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信息物理系統(tǒng) (Cyber-physical system, CPS) 這一概念是由美國科學家 Gill 于2006 年在美國國家科學基金委員會上提出的，被認為有望成為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息技術(shù)的第三次浪潮，其核心是 3Cs (Computation, communication, control) 的融合。智能電網(wǎng)是利用信息技術(shù)優(yōu)化從供應者到消費者的電力傳輸和配電網(wǎng)絡(luò)。作為一種信息物理系統(tǒng)，智能電網(wǎng)由物理設(shè)備和負責數(shù)據(jù)計算與通信的網(wǎng)絡(luò)組成，將 3Cs 技術(shù)融合貫穿于發(fā)電、輸電、配電和用電四大環(huán)節(jié)，用以提升電網(wǎng)的各項性能指標，包括穩(wěn)定性、有效性、可靠性、安全性等。

隨著新技術(shù)和更容易獲取的能源數(shù)據(jù)的使用，智能電網(wǎng)將受到多種攻擊的威脅，安全性變得尤為重要。智能電網(wǎng)的諸多安全問題會出現(xiàn)在通信網(wǎng)絡(luò)和物理設(shè)備這兩個層面，例如注入壞數(shù)據(jù)和收集客戶隱私信息的網(wǎng)絡(luò)攻擊，攻擊電網(wǎng)物理設(shè)備的物理攻擊等。網(wǎng)絡(luò)攻擊者通過攻擊智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，獲得未經(jīng)授權(quán)的特權(quán)來控制物理過程的功能。物理攻擊者通過攻擊智能電網(wǎng)的物理設(shè)備，導致電網(wǎng)在發(fā)電、輸電、配電、用電等環(huán)節(jié)中斷以及電力系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)的改變等。

目前，智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全性研究已經(jīng)取得了顯著成績，如孫秋野等^[1]指出，能源互聯(lián)網(wǎng)作為一個融合信息系統(tǒng)與物理能源系統(tǒng)的綜合復雜網(wǎng)絡(luò)，控制優(yōu)化相對復雜，且因與互聯(lián)網(wǎng)的相似性，使得能源互聯(lián)網(wǎng)信息物理安全將成為網(wǎng)絡(luò)研究熱點問題之一。Luo 等^[2]研究了虛假數(shù)據(jù)注入攻擊下，大規(guī)模智能電網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全問題，提出了一種基于觀測器的算法，通過使用實時同步相量測量來檢測和隔離網(wǎng)絡(luò)攻擊。Hasan 等^[3]研究了資源受限的智能電網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)劃問題，為能源 SCADA 系統(tǒng)提出了一個基于中心的信任系統(tǒng)配置方案，利用中心性測量提升安全保護。近年來使用博弈論分析智能電網(wǎng)安全的研究越來越多。Hewett 等^[4]在攻擊者和安全管理者之間構(gòu)建了雙人非零和的完全信息動態(tài)博弈，通過逆向歸納法求出納什均衡解。當系統(tǒng)遭遇攻擊時，防護者根據(jù)納什均衡解能夠及時地做出準確的決策。Maharjan等^[5]提出了一種公用事業(yè)公司和終端用戶之間的斯塔克伯格博弈方法，分析了智能電網(wǎng)的需求響應管理，最大化事業(yè)公司的收入和每個用戶的收益。Ma 等^[6]利用多動態(tài)博弈策略分析電力市場中的擁塞攻擊。攻擊者通過擁塞攻擊減少攜帶測量信息的信道數(shù)量來操縱區(qū)域邊際價格，從而獲得盈利。防護者能夠保證采用有限數(shù)量的信道就可以進行信息交付。

其次，考慮了攻擊者和防護者之間的序貫博弈模型，能夠有效地幫助防護者進行決策分析。利用逆向歸納法分別對兩種類型的攻擊者和防護者之間的序貫博弈樹進行分析，根據(jù)均衡路徑選擇最優(yōu)策略。通過貝葉斯博弈和序貫博弈樹分析，確定攻擊者的類型，并且根據(jù)均衡路徑可以得到攻擊者的相對最優(yōu)攻擊策略和防護者的相對最優(yōu)防護策略，為保證智能電網(wǎng)的安全運行提供參考。

[1] 孫秋野, 滕菲, 張化光. 能源互聯(lián)網(wǎng)及其關(guān)鍵控制問題. 自動化學報, 2017, 43(2): 176-194.

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[3] Hasan M M, Mouftah H T. A study of resource-constrained cyber security planning for smart grid networks. In: Proceedings of the 2016 IEEE Electrical Power and Energy Conference. Ottawa, Canada: IEEE, 2016. 1-6.

[4] Hewett R, Rudrapattana S, Kijsanayothin P. Cyber-security analysis of smart grid SCADA systems with game models. In: Proceedings of the 9th Annual Cyber and Information Security Research Conference. Oak Ridge, Tennessee, USA: ACM, 2014. 109-112.

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來源：自動化學報