站监控系统融合实现的方案及可行性。
2 智能变电站监控系统
2.1 智能变电站监控系统数据传输
智能变电站监控系统采用标准化、网络化、
分布式的系统结构,可以将变电站的安防系统、
消防系统、工业环境参数、灯光空调等远程控制
设备、视频智能分析系统、视频图像、变电站的
物理区域数据、一次设备与二次设备的布置数据
等内容整合成一个统一的数据平台,实时上传地
区监控中心(地区中心主站),并接收监控中心
的各种指令,实现各种系统功能。该系统数据的
传输是依据电力系统全球通用标准 IEC61850 下
的通信标准进行的,在数据通信传输的标准中,
其数据都不能避免被窃听的风险,这就不可能保
证在调度中心的每一个指令准确地到达站端。例
如目前常用的电力通信 SIP(session initiation
protocol)无法检测窃听,SSL(secure sockets
layer)协议的安全性依赖于密钥技术,而这些协
议安全性都同样依赖于复杂的数学计算,面临
量子计算的攻击,不能保证信息的安全性,为
了实现更可靠的安全性,需要更高级别的加密
方式
[12-13]
。
2.2 电力数据安全传输的重要性
电力系统具有独立运行的通信专网,即作为
电网二次系统重要组成部分的电力通信网,为电
力的生产、调度、经营和管理提供不可或缺的各
项安全服务
[14]
。而智能变电站监控系统传输的数
据涉及常用的电力业务、管理、指令下达等数据,
对整个变电站的安全生产起着重要作用,因此对
其数据传输的安全性要求也比较高
[15]
。
数据的安全性主要由用户管理权限、服务器
系统安全、传输过程安全以及数据加密等方式控
制。用户管理权限保证重要数据只能由具有相关
的管理和访问权限的用户才能读取。在智能变电
站监控系统中,能合法访问的授权用户为局方相
关人员;服务器系统安全包括服务器物理位置的
安全和服务器系统应用的安全。而在智能变电站
监控系统中,服务器系统安全源于用户的安全操
作和正常维护,传输过程的安全即能够监测到非
法窃听者。而在智能变电站监控系统中,利用目
前的技术不能确定在数据传输过程中是否存在窃
听者,这也是目前智能变电站监控系统中数据通
信传输的一个弊端。
2018248-2
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